FR3035337B1 - Procede de purification d'un gaz comprenant du methane - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de purification d'un gaz comprenant du méthane et au moins un premier constituant, comprenant : -une étape de prétraitement où une partie d'un ou plusieurs premiers constituants est éliminée du gaz, -une étape d'adsorption modulée en pression et/ou en température d'au moins une partie d'un ou plusieurs premiers constituants du gaz prétraité, -une étape d'isolement du méthane où au moins une partie du méthane est isolée du gaz traité par adsorption de manière à obtenir au moins un premier gaz enrichi en méthane et un deuxième gaz, et -une étape de désorption du ou des premiers constituants adsorbés par au moins une partie du deuxième gaz de manière à obtenir un gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés, le gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés étant ajouté au gaz à purifier avant l'étape de prétraitement.

Description

Procédé de purification d’un gaz comprenant du méthane 1. Domaine technique de l’invention L’invention concerne un procédé et une installation de purification d’un gaz comprenant du méthane. En particulier, l’invention concerne un procédé et une installation de purification d’un biogaz. 2. Arrière-plan technologique
Le biogaz est une énergie renouvelable produite par méthanisation de la matière organique, le plus souvent contenue dans des déchets (biodéchets, déchets agricoles, ordures ménagères...). Le biogaz est constitué majoritairement de méthane (50 à 60%) et de dioxyde de carbone (40 à 45%) auxquels s’ajoutent des éléments traces minoritaires tels que de l’eau, de l’oxygène, de l’azote et de l’hydrogène sulfuré.
Afin de pouvoir utiliser ce biogaz comme source d’énergie, il est nécessaire de le purifier pour obtenir un gaz fortement enrichi en méthane et débarrassé de ses composés indésirables. Le gaz ainsi purifié est appelé, communément, biométhane.
La purification du biogaz consiste donc en une succession d’étapes d’élimination de l’eau (déshumidification), du soufre (désulfuration), du dioxyde de carbone et des autres composés indésirables tels que l’ammoniac et les composés organiques volatils non méthaniques (COVNM).
Il existe de nombreux procédés permettant de réaliser chacune de ces étapes.
Ainsi, la déshumidification peut être réalisée par séchage basse ou haute pression.
La désulfuration peut être réalisée par des procédés biologiques ou par des procédés d’adsorption chimiques de désulfuration dans lesquels l’hydrogène sulfuré est converti en soufre élémentaire.
Le dioxyde de carbone peut être séparé du méthane par absorption physique, par lavage à l'eau sous pression, par absorption chimique par lavage aux amines, par adsorption modulée en pression (PSA = Pressure Swing Adsorption) ou par perméation sur membrane. L’ammoniac peut être éliminé par absorption physico-chimique ou par adsorption modulée en température (TSA) ou en pression (PSA).
Les COVNM et en particulier les siloxanes peuvent être éliminés par refroidissement, par adsorption sur charbons actifs, aluminium activé, gel de silice ou par absorption dans un bain d’hydrocarbures.
Le choix parmi ces différents procédés est conditionné par un ensemble de contraintes économiques, environnementales et normatives.
Ainsi pour être économiquement avantageux, le procédé et l’installation de purification doivent présenter un taux de récupération du méthane supérieur à 95%.
De plus, le gaz obtenu doit présenter une très forte concentration en méthane et des concentrations infinitésimales voire nulle en composés indésirables. Ainsi, seul un biométhane présentant des caractéristiques chimiques bien définies peut être injecté dans le réseau de distribution de gaz naturel.
De plus, le rejet de composés polluants doit être limité au maximum. Il convient d’être particulièrement vigilant quant à l’élimination de l’hydrogène sulfuré. L’hydrogène sulfuré est un gaz toxique et potentiellement corrosif. En présence d’eau et d’oxygène, l’hydrogène sulfuré conduit à la formation d’une solution d’acides qui peut endommager les équipements avec lesquels elle est en contact (canalisations, moteur, bruleur de chaudière, membranes d’épuration...). De plus, lors de sa combustion, l’hydrogène sulfuré produit des oxydes de soufre qui, une fois rejetés dans l’atmosphère, peuvent former des acides en présence d’eau de pluie.
Enfin, le procédé et l’installation de purification doivent pouvoir être utilisés en continu et être faciles d’entretien. H convient donc de développer un procédé et une installation de purification pouvant répondre à l’ensemble de ces contraintes. 3. Objectifs de l’invention
Ainsi, l’invention vise à pallier au moins certains des inconvénients précités.
En particulier, l’invention vise, à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l’invention, un procédé de purification présentant un taux de récupération du méthane élevé. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de purification limitant le rejet de composés polluants, tels que l’hydrogène sulfuré. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de purification permettant d’obtenir un gaz pouvant être injecté dans le réseau de distribution du gaz naturel. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un procédé et une installation de purification pouvant être utilisé en continu et présentant un faible coût d’entretien. 4. Résumé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne un procédé de purification d’un gaz, dit gaz à purifier, comprenant du méthane et au moins un premier constituant choisi dans le groupe consistant en de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et des composés organiques volatils non méthaniques, le procédé comprenant : a) une étape de prétraitement dans laquelle une partie d’un ou plusieurs premiers constituants est éliminée dudit gaz à purifier de manière à obtenir un gaz, dit gaz prétraité, b) une étape d’adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) d’au moins une partie d’un ou plusieurs premiers constituants dudit gaz prétraité, réalisée dans au moins une unité d’adsorption, de manière à obtenir un gaz, dit gaz traité par adsorption, c) une étape d’isolement du méthane dans laquelle au moins une partie du méthane est isolée dudit gaz traité par adsorption de manière à obtenir au moins un premier gaz enrichi en méthane et un deuxième gaz, et d) une étape de désorption du ou des premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption, dans laquelle on introduit au moins une partie du deuxième gaz dans au moins une unité d’adsorption, de manière à obtenir un gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption, le gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption étant ajouté audit gaz à purifier avant l’étape de prétraitement.
Suite à l’étape de désorption, le gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption est récupéré et réintroduit dans le procédé de purification. Ce recyclage permet d’une part de limiter les pertes en méthane et d’autre part de ne pas rejeter dans l’atmosphère les composés polluants adsorbés lors de l’étape d’adsorption. L’étape d’adsorption par PSA et/ou TSA d’un ou plusieurs premiers constituants permet d’avoir, dès l’entrée de l’étape d’isolement du méthane, un gaz de très haute qualité. La qualité de ce gaz permet d’optimiser les performances de l’étape d’isolement du méthane.
La qualité du gaz traité par PSA et/ou TSA permet également de pallier certains aléas de fonctionnement et de pertes de performance rencontrés avec les procédés de l’art antérieur, notamment avec les procédés d’adsorption sur charbons actifs. L’invention concerne, également, une installation de purification d’un gaz , dit gaz à purifier, comprenant du méthane et au moins un premier constituant choisi dans le groupe consistant en de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et des composés organiques volatils non méthaniques, l’installation comprenant: -une unité de prétraitement : -connectée fluidiquement en entrée à une source dudit gaz à purifier, -adaptée pour éliminer partiellement un ou plusieurs premiers constituants et -connectée fluidiquement en sortie à une entrée, dite entrée d’adsorption, d’au moins une unité d’adsorption, -chaque unité d’adsorption : -étant adaptée pour adsorber par adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) au moins partiellement un ou plusieurs premiers constituants et -comprenant une sortie, dite sortie d’adsorption, connectée fluidiquement à une unité d’isolement du méthane, - l’unité d’isolement du méthane : -étant adaptée pour isoler au moins partiellement du méthane et -comprenant une première sortie de gaz enrichi en méthane et une deuxième sortie, - chaque unité d’adsorption comprenant en outre : -une entrée, dite entrée de désorption, à laquelle est connectée fluidiquement la deuxième sortie de l’unité d’isolement du méthane et -une sortie, dite sortie de désorption, connectée fluidiquement à l’entrée de l’unité de prétraitement. 4. Description détaillée
Le gaz à purifier par le procédé selon l’invention est un gaz comprenant du méthane et au moins un premier constituant choisi dans le groupe consistant en de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et des composés organiques volatils non méthaniques (COVNM).
Les COVNM peuvent, notamment, être des siloxanes, des alcanes autres que le méthane, des alcools, des cétones, des esters, des cycloalcanes, des hydrocarbures monoaromatiques, des hydrocarbures monoterpéniques ou des silanes. De préférence, les COVNM sont des siloxanes.
Typiquement, au moins un premier constituant est de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et/ou un ou des COVNM tels que des siloxanes.
De préférence, le ou les premiers constituants sont de l’eau et/ou de l’hydrogène sulfuré.
Ledit gaz à purifier peut comprendre, également, au moins un deuxième constituant. De préférence, au moins un autre constituant est du dioxyde de carbone.
Le gaz à purifier peut, également, comprendre d’autres constituants tels que, par exemple, de l’azote ou de l’oxygène.
De préférence, le gaz à purifier est un gaz produit par la décomposition de la matière organique tel qu’un biogaz ou un gaz de décharge.
La première étape du procédé selon l’invention comprend une étape de prétraitement dans laquelle une partie d’un ou plusieurs premiers constituants est éliminée du gaz à purifier de manière à obtenir un gaz, dit gaz prétraité.
Typiquement, lors de l’étape de prétraitement est éliminé une partie de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et/ou d’un ou des COVNM tels que des siloxanes.
Un ou plusieurs premiers constituants peuvent être éliminés lors de l’étape de prétraitement. Lorsque plusieurs constituants sont éliminés lors de cette étape, l’élimination de ces différents constituants peut être réalisée successivement ou simultanément. De préférence, l’élimination de ces différents constituants est réalisée de manière successive.
De préférence, un ou plusieurs premiers constituants éliminés lors de l’étape de prétraitement est de l’eau et/ou de l’hydrogène sulfuré.
Selon un mode de réalisation, une partie de l’hydrogène sulfuré est éliminée du gaz à purifier lors de l’étape de prétraitement. Des techniques d’élimination de l’hydrogène sulfuré sont connues. Par exemple, cette étape peut être réalisée par désulfuration biologique, par lavage aux oxydants chimiques ou par adsorption sur des oxydes métalliques ou des charbons actifs.
Selon un mode de réalisation préféré, l’élimination de l’hydrogène sulfuré, lors de l’étape de prétraitement, est réalisée par adsorption sur des charbons actifs. Il peut, par exemple, s’agir de charbons actifs ayant subi une imprégnation chimique pour améliorer l’efficacité et la capacité d’adsorption. Les charbons actifs peuvent, notamment, avoir subi des imprégnations à l’hydroxyde de potassium, à l’iodure de potassium ou au cuivre.
De préférence, le gaz prétraité obtenu lors de cette étape de prétraitement comprend entre 10 et 500 ppm d’hydrogène sulfuré.
Selon un mode de réalisation, une partie de l’eau est éliminée du gaz à purifier lors de l’étape de prétraitement. Des techniques d’élimination de l’eau sont connues. Par exemple, cette étape peut être réalisée par séchage basse ou haute pression, par refroidissement et condensation ou par adsorption sur gel de silice, ou sur tamis moléculaire .
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape d’élimination partielle de l’eau est réalisée par refroidissement et condensation.
De préférence, le gaz prétraité obtenu lors de cette étape de prétraitement comprend moins de 1% d’eau en volume.
Selon un mode de réalisation préféré, une partie, à la fois, de l’hydrogène sulfuré et de l’eau est éliminée du gaz à purifier lors de l’étape de prétraitement. Le ou les premiers constituants éliminés lors de l’étape de prétraitement sont alors de l’eau et de l’hydrogène sulfurés. L’élimination de l’hydrogène sulfuré peut, alors, être réalisée successivement ou simultanément à l’élimination partielle de l’eau.
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape de prétraitement comprend une déshumidification par refroidissement et condensation et une désulfuration par adsorption sur charbon actif.
De préférence, le gaz prétraité obtenu lors de cette étape de prétraitement comprend entre 10 et 500 ppm d’hydrogène sulfuré et moins de 1% d’eau en volume.
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape de prétraitement est réalisée à basse pression, de préférence à une pression comprise entre 1050 mbarA et 1500 mbarA soit entre 50 mbar et 500 mbar en pression relative.
Dans une deuxième étape du procédé selon l’invention, au moins une partie du ou des premiers constituants du gaz prétraité est adsorbée par adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) de manière à obtenir un gaz, dit gaz traité par adsorption. L’étape d’adsorption est réalisée dans au moins une unité d’adsorption. Ainsi, le ou les premiers constituants restant suite à leur élimination partielle lors de l’étape de prétraitement subissent une nouvelle étape d’élimination, cette fois par adsorption modulée en pression et/ou en température.
Typiquement, lors de l’étape d’adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) est éliminé au moins une partie de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et/ou d’un ou des COVNM tels que des siloxanes.
Un ou plusieurs des premiers constituants peuvent être éliminés lors de l’étape d’adsorption. Lorsque plusieurs constituants sont éliminés lors de cette étape, l’élimination de ces différents constituants peut être réalisée successivement ou simultanément. De préférence, l’élimination de ces différents constituants est réalisée de manière successive. Chaque unité d’adsorption peut, alors, comprendre plusieurs modules, chaque module étant adapté pour adsorber l’un de ces constituants.
De préférence, un ou plusieurs premiers constituants éliminés lors de l’étape d’adsorption est de l’eau et/ou de l’hydrogène sulfuré.
Selon un mode de réalisation, au moins une partie de l’hydrogène sulfuré du gaz prétraité est adsorbée lors de l’étape d’adsorption.
De préférence, le gaz traité par adsorption comprend moins de 10 ppm d’hydrogène sulfuré, plus préférablement moins de lppm d’hydrogène sulfuré.
La concentration très faible voire nulle en hydrogène sulfuré permet d’obtenir après isolement du méthane un gaz ne présentant pas de risque de production d’oxyde de soufre. Elle limite, également, le risque d’endommager l’unité d’isolement du méthane, notamment lorsque cette dernière utilise de membranes.
Selon un mode de réalisation, au moins une partie de l’eau du gaz prétraité est adsorbée lors de l’étape d’adsorption. De préférence, le gaz traité par adsorption comprend moins de 0.1% d’eau en volume.
Avec un gaz présentant un si faible pourcentage volumique d’eau, il n’est plus nécessaire de le chauffer avant l’étape d’isolement du méthane car la température de rosée du gaz obtenu est alors inférieure à -10°C.
Selon un mode de réalisation préféré, au moins une partie, à la fois, de l’hydrogène sulfuré et de l’eau du gaz prétraité est adsorbée lors de l’étape d’adsorption. Le ou les premiers constituants éliminés lors de l’étape d’adsorption sont alors de l’hydrogène sulfuré et de l’eau.
De préférence, le gaz traité par adsorption comprend moins de 10 ppm d’hydrogène sulfuré et moins de 0.1% d’eau en volume. L’étape d’adsorption est une étape d’adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA).
Typiquement, l’étape d’adsorption est une étape de PSA, de TSA ou de TPSA (adsorption modulée en pression et en température).
Le procédé selon l’invention comprend, en outre, une étape de désorption dans laquelle le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption sont désorbés. Lors de cette étape, on introduit au moins une partie du deuxième gaz dans au moins une unité d’adsorption. On obtient ainsi un gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption,.
Ainsi, en augmentant la concentration en premiers constituants en entrée de l’étape de prétraitement, on optimise son fonctionnement. Une telle optimisation se rencontre, notamment, lorsque le premier constituant est de l’hydrogène sulfuré ou des COVNM et que T adsorption sur charbon actif est utilisée, lors du prétraitement, pour éliminer ces composés du gaz à purifier. Augmenter la concentration en hydrogène sulfuré ou en COVNM en entrée de l’adsorbeur sur charbon actif permet, alors, de l’utiliser dans des conditions optimales.
Typiquement, le gaz obtenu lors de l’étape de désorption est enrichi en eau, hydrogène sulfuré, ammoniac et/ou un ou des COVNM tels que des siloxanes et ce en fonction des constituants qui ont été adsorbés lors de l’étape d’adsorption.
Ce gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption est ajouté au gaz à purifier avant l’étape de prétraitement.
De préférence, le gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption est un gaz enrichi en eau et/ou en hydrogène sulfuré.
Selon un mode de réalisation, le gaz ajouté au gaz à purifier avant l’étape de prétraitement est un gaz enrichi en eau.
Selon un mode de réalisation, le gaz ajouté au gaz à purifier avant l’étape de prétraitement est un gaz enrichi en hydrogène sulfuré.
Selon un mode de réalisation préféré, le gaz ajouté au gaz à purifier avant l’étape de prétraitement est un gaz enrichi en eau et en hydrogène sulfuré.
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape d’adsorption est réalisée dans au moins une première et une deuxième unités d’adsorption et l’étape d’adsorption est réalisée alternativement dans la première et la deuxième unité d’adsorption. L’étape de désorption est réalisée successivement à l’étape de désorption dans l’unité d’adsorption dans laquelle l’adsorption a été réalisée. Ainsi, une étape d’adsorption et une étape de désorption peuvent être réalisées simultanément chacune dans une unité d’adsorption différente.
Selon ce mode de réalisation, l’installation de purification comprend au moins deux unités d’adsorption, fonctionnant de manière alternée, c'est-à-dire que l'une des unités d’adsorption est en phase d’adsorption pendant que l'autre est en phase de désorption. La phase d’adsorption correspond à la purification du gaz prétraité par adsorption du ou des premiers constituants. La phase de désorption correspond à la désorption de ces constituants, retenus sur l'adsorbant pendant l'étape d’adsorption. Cette étape de désorption comprend, généralement, les étapes de dépressurisation, de chauffage, de refroidissement et de repressurisation.
Ainsi, l’utilisation d’un média de PSA et/ou de TSA régénérable permet, par l’alternance des phases d’adsorption/désorption, de conserver les performances épuratoires du système même pour des taux élevés d’abattement des composés adsorbables ce qui n’est pas le cas des filtres à charbons actifs qui perdent progressivement de l’efficacité à mesure de leur saturation. De plus, le procédé peut être réalisé en continu.
La troisième étape du procédé selon l’invention est une étape d’isolement du méthane dans laquelle au moins une partie du méthane est isolée du gaz traité par adsorption de manière à obtenir au moins un premier gaz enrichi en méthane et un deuxième gaz.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit gaz à purifier comprend, en outre, au moins un deuxième constituant. L’étape d’isolement du méthane peut, alors, consister à isoler le méthane en le séparant au moins de ce deuxième constituant.
De préférence, ledit gaz à purifier comprend du dioxyde de carbone formant au moins un deuxième constituant.
Lorsqu’au moins un deuxième constituant est du dioxyde de carbone, l’étape d’isolement du méthane peut être réalisée selon au moins trois modes de réalisation.
Selon un premier mode de réalisation, au moins une partie du méthane est isolée du gaz traité par adsorption par séparation du dioxyde de carbone et du méthane lors de l’étape d’isolement du méthane. Ainsi, on obtient un premier gaz qui est enrichi en méthane et un deuxième gaz qui est enrichi en dioxyde de carbone. Au moins une partie de ce deuxième gaz qui est enrichi en dioxyde de carbone est introduite dans au moins une unité d’adsorption lors de l’étape de désorption.
Selon un deuxième mode de réalisation, lors de l’étape d’isolement du méthane, le méthane et le dioxyde de carbone du gaz traité par adsorption sont séparés de manière à obtenir un premier gaz qui est enrichi en méthane et un gaz qui est enrichi en dioxyde de carbone. De l’hydrogène est mis en contact avec le gaz enrichi en dioxyde de carbone de manière à réaliser une réaction de méthanation. Lors de cette réaction de méthanation, le dioxyde de carbone et l’hydrogène sont transformés en dioxygène et en méthane formant ainsi le deuxième gaz. Au moins une partie de ce deuxième gaz est introduite dans au moins une unité d’adsorption lors de l’étape de désorption. Dans ce deuxième mode de réalisation, l’étape d’isolement du méthane consiste donc en une première étape de séparation du méthane et du dioxyde de carbone puis en une étape de méthanation.
Selon un troisième mode de réalisation, l’hydrogène est mis en contact avec le gaz traité par adsorption de manière à réaliser une réaction de méthanation. Lors de cette réaction de méthanation, le dioxyde de carbone contenu dans le gaz traité par adsorption et l’hydrogène sont transformés en dioxygène et en méthane. Un gaz enrichi en méthane est ainsi obtenu. Ce gaz est séparé en un premier gaz enrichi en méthane et en un deuxième gaz, lui aussi enrichi en méthane. Ce deuxième gaz est introduit dans au moins une unité d’adsorption lors de l’étape de désorption. Dans ce troisième mode d’isolement du méthane, l’étape d’isolement du méthane consiste en une étape de méthanation dans laquelle le dioxyde de carbone est converti en méthane. L’invention concerne, également, une installation pour la mise en œuvre du procédé de purification selon l’invention. L'invention concerne aussi une installation de purification d’un gaz , dit gaz à purifier, comprenant du méthane et au moins un premier constituant choisi dans le groupe consistant en de l'eau, de l'hydrogène sulfuré, de l'ammoniac et des composés organiques volatils non méthaniques, l’installation comprenant: -une unité de prétraitement (2) : -connectée fluidiquement en entrée à une source (1) du gaz à purifier, -adaptée pour éliminer partiellement un ou plusieurs premiers constituants et -connectée fluidiquement en sortie à une entrée, dite entrée d’adsorption (5a, 5b), d’au moins une unité d’adsorption (3a, 3b) -chaque unité d’adsorption (3a, 3b): -étant adaptée pour adsorber par adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) au moins partiellement un ou plusieurs premiers constituants et -comprenant une sortie, dite sortie d’adsorption (6a, 6b), connectée fluidiquement à une unité d’isolement du méthane (4), - l’unité d’isolement du méthane (4): -étant adaptée pour isoler au moins partiellement du méthane et -comprenant une première sortie (7) de gaz enrichi en méthane et une deuxième sortie (8), - chaque unité d’adsorption (3a, 3b) comprenant en outre : -une entrée, dite entrée de désorption (9a, 9b), à laquelle est connectée fluidiquement la deuxième sortie (8) de l’unité d’isolement du méthane (4) et -une sortie, dite sortie de désorption (10), connectée fluidiquement à l’entrée de l’unité de prétraitement.
Par « connexion fluidique » ou « connecté fluidiquement », on veut dire qu'il y a connexion par un système de canalisations aptes à transporter un flux de matière. Ce système de connexion peut comprendre notamment des vannes, des stockages intermédiaires, des dérivations, des échangeurs de chaleur et des compresseurs. L’unité de prétraitement est adaptée pour éliminer partiellement un ou plusieurs premiers constituants
Typiquement, l’unité de prétraitement est adaptée pour éliminer au moins une partie de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et/ou d’un ou des COVNM tels que des siloxanes.
De préférence, l’unité de prétraitement est adaptée pour éliminer partiellement de l’eau, de l’hydrogène sulfuré ou les deux. L’unité de prétraitement est connectée fluidiquement en sortie à l’entrée d’adsorption d’au moins une unité d’adsorption.
Chaque unité d’adsorption est adaptée pour adsorber par PSA et/ou TSA au moins partiellement un ou plusieurs premiers constituants.
Typiquement, chaque unité d’adsorption est une unité de PSA, de TSA ou de TPSA.
Typiquement, chaque unité d’adsorption est adaptée pour éliminer au moins une partie de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et/ou d’un ou des COVNM tels que des siloxanes.
Afin de réaliser l’adsorption du ou des premiers constituants, chaque unité d’adsorption peut comprendre plusieurs modules. Ces modules sont préférentiellement reliés en série. Une même unité peut alors comprendre des modules présentant des caractéristiques d’adsorption différentes. Par exemple, dans le cas où les premiers constituants sont de l’eau et de l’hydrogène sulfuré, l’un de ces modules peut être adapté pour adsorber de l’hydrogène sulfuré et un autre module pour adsorber de l’eau.
Chaque unité d’adsorption peut, également, comprendre un module de PSA et un module de TSA.
Chaque unité d’adsorption peut, également, comprendre une série de plusieurs modules présentant les même caractéristiques.
Outre son entrée et de sa sortie d’adsorption, chaque unité d’adsorption comprend également une entrée de désorption, à laquelle est connectée fluidiquement la deuxième sortie de l’unité d’isolement du méthane et une sortie de désorption connectée fluidiquement à l’entrée de l’unité de prétraitement.
La connexion entre la deuxième sortie de l’unité d’isolement et le ou les unités d’adsorption peut comprendre un chauffeur afin de chauffer le gaz en vue de l’étape de désorption.
Chaque unité d’adsorption peut être utilisée séquentiellement dans des phases d’adsorption et de désorption.
Selon un mode de réalisation préféré, l’installation selon l’invention comprend au moins une première et une deuxième unités d’adsorption agencées en parallèle. La première et la deuxième unités sont alors connectées de manière à pouvoir fonctionner de manière alternée, c'est-à-dire que l'une des unités d’adsorption est en phase d’adsorption pendant que l'autre est en phase de désorption. Pour ce faire, l’installation comprend des moyens de régulations tels que des vannes.
Chaque unité d’adsorption comprend une sortie d’adsorption, connectée fluidiquement à l’unité d’isolement du méthane. L’unité d’isolement du méthane de l’installation selon l’invention est adaptée pour isoler au moins partiellement du méthane. Elle comprend une première sortie de gaz enrichi en méthane et une deuxième sortie.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit gaz à purifier comprend également au moins un deuxième constituant. L’unité d’isolement du méthane peut comprendre un séparateur adapté pour séparer le méthane du deuxième constituant. La deuxième sortie de l’unité d’isolement du méthane étant une sortie de gaz enrichie en au moins un autre constituant.
De préférence, ledit gaz à purifier comprend du dioxyde de carbone formant au moins un deuxième constituant. Lorsqu’au moins un constituant est du dioxyde de carbone, l’unité d’isolement du méthane peut être réalisée selon au moins trois modes de réalisation.
Selon un premier mode de réalisation, l’unité d’isolement du méthane comprend un séparateur adapté pour séparer le méthane et le dioxyde de carbone de manière à obtenir un premier gaz enrichi en méthane et un deuxième gaz enrichi en dioxyde de carbone.
Selon un deuxième mode de réalisation, l’unité d’isolement du méthane comprend un séparateur adapté pour séparer le méthane et le dioxyde de carbone et un réacteur de méthanation. Le séparateur comprend une première sortie de gaz enrichi en méthane et une sortie de gaz enrichi en dioxyde de carbone. La sortie de gaz enrichi en dioxyde de carbone est connectée au réacteur de méthanation. Le réacteur de méthanation est pourvu, en outre, d’une alimentation en hydrogène.
Selon un troisième mode de réalisation, l’unité d’isolement du méthane ne comprend pas de séparateur adapté pour séparer le méthane et le dioxyde de carbone mais comprend un réacteur de méthanation pourvu d’une alimentation en hydrogène. Ce réacteur de méthanation comprend une première sortie de gaz enrichi en méthane et une deuxième sortie de gaz enrichi en méthane. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère à la figure 1 qui représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de l’installation selon l’invention lors d’un cycle de son utilisation.
Sur la figure 1, une source 1 de gaz à purifier comprenant du méthane, des premiers constituants étant l’eau et de l’hydrogène sulfuré et un deuxième constituant étant du dioxyde carbone est connectée à une unité de prétraitement 2. L’unité de prétraitement réalise l’étape a) du procédé.
Pour ce faire, l’unité de prétraitement comprend un déshumidificateur basse pression pour éliminer l’eau du gaz à purifier connecté en série à une unité d’adsorption sur charbons actifs pour éliminer l’hydrogène sulfuré. L’étape a) est réalisée à une température de 1°C à 10°C, plus généralement de 3°C à 5°C, et une pression de 1 050 mbarA et 1 500 mbarA soit entre 50 et 500 mbar en pression relative.
Le gaz prétraité est comprimé. La sortie du compresseur est connectée à un système de deux unités d’adsorption 3a, 3b connectées en parallèle. Ce système comprend les vannes VI à V7 permettant d’alterner les phases d’adsorption et de désorption dans les deux unités d’adsorption 3a, 3b.
Les unités d’adsorption représentés à la figure 1 sont des unités d’adsorption modulés en pression et en température (TPSA).
Sur la figure 1, est représentée une phase du cycle pendant laquelle T unité d’adsorption 3a est en phase de désorption et l’unité 3b est en phase d’adsorption.
La vanne VI est ouverte alors que les vannes V2 et V7 sont fermées. Le gaz comprimé entre dans l’unité d’adsorption 3b par l’entrée d’adsorption 5b. L’hydrogène sulfuré et l’eau de ce gaz sont adsorbés dans l’unité d’adsorption 3b selon l’étape b) du procédé. L’étape b) est réalisée à une température de 5°C à 50°C, plus généralement entre 15°C et 25°C et une pression de 7 à 26 barA.
La vanne V3 est ouverte alors que les vannes V4 et V5 sont fermées. Le gaz traité par adsorption sort de T unité d’adsorption 3b par la sortie d’adsorption 6b.
Le méthane est isolé du gaz traité par adsorption dans l’unité d’isolement du méthane 4 selon l’étape c) du procédé. Le méthane y est séparé du dioxyde de carbone par perméation sur membrane. L’étape c) est réalisée à une température de 20°c à 50°C et une pression de 7 à 26 barA.
Le premier gaz qui est enrichi en méthane sort de l’unité d’isolement du méthane 4 par la première sortie 7. Quant au deuxième gaz qui est enrichi en dioxyde de carbone, il sort par la deuxième sortie 8.
La vanne V6 est ouverte et les vannes V5 et V4 sont fermées. Une partie du deuxième gaz enrichi en dioxyde de carbone est recyclée vers l’unité d’adsorption 3a, après avoir été chauffé dans le chauffeur 11. L’étape de désorption d) est réalisée dans l’unité d’adsorption 3a. L’étape d) est réalisée à une température de 20°c à 300°C et une pression entre 1050 mbarA et 1500 mbarA.
La vanne V8 est ouverte et les vannes V2 et V7 sont fermées. Le gaz enrichi en eau et/ou en hydrogène sulfuré issu de l’étape de désorption est ajouté au gaz à purifier avant son entrée dans l’unité de prétraitement.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de purification d’un gaz, dit gaz à purifier, comprenant du méthane et au moins un premier constituant choisi dans le groupe consistant en de l’eau, de l’hydrogène sulfuré, de l’ammoniac et des composés organiques volatils non méthaniques, le procédé comprenant : a) une étape de prétraitement dans laquelle une partie d’un ou plusieurs premiers constituants est éliminée dudit gaz à purifier de manière à obtenir un gaz, dit gaz prétraité, b) une étape d’adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) d’au moins une partie du ou des premiers constituants dudit gaz prétraité, réalisée dans au moins une unité d’adsorption (3a, 3b), de manière à obtenir un gaz, dit gaz traité par adsorption, c) une étape d’isolement du médiane dans laquelle au moins une partie du méthane est isolée dudit gaz traité par adsorption de manière à obtenir au moins un premier gaz enrichi en méthane et un deuxième gaz, et d) une étape de désorption du ou des premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption, dans laquelle on introduit au moins une partie du deuxième gaz dans au moins une unité d’adsorption (3a, 3b), de manière à obtenir un gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption, le gaz enrichi en le ou les premiers constituants adsorbés lors de l’étape d’adsorption étant ajouté audit gaz à purifier avant l’étape de prétraitement.
  2. 2. Procédé de purification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les premiers constituants sont de l’hydrogène sulfuré et de l’eau.
  3. 3. Procédé de purification selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’étape d’adsorption est réalisée dans au moins une première et une deuxième unités d’adsorption (3a, 3b) et en ce que l’étape d’adsorption est réalisée alternativement dans la première et la deuxième unité d’adsorption.
  4. 4. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit gaz à purifier comprend au moins un deuxième constituant.
  5. 5. Procédé de purification selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit gaz à purifier comprend du dioxyde de carbone formant au moins un deuxième constituant.
  6. 6. Procédé de purification selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième gaz est un gaz enrichi en dioxyde de carbone.
  7. 7. Procédé de purification selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lors de l’étape d’isolement du méthane, le méthane et le dioxyde de carbone dudit gaz traité par adsorption sont séparés de manière à obtenir un gaz enrichi en méthane et un gaz enrichi en dioxyde de carbone et en ce que de l’hydrogène est mis en contact avec le gaz enrichi en dioxyde de carbone de manière à obtenir un gaz enrichi en méthane par une réaction de méthanation.
  8. 8. Procédé de purification selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lors de l’étape d’isolement du méthane, de l’hydrogène est mis en contact avec le gaz traité par adsorption de manière à réaliser une réaction de méthanation.
  9. 9. Installation de purification d’un gaz, dit gaz à purifier, comprenant du méthane et au moins un premier constituant choisi dans le groupe consistant en de l'eau, de l’hydrogène sulfuré, de l'ammoniac et des composés organiques volatils non méthaniques, l’installation comprenant: -une unité de prétraitement (2) : -connectée fluidiquement en entrée à une source (1) dudit gaz à purifier, -adaptée pour éliminer partiellement un ou plusieurs premiers constituants et -connectée fluidiquement en sortie à une entrée, dite entrée d’adsorption (5a, 5b), d’au moins une unité d’adsorption (3a, 3b) -chaque unité d’adsorption (3a, 3b): -étant adaptée pour adsorber par adsorption modulée en pression (PSA) et/ou en température (TSA) au moins partiellement un ou plusieurs premiers constituants et -comprenant une sortie, dite sortie d’adsorption (6a, 6b), connectée fluidiquement à une unité d’isolement du méthane (4), - l’unité d’isolement du méthane (4): -étant adaptée pour isoler au moins partiellement du méthane et -comprenant une première sortie (7) de gaz enrichi en méthane et une deuxième sortie (8), - chaque unité d’adsorption (3a, 3b) comprenant en outre : -une entrée, dite entrée de désorption (9a, 9b), à laquelle est connectée fluidiquement la deuxième sortie (8) de l’unité d’isolement du méthane (4) et -une sortie, dite sortie de désorption (10), connectée fluidiquement à l’entrée de l’unité de prétraitement.
  10. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une première (3a) et une deuxième (3b) unités d’adsorption agencées en parallèle.
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