FR3040174A1 - Dispositif d'injection de gaz et d'inertage dans un ou des digesteurs necessaires a la methanisation par voie discontinue - Google Patents

Abstract

Le procédé objet de l'invention a pour but d'introduire du gaz inertant provenant d'une source (3) ou (3bis) afin de sécuriser les différentes phases du procédé de méthanisation dans un ou des digesteurs (1) en mode discontinu notamment avant et après l'ouverture de la ou des portes (2) d'un ou des digesteurs (1) par un moyen de réseaux tubulaires ainsi que d'éléments actifs et passifs tels qu'un ventilateur surpresseur (4), un ventilateur extracteur (7), des vannes (5, 5bis et 9), des échappements (6 et 6bis) ou éléments de sécurité (8) et une instrumentation (10 et 11) adaptée au pilotage de l'invention relié ou non à un automate. L'invention peut en outre améliorer l'efficacité des différentes phases de la méthanisation par l'apport de gaz comme le dioxyde de carbone dans l'atmosphère confinée du ou des digesteurs (1).

Description

Domaine de l'invention à laquelle elle se rapporte :

La méthanisation par voie sèche discontinue a besoin d'inerter les digesteurs une fois remplis de la matière à digérer et une fois fermés, lors de deux phases principales et deux accessoires par un gaz neutre et évitant l'explosion ou l'inflammation ou tout risque lié à la présence de méthane et d'oxygène de manière combinée ou indépendante.

Antériorité :

Des publications FR2981086 et EP1997875 un dispositif existe pour les phases d'inertage utilisant du gaz d'échappement de moteur à explosion avec une forte proportion de dioxyde de carbone et une moindre quantité d'air.

Ce principe pose le problème d'incorporer au travers des gaz d'échappement une quantité d'air non brûlé, donc d'oxygène, pouvant provoquer un risque d'explosion dans l'enceinte du digesteur d'autant plus que ce gaz est chaud et pouvant être chargé d'éléments incandescents comme de la suie ou particule issue du fonctionnement du moteur.

Ce gaz introduit comportera de plus de l'azote gazeux ou de ses dérivés, impropre à certaines utilisations du biogaz produit.

En outre ce gaz étant lié au fonctionnement du moteur ne dispose pas d'une indépendance en cas de panne ou d'arrêt du moteur pouvant empêcher l'ouverture des digesteurs de manière sécurisée.

Exposé de l'invention :

Les digesteurs sont des garages, des box, des cases de forme allongée avec un sol, des parois étanches et un toit rigide ou souple étanche suivant le procédé des constructeurs. L'incorporation et la vidange des intrants devant subir la méthanisation se fait par une ou plusieurs portes étanches dans le but de la méthanisation. Une aspersion et un chauffage peuvent se faire par des orifices créés dans les parois ou le toit, de même que la récupération des jus de percolât et bien sûr du biogaz produit.

Les différentes phases constituant un cycle de méthanisation sont dans l'ordre : -Remplissage du ou des digesteurs et fermeture de la ou des portes -inertage par un gaz neutre du ou des digesteurs -méthanisation avec chauffage et irrigation du massif digéré avec circulation des jus, récupération du biogaz -inertage par un gaz neutre pour chasser le méthane -chasse du gaz neutre par de l'air ambiant -vidange après ouverture de la ou des portes

Les deux phases posant problème et surtout étant source de danger et d'explosion sont après et avant la fermeture de la ou des portes puisque dans une enceinte confinée de manière étanche se mélangent de l'air et du méthane ou autre gaz explosif et inflammable.

Le procédé objet de l'invention et du dépôt de brevet est l'inertage lors de ces deux phases à l'aide de dioxyde de carbone C02 ou d'azote N2 afin de créer une atmosphère gazeuse neutre.

La source de ces gaz peuvent provenir soit de réserves de gaz à l'état comprimé ou liquide dans des réservoirs prévus et chargés à cet effet, soit par la récupération du dioxyde de carbone à la sortie et produit par un épurateur à gaz dont l'objet est de purifier le biogaz pour le transformer en biométhane ou tout autre gaz issu de la méthanisation après épuration.

En outre ce procédé peut servir lors de la phase de méthanisation à maintenir une pression suffisante dans le ou les digesteurs par l'opérateur ou une automatisation et des capteurs de pression afin d'éviter un phénomène de dépression lors du soutirage du biogaz pour laquelle le ou les digesteurs ne sont pas conçus.

De plus on observe par l'inertage du ou des digesteurs juste après la fermeture de la ou des portes le développement plus rapide de la phase de méthanisation par le caractère anaérobie immédiat qui permet de gagner quelques jours sur la montée en charge de la production de méthane. L'injection de dioxyde de carbone accroît la phase d'acétogénèse en favorisant la production d'acétate et donc améliore les conditions de la phase suivante qu'est la méthanogénèse pour laquelle le ou les digesteurs sont conçus.

Le procédé objet de l'invention fonctionne avec des tubulures prévues aux normes du gaz suivant sa composition, des vannes prévues aux mêmes normes, des ventilateurs, compresseurs ou toute autre source de circulation active du gaz et avec ou non un automatisme fonctionnant individuellement ou relié à celui qui gère la méthanisation le tout aux normes ATEX si besoin.

Description détaillée :

Le procédé tel que décrit dans les schémas l'est d'une manière unitaire mais est tout aussi valable de manière multiple indépendamment ou combiné.

Le ou les digesteurs (1) sont des cases étanches de par leur construction au niveau des parois verticales, du sol et du ou des toits qui peuvent être rigides ou souples.

La ou les portes étanches (2) s'ouvrent afin de remplir le ou les digesteurs (1) en matières fermentescibles et de le ou les vider à la fin du cycle de méthanisation.

Le procédé objet de l'invention commence à partir d'une tubulure raccordée à une source de gaz inertant, soit de dioxyde de carbone ou d'azote gazeux ou d'autres gaz, qui peuvent provenir d'un purificateur à biogaz ou à gaz (3) ou d'une réserve sous forme de conteneur sous pression de manière gazeuse ou liquide (3bis).

Le gaz est véhiculé de la source aux digesteurs (1) par un ventilateur surpresseur (4) si nécessaire car la pression naturelle de la source peut suffire. Si tel n'est pas le cas un ventilateur surpresseur (4) véhicule le gaz dans le sens de la source aux digesteurs (1) à une pression définie en rapport avec des capteurs (10) qui indiquent à l'opérateur ou à l'automate le fonctionnement du ventilateur surpresseur (4) ainsi que des vannes (5), l'ensemble devant réguler le fonctionnement au travers des paramètres de pression (10) et de température (11). Un échappement (6) sert grâce à la vanne (5bis) qui l'accompagne de régulation et d'organe de sécurité. Tous les équipements répondent aux normes ATEX si besoin.

Le gaz lors de la phase d'inertage après la fermeture de la ou des portes (2) est donc introduit dans le ou les digesteurs (1) soit par la pression naturelle de la source (3) ou (3bis) ou par un ventilateur surpresseur (4) et des vannes (5) et moyennant la régulation indiquée grâce aux capteurs de pression (10), alors des vannes (9) sur la partie haute du ou des digesteurs (1) laissent s'échapper sous la pression, l'air emprisonné au chargement en utilisant si nécessaire un ventilateur extracteur (7) qui dirige l'air mélangé de gaz sur une torchère (8) ou un échappement (6bis).

Lorsque grâce à un analyseur de gaz en ligne de type SEWERIN ou similaire raccordé aux digesteurs (1) ou aux tubulures chargées du transport des gaz, le taux d'air et l'analyse de sa composition est inférieur à 2% ou une valeur paramétrée, les vannes (9) sur la partie haute du ou des digesteurs (1) se ferment et le ventilateur extracteur (7) s'arrête suivant les paramètres de l'automate ou par décision de l'opérateur.

Ainsi l'atmosphère à l'intérieur du ou des digesteurs (1) à la fin de cette phase n'est plus composée que du gaz inertant et de la montée en charge du méthane produit par la méthanisation.

Lors de la phase d'acétogénèse une fois que l'inertage après le chargement du ou des digesteurs (1) est finie, le procédé de l'invention grâce à une source de gaz (3) ou (3bis), un ventilateur surpresseur (4) et des vannes (5), continu d'introduire du dioxyde de carbone dans le ou les digesteurs (1) afin de maintenir un taux élevé et toujours supérieur à 50% mesuré par un analyseur en ligne relié aux digesteurs (1), avec une pression dans le ou les digesteurs (1) paramétrée par l'automate ou l'opérateur et gérée grâce aux capteurs de pression (10), qui est dans tous les cas une pression positive.

Au cours de cette phase l'évolution de l'atmosphère gazeuse à l'intérieur du ou des digesteurs (1) passe d'un taux de dioxyde de carbone saturé à un taux qui diminue substitué progressivement par le méthane produit composant le biogaz. Des vannes situées sur le haut du ou des digesteurs (9) servent éventuellement à réguler une pression trop élevée en dirigeant le gaz vers une torchère (8) à l'aide ou non d'un ventilateur extracteur (7). Lorsque le biogaz comporte les valeurs correspondant à son utilisation il est alors soutiré des digesteurs.

Lors de la phase de méthanisation, le procédé de méthanisation par voie sèche discontinu ne produit pas du biogaz de manière régulière car il n'existe pas de brassage mécanique si ce n'est l'aspersion régulière du percolât. Ainsi la pression dans le ou les digesteurs (1) varie au gré de la production du biogaz et de sa libération par le massif de matière fermentescible des poches l'enfermant. Afin de maintenir une pression toujours positive, intervient alors l'invention qui grâce à l'introduction de dioxyde de carbone provenant d'une source (3) ou (3bis), par des éléments de régulation que sont un ventilateur surpresseur (4), des vannes (5) et des capteurs de pression (10), l'opérateur ou l'automate pilote cette pression.

En fin de cycle de méthanisation et dans le but de créer une atmosphère qui ne soit plus explosive pour permettre l'ouverture de la ou des portes (2) et le déchargement de la matière digérée, l'invention intervient alors de nouveau afin de chasser le biogaz riche en méthane par un gaz inertant.

Le procédé introduit le gaz issu d'une source (3) ou (3bis) par le procédé de l'invention remplaçant petit à petit le biogaz par une concentration de plus en plus forte du gaz inertant jusqu'à l'obtention de la saturation. Le biogaz chassé par le gaz inertant peut dans un premier temps continuer à être utilisé, puis des vannes situées sur le haut des digesteurs (9) et un ventilateur extracteur (7), dirigent le gaz devenu inutilisable par sa mauvaise qualité vers une torchère (8). Lorsque l'atmosphère est saturée par le gaz inertant contrôlé par un analyseur en ligne de gaz de type SEWERIN ou similaire celui-ci peut être extrait par un ventilateur extracteur (7) et libéré par un échappement (6bis) remplacé par de l'air introduit par un ventilateur surpresseur (12) et des vannes (13) composant un autre réseau que celui objet de l'invention, celle-ci s'étant arrêtée. Ensuite lorsque l'atmosphère du ou des digesteurs (1) n'est plus composé que d'air contrôlé par un analyseur de gaz en ligne de type SEWERIN ou similaire, seulement alors la ou les portes (2) peuvent être ouvertes.

Le procédé de l'invention garanti par la succession des différentes phases citées, un risque nul d'explosion et d'inflammation qui n'existe pas jusqu'alors dans les procédés de méthanisation par voie sèche discontinue.

Glossaire : -Méthanisation : procédé biologique par lequel une production de biogaz est produite suivant la maturation d'une matière première organique subissant des transformations de ses composants par différentes phases successives aidées en cela par des éléments internes et externes. -Voie sèche discontinue : procédé de méthanisation par lequel on obtient du biogaz en enfermant dans des conteneur étanches la matière organique dont la matière sèche est supérieure à 15% de sa composition, et dont on renouvelle périodiquement la matière épuisée par de la matière fraîche. -Digesteurs, box, garages : Conteneurs étanches de forme allongée de différentes tailles ayant à une ou aux deux extrémités une ou des portes étanches par lesquelles on introduit et on sort la matière organique à méthaniser. -Biogaz : gaz issu de la méthanisation composé en moyenne de plus de 50% de méthane et de moins de 50% de dioxyde de carbone.

Claims (1)

1. Revendications Revendication 1 : Dispositif d'injection de gaz dans un ou des digesteurs (1) par une tubulure en matériaux agréé pour le transport du gaz. Dispositif caractérisé par un détendeur ou un déverseur ou une vanne chargée de la collecte et du branchement avec une source de production de gaz (3) (3bis) à introduire dans le ou les digesteurs (1), suivi par un ventilateur surpresseur (4) capable de générer un sens et une pression au gaz transporté dans le sens de la source aux digesteurs (1), suivi de vannes manuelles ou automatisées (5) à l'entrée de chaque digesteur, ainsi qu'une vanne (5bis) d'échappement situées sur le dispositif (6) ou sur le ou les digesteurs (9)reliées selon à un échappement (6bis) ou une torchère (8). Une série de capteurs mesurant la pression (10), le débit, la température sont disposés sur la tubulure et sur le ou les digesteurs à différents endroits (11) capables d'indiquer à un opérateur ou à un automate l'optimisation du fonctionnement. Le procédé est décrit d'une manière unitaire mais est tout aussi valable de manière multiple indépendamment ou combiné. Procédé de l'invention ainsi que toutes utilités, raccords et fixations nécessaires aux normes ATEX si besoin, suivant le dossier instruit pour les Installations Classées pour la Protection de l'Environnement de l'installation pour laquelle elle s'applique. Revendication 2 : Automatisation du fonctionnement du dispositif d'introduction du gaz dans le ou les digesteurs (1) selon la revendication 1 par la collecte des renseignements tel que la température par des sondes de température (11), des capteurs de pression (10) mesurant la pression du gaz dans le dispositif objet de l'invention comme dans les digesteurs (1) où le gaz est introduit, des analyseurs de qualité de gaz mesurant la composition tant du gaz transporté par l'invention que celui contenu dans le ou les digesteurs. L'automatisation paramétrée par des éléments de pression, température et qualité de gaz, de temps, pilote tous les éléments actifs tels que ventilateur surpresseur (4), vannes motorisées dans le but recherché de l'inertage du ou des digesteurs (1), du maintien de la pression ou de la création d'une atmosphère gazeuse neutre ou de l'échappement à l'air libre (6bis) ou du brûlage en torchère (8). Revendication 3 : Réduction du temps de montée en charge de la production de méthane par la création d'une atmosphère anaérobie dans le ou les digesteurs (1) immédiatement après la fermeture des portes (2) par l'invention par la revendication 1 et 2, permettant l'enchaînement des différentes étapes de la méthanisation (hydrolyse, acétogènese, méthanogénèse...) dans un temps réduit dans le but d'une production de méthane le plus rapidement possible et dans la quantité la plus forte. Revendication 4 : Par les revendications 1 et 2 l'augmentation de l'efficacité de la phase d'acétogénèse par l'introduction de dioxyde de carbone enrichissant l'atmosphère gazeuse à l'intérieure du ou des digesteurs (1) améliorant la production d'acétate en milieu anaérobie, phase préalable à la méthanogénèse dont c'est le but du ou des digesteurs pour la production de biogaz et principalement de méthane.