FR3112085A1 - Utilisation d’un flux de dioxyde de carbone issu de la séparation membranaire de biogaz pour inerter un moyen de stockage d’au moins une denrée agricole - Google Patents
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Abstract
Installation de stockage d’au moins une denrée agricole comprenant :
Un digesteur (1) permettant la production de biogaz (2),Une unité de séparation membranaire (3) permettant la production de biométhane (4) et de dioxyde de carbone (5) à partir du biogaz (2),Au moins un moyen de stockage (7) d’au moins une denrée agricole, etUn moyen d’introduction (6) d’au moins une partie du dioxyde de carbone issu de l’unité de séparation membranaire dans le moyen de stockage.
Description
La présente invention est relative à l’utilisation du flux de dioxyde de carbone issu de la digestion anaérobie pour inerter un moyen de stockage de denrées agricoles.
La digestion anaérobie est un procédé biologique qui, en absence d'oxygène, permet la conversion de la matière organique carbonée en du biogaz.
Le biogaz est le gaz produit lors de la dégradation de matières organiques en l'absence d'oxygène (fermentation anaérobie) encore appelée méthanisation. Il peut s'agir d'une dégradation naturelle - on l'observe ainsi dans les marais ou les décharges d'ordures ménagères - mais la production de biogaz peut aussi résulter de la méthanisation de déchets dans un réacteur dédié, appelé méthaniseur ou digesteur.
De par ses constituants principaux - méthane et dioxyde de carbone - le biogaz est un puissant gaz à effet de serre ; il constitue aussi, parallèlement, une source d'énergie renouvelable appréciable dans un contexte de raréfaction des énergies fossiles.
Le biogaz contient majoritairement du méthane (CH4) et du dioxyde de carbone (CO2) dans des proportions variables en fonction du mode d'obtention mais également, en moindres proportions de l'eau, de l'azote, de l'hydrogène sulfuré, de l'oxygène, ainsi que des composés organiques autres, à l'état de traces.
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 et des composés traces.
Le biogaz peut notamment être produit et épuré dans des méthaniseurs localisés dans des fermes et utilisant des matières organiques d'origine agricole (fumiers, cultures intermédiaires à vocation énergétique, pulpes de betterave…). Sur ces sites de méthanisation agricole, si le flux de biométhane est actuellement très bien valorisé (injection, gaz naturel pour véhicule), le flux de dioxyde de carbone est généralement libéré dans l'atmosphère sans en tirer aucun avantage.
Par ailleurs, sur l'exploitation agricole possédant le méthaniseur ou les exploitations voisines il y a généralement : (i) production de denrées agricoles à vocation alimentaire pour l’homme où les animaux tels que des céréales ou des fourrages. La bonne conservation de ces denrées post récolte est une véritable nécessité pour assurer une plus grande sécurité alimentaire. Cela s'effectue notamment par des traitements afin d'éliminer les insectes dans les différents types et lieux de stockage possibles (collecte, secondaire, chez l'utilisateur à la ferme). Le dioxyde de carbone est un candidat intéressant pour traiter ces denrées. En effet, le dioxyde de carbone se révèle létale pour les insectes en engendrant une acidification complète de leur système biologique sans avoir aucune conséquence sur la denrée agricole. Ainsi dans le cas d'un traitement par fumigation à température ambiante et à la pression atmosphérique, le maintien pendant 7 à 12 jours d'une concentration en dioxyde de carbone d'au moins 70% dans l'atmosphère permet d'éliminer l'ensemble des insectes. (ii) production de denrées agricoles à vocation énergétique telles que des cultures intermédiaires, des pulpes de betterave… Ces substrats alimentent le méthaniseur et doivent également être stockés. Généralement la technique de l'ensilage est appliquée. Cette technique consiste à stocker la matière végétale en tas compact et couvert ou dans une enceinte fermée faisant appel à l’anaérobiose et à une fermentation acidifiante à dominante lactique. Une acidification de la matière intervient alors par l’action des bactéries lactiques qui transforment les sucres solubles en acide lactique. Ceci permet une acidification rapide (de 2 à 4 unités de pH) de la matière nécessaire pour inhiber le développement des autres espèces et stabiliser l’ensilage. L'injection de dioxyde de carbone en début et au cours d'ensilage peut potentiellement accélérer la fermentation lactique, réduire l'oxydation de la matière et permettre une meilleure conservation du potentiel énergétique des denrées agricoles au cours du temps.
Partant de là, un problème qui se pose est de fournir une installation et un procédé prenant en compte les éléments ci-dessus.
Une solution de la présente invention est une installation de stockage d’au moins une denrée agricole comprenant :
- Un digesteur 1 permettant la production de biogaz 2,
- Une unité de séparation membranaire 3 permettant la production de biométhane 4 et de dioxyde de carbone 5,
- Au moins un moyen de stockage 7 d’au moins une denrée agricole, et
- Un moyen d’introduction 6 d’au moins une partie du dioxyde de carbone 5 issu de l’unité de séparation membranaire 3 dans le moyen de stockage 7.
Par « moyen de stockage » on entend une structure permettant de stocker au moins une denrée agricole.
La représente un exemple d’installation selon l’invention.
Selon le cas, l’installation selon l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
- L’installation comprend un moyen de traitement 8 du dioxyde de carbone 5 issu de l’unité de séparation membranaire 3 en amont du moyen d’introduction 6 du dioxyde de carbone 5 dans le moyen de stockage 7.
La représente un exemple d’installation selon l’invention avec un moyen de traitement du dioxyde de carbone.
- le moyen de traitement 8 permet de purifier, sécher, humidifier, comprimer, analyser ou diviser le flux de dioxyde de carbone.
- le moyen de stockage est choisi entre les silos tours, les silos couloirs, les silos taupinières, les silos textiles, les silos boudins, les silos balle, et les sacs à gravats (big-bags),
- le moyen d’introduction du dioxyde de carbone est apte à permettre une introduction du dioxyde de carbone dans le moyen de stockage en une seule injection, ou de manière séquentielle ou de manière continue.
- Le moyen d’introduction est apte à modifier le débit du dioxyde de carbone.
- L’installation comprend un moyen de récupération 9 du dioxyde de carbone en sortie du moyen de stockage 7. En effet, le dioxyde de carbone pourra être récupéré pour être revalorisé. La figure 2 représente un exemple d’installation selon l’invention avec un moyen de récupération du dioxyde de carbone en sortie du moyen de stockage.
- le moyen de stockage est partiellement ou totalement étanche aux gaz.
- le moyen de stockage comprend un évent et un analyseur placé dans cet évent permettant de déterminer la teneur en dioxyde de carbone dans le moyen de stockage.
La présente invention a également pour objet un procédé de stockage d’au moins une denrée agricole, mettant en œuvre une installation selon l’invention et comprenant les étapes suivantes:
- Une étape de production de biogaz,
- Une étape d’alimentation de l’unité de séparation membranaire avec le biogaz issu de l’étape a) de manière à produire du biométhane et du dioxyde de carbone à partir du biogaz, et
- Une étape d’introduction du dioxyde de carbone issu de l’étape b) dans le moyen de stockage d’au moins une denrée agricole de manière à inerter la denrée agricole.
Notons que dans le cas où l’installation selon l’invention comprendra plusieurs moyens de stockage d’au moins une denrée agricole, le dioxyde de carbone issu de l’unité de séparation membranaire sera introduit, pendant l’étape c), dans un ou plusieurs de ces moyens de stockage.
Par « inerter la denrée agricole » on entend éliminer les insectes et bactéries qui pourraient être présents dans la denrée agricole.
Selon le cas, le procédé selon l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
- Le procédé comprend en amont de l’étape c) une étape de traitement de du dioxyde de carbone issu de l’unité de séparation membranaire.
- l’étape de traitement est une étape de purification, une étape de séchage, une étape d’humidification, une étape de compression, une étape d’analyse, ou une étape de division du flux de dioxyde de carbone ou une combinaison de ces étapes.
- l’étape c) est réalisée en une seule injection, ou de manière séquentielle ou de manière continue.
- Le procédé comprend une étape de récupération du dioxyde de carbone en sortie du moyen de stockage,
- Le procédé comprend une étape de remplissage du moyen de stockage en au moins une denrée agricole, située en amont ou en aval de l’étape c) ou en simultané de l’étape c).
La présente invention a également pour objet l’utilisation d’un flux de dioxyde de carbone issu de la séparation membranaire de biogaz pour inerter un moyen de stockage d’au moins une denrée agricole.
La solution selon l’invention présente les avantages ci-dessous :
- Le dioxyde de carbone est biosourcé, produit localement et à l'heure actuelle peu valorisé.
- Le dioxyde de carbone est produit en quantité importante sur les sites de méthanisation. Un site de taille moyenne (150 Nm3 de biométhane/h, 8200 heures de fonctionnement annuel) produit entre 820000 et 1230000 Nm3 de dioxyde de carbone/an soit entre 1530 et 2300 tonnes/an.
- Par rapport à l'azote pour la désinsectisation, le dioxyde de carbone est plus efficace car il n'a pas seulement un effet asphyxiant mais également toxique. Le temps d'action est donc réduit.
- Le dioxyde de carbone n'a pas d'effet sur les denrées agricoles à vocation alimentaire et peut permettre de stocker des productions suivant le cahier des charges "Bio".
- Le flux de dioxyde de carbone est chimiquement proche de la qualité alimentaire en sortie d'épurateur et a une charge microbienne très faible.
Comme indiqué précédemment, l’installation de stockage pourra être amenée à varier en fonction de la nature du moyen de stockage et des denrées agricoles stockées.
Le flux de dioxyde de carbone pourra être amené à être injecté dans la structure de stockage avec les caractéristiques suivantes ; obtenues grâce à l’installation de l’invention :
- une pureté comprise entre les caractéristiques du flux de CO2 en sortie d’épurateur (97 -99,5% du volume) et un flux de CO2 de grade alimentaire (99,9% du volume) si une étape de purification est réalisée via par exemple des procédés au choix type : procédé à variation de pression (PSA : pressure swing adsorption), absorption par un solvant, distillation cryogénique ou autres,
- une pression comprise entre 1 et 20 bars
- une température comprise entre la température ambiante et 70°C - une humidité relative entre 0 et 100%
- un débit maximal correspondant à la production directe en dioxyde de carbone du méthaniseur (par exemple 150 Nm3/h)
- une fréquence adaptée (en continu, en séquentiel, en une seule injection).
La teneur en dioxyde de carbone recherchée dans l’atmosphère de la structure de stockage par ce système est comprise entre 50 et 100%.
Au niveau de la sortie de gaz (évent) du moyen de stockage un analyseur pourra être installé afin de déterminer quand la teneur en dioxyde de carbone visée au sein du moyen de stockage est atteinte. Cela permettra notamment d’adapter la durée des injections.
La solution va être décrite plus en détail à l’aide des exemples ci-dessous.
Exemple 1 : Inertage silo tour – maïs grains – alimentation animale
Dans le cas d’un silo tour, la denrée agricole à stocker est généralement entreposée à l’intérieur. L’installation comprenant un digesteur permettant la production de biogaz, et une unité de séparation membranaire permettant la production de biométhane et de dioxyde de carbone à partir du biogaz, le dioxyde de carbone est abondant sur site. Aussi son injection dans la structure peut se faire en amont du remplissage, en continu pendant le remplissage et même perdurer après le remplissage. Il peut être injecté à faible pression. Si le grain est trop humide, le dioxyde de carbone peut être séché et chauffé afin de réduire progressivement la teneur en eau des grains stockés. Un évent est à prévoir au niveau du silo tour, afin de pouvoir évacuer le flux de dioxyde de carbone injecté.
Exemple 2 : Inertage silo boudin, taupinière ou couloir – ensilage – vocation énergétique ou alimentaire (fourrage animal)
Dans le cas d’un silo boudin, d’un silo taupinière ou d’un silo couloir contenant de l’ensilage une seule injection est nécessaire afin d’éliminer l’oxygène et accélérer la fermentation lactique. En effet, une fois cette dernière réalisée, la matière est moins sensible à l’oxygène. Une fois les silos fermés, le dioxyde de carbone issu de la séparation membranaire du biogaz peut être injecté sous pression dedans (plusieurs bars, afin de pouvoir diffuser malgré le tassement de la matière). Le point d’injection pourrait être par exemple localisé au niveau de la boudin recouvrant l’ensilage. Cela correspondrait à une structure solidaire de la bâche, permettant le raccordement au système de préparation et de canalisation du dioxyde de carbone. Idéalement, une ouverture à l’opposé du point d’injection dans le silo serait nécessaire afin que le flux traverse toute la structure. L’injection peut durer jusqu’à plusieurs semaines, une fois celle-ci réalisée, il sera possible de refermer l’entrée et la sortie de gaz. Enfin, dans le cas d’un ensilage bien réalisé, il ne sera pas nécessaire de sécher ou chauffer le dioxyde de carbone.
Claims (13)
- Installation de stockage d’au moins une denrée agricole comprenant :
- Un digesteur (1) permettant la production de biogaz (2),
- Une unité de séparation membranaire (3) permettant la production de biométhane (4) et de dioxyde de carbone (5) à partir du biogaz (2),
- Au moins un moyen de stockage (7) d’au moins une denrée agricole, et
- Un moyen d’introduction (6) d’au moins une partie du dioxyde de carbone issu de l’unité de séparation membranaire dans le moyen de stockage.
- Installation de stockage d’au moins une denrée agricole, caractérisée en ce qu’elle comprend un moyen de traitement (8) du dioxyde de carbone issu de l’unité de séparation membranaire (3) en amont du moyen d’introduction (6) du dioxyde de carbone (5) dans le moyen de stockage (7).
- Installation de stockage selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moyen de stockage (7) est choisi entre les silos tours, les silos couloirs, les silos taupinières, les silos textiles, les silos boudins, les silos balle, et les sacs à gravats.
- Installation de stockage selon l’une des revendications 1 ou2, caractérisée en ce que le moyen d’introduction du dioxyde de carbone est apte à permettre une introduction du dioxyde de carbone dans le moyen de stockage en une seule injection, ou de manière séquentielle ou de manière continue.
- Installation de stockage selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’elle comprend un moyen de récupération (9) du dioxyde de carbone en sortie du moyen de stockage (7).
- Installation de stockage selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moyen de stockage est partiellement ou totalement étanche aux gaz.
- Installation de stockage selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le moyen de stockage comprend un évent et un analyseur placé dans cet évent permettant de déterminer la teneur en dioxyde de carbone dans le moyen de stockage.
- Procédé de stockage d’au moins une denrée agricole, mettant en œuvre une installation selon l’une des revendications 1 à 7 et comprenant les étapes suivantes:
- Une étape de production de biogaz,
- Une étape d’alimentation de l’unité de séparation membranaire avec le biogaz issu de l’étape a) de manière à produire du biométhane et du dioxyde de carbone, et
- Une étape d’introduction du dioxyde de carbone issu de l’étape b) dans le moyen de stockage d’au moins une denrée agricole de manière à inerter les denrées agricoles.
- Procédé de stockage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend en amont de l’étape c) une étape de traitement de du dioxyde de carbone issu de l’unité de séparation membranaire.
- Procédé de stockage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’étape de traitement est une étape de purification, une étape de séchage, une étape d’humidification, une étape de compression, une étape d’analyse, ou une étape de division du flux de dioxyde de carbone ou une combinaison de ces étapes.
- Procédé de stockage selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l’étape c) est réalisée en une seule injection, ou de manière séquentielle ou de manière continue.
- Procédé de stockage selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de récupération du dioxyde de carbone en sortie du moyen de stockage.
- Procédé de stockage selon l’une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de remplissage du moyen de stockage en au moins une denrée agricole, située en amont ou en aval de l’étape c) ou en simultané de l’étape c).
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| FR2007086A FR3112085B1 (fr) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Utilisation d’un flux de dioxyde de carbone issu de la séparation membranaire de biogaz pour inerter un moyen de stockage d’au moins une denrée agricole |
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Citations (5)
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2020
- 2020-07-03 FR FR2007086A patent/FR3112085B1/fr active Active
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