FR3114599A1 - Système et procédé de production de biogaz désulfurisé - Google Patents

Système et procédé de production de biogaz désulfurisé Download PDF

Info

Publication number
FR3114599A1
FR3114599A1 FR2009827A FR2009827A FR3114599A1 FR 3114599 A1 FR3114599 A1 FR 3114599A1 FR 2009827 A FR2009827 A FR 2009827A FR 2009827 A FR2009827 A FR 2009827A FR 3114599 A1 FR3114599 A1 FR 3114599A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
biogas
flow
gas
tank
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2009827A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3114599B1 (fr
Inventor
Julien Of
Richard Morisan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ateliers des Graves SAS ADG
Original Assignee
Ateliers des Graves SAS ADG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ateliers des Graves SAS ADG filed Critical Ateliers des Graves SAS ADG
Priority to FR2009827A priority Critical patent/FR3114599B1/fr
Publication of FR3114599A1 publication Critical patent/FR3114599A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3114599B1 publication Critical patent/FR3114599B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/38—Caps; Covers; Plugs; Pouring means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/24—Recirculation of gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/18—Gas cleaning, e.g. scrubbers; Separation of different gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

Système (1) de méthanisation pour la transformation de la fraction fermentescible de matières organiques (M) en biogaz, ledit système (1) comprenant notamment une cuve (10), un module de couverture (20) et un module de contrôle (80) apte à mesurer la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie dudit module de couverture (20), à déterminer, en fonction de ladite concentration mesurée, le débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans un conduit d’injection (50) pour atteindre une concentration cible en dioxygène prédéterminée dans la cuve (10), et à contrôler l’ouverture d’une vanne de réglage (51) en fonction du débit calculé. Figure 1

Description

Système et procédé de production de biogaz désulfurisé
L’invention concerne le domaine de la méthanisation et plus particulièrement un système et un procédé de production de biogaz désulfurisé. L’invention vise notamment à fournir un système de méthanisation efficace qui permet à la fois de produire du biogaz et de le désulfuriser en-deçà d’un certain seuil.
Etat de la technique
La méthanisation des matières organiques est un processus naturel anaérobie connu qui permet de transformer des matières organiques, notamment des matières agricoles, en un gaz, appelé « biogaz » composé essentiellement de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). La méthanisation s’effectue par dégradation biologique des matières organiques par un consortium microbien comportant des bactéries. Il est ainsi connu de transformer en biogaz la fraction fermentescible des effluents d’élevage en disposant ces effluents dans une fosse aménagée dans le sol.
Afin de rendre la fosse au moins en partie étanche et améliorer l’efficacité de la méthanisation, il est connu de la recouvrir d’une bâche souple. Une telle solution ne permet toutefois pas de capter le biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible des effluents. Aussi, lorsque l’on souhaite collecter le biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible des matières organiques, il est nécessaire de déposer les effluents dans une cuve de méthanisation, également appelée méthaniseur.
Un méthaniseur comprend de manière connue une cuve (appelée digesteur), dans laquelle on place les matières organiques, et un système de collecte du biogaz produit par la fraction fermentescible desdites matière organiques. Dans un type de méthaniseur connu, la cuve comporte des parois en béton délimitant une ouverture qui est recouverte par un module de couverture. Dans une solution existante, le module de couverture comporte une membrane souple qui s’étend dans l’ouverture de la cuve afin de former un dôme permettant de retenir le biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible des matières organiques. Dans ce type de méthaniseur, les matières organiques sont acheminées à l’intérieur de la cuve par un conduit relié à la base de la cuve et le système de collecte de biogaz comprend un tuyau d’évacuation relié à la partie centrale de la membrane afin d’évacuer le biogaz issu de la méthanisation et concentré sous la membrane.
Lors de la méthanisation, le biogaz se charge en sulfure de dihydrogène (H2S), par exemple jusqu’à plusieurs milliers de parties par million (ppm). Or, le sulfure de dihydrogène étant particulièrement toxique, il est nécessaire de réduire cette fraction massique à une valeur faible inférieure à un seuil de toxicité normalisé, par exemple de 150 ppm, afin de pouvoir être autorisé à brûler le biogaz dans un module de cogénération et produire ainsi de l’électricité.
Afin de réduire la fraction massique du sulfure de dihydrogène contenu dans le biogaz, procédé connu sous le nom de désulfurisation, il est connu d’injecter de l’air, du dioxygène pur ou du dioxygène concentré dans le biogaz stocké sous la membrane dans la phase gazeuse afin de permettre une réaction entre le sulfure de dihydrogène et le dioxygène contenu dans l’air selon la transformation chimique suivante : 2H2S + O2= 2S + 2H20.
Cependant, lors de l’injection d’air, le dioxygène contenu dans l’air tend également à détruire une partie des molécules de méthane (CH4) par réaction chimique en la transformant en eau (H2O) et en dioxyde de carbone (CO2) selon la transformation chimique : 2O2 + CH4 = 2H2O + CO2. Une telle destruction de méthane réduit donc le rendement du méthaniseur, ce qui présente un inconvénient important.
En outre, malgré l’injection d’air, la fraction massique de sulfure de dihydrogène contenu dans le biogaz peut rester importante, notamment au-delà du seuil de toxicité défini pour brûler le biogaz dans un module de cogénération, ce qui rend le biogaz inutilisable directement dans un tel module de cogénération.
Dans ce cas, il est nécessaire de traiter le biogaz à l’aide d’un filtre à charbon actif. Toutefois, le traitement en continu du biogaz encrasse rapidement le filtre et il est alors nécessaire de le changer régulièrement. Or, un tel filtre peut s’avérer particulièrement onéreux et contraignant à remplacer, ce qui présente là encore un inconvénient majeur.
Il existe donc le besoin d’une solution simple, fiable et efficace pour remédier au moins en partie à ces inconvénients.
Un des buts de l’invention est notamment de fournir un système et un procédé permettant à la fois une méthanisation de matières organiques et une désulfurisation simple et efficace du biogaz produit par ladite méthanisation.
A cette fin, l’objet de l’invention concerne tout d’abord un système de méthanisation pour la transformation de la fraction fermentescible de matières organiques en biogaz, ledit système comprenant :
- une cuve de fermentation comportant un fond et au moins une paroi délimitant un volume intérieur, destiné à recevoir des matières organiques, et une ouverture supérieure,
- un module de couverture disposé dans ladite cuve de manière à recouvrir ladite ouverture et à former ainsi un espace fermé afin de permettre, d’une part, la méthanisation de matières organiques contenues dans la cuve et, d’autre part, le stockage du biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible desdites matières organiques,
- un conduit d’évacuation du biogaz relié au module de couverture afin d’acheminer le biogaz hors de l’espace fermé formé sous le module de couverture,
- au moins un port d’entrée de gaz formé dans la partie inférieure de la cuve,
- un conduit d’injection relié fluidiquement audit au moins un port d’entrée de gaz et apte à fournir un flux de gaz comprenant du dioxygène, par exemple de l’air (atmosphérique), à l’au moins un port d’entrée de gaz, ledit conduit d’injection comportant une vanne de réglage permettant de régler le débit du flux de gaz circulant dans ledit conduit d’injection,
- au moins un surpresseur apte à faire circuler le flux gazeux dans le conduit de recirculation entre le module de couverture et l’au moins un port d’entrée de gaz de la cuve (de préférence placé dans le conduit de recirculation),
- des organes de diffusion, disposés au fond de la cuve et connectés fluidiquement à l’au moins un port d’entrée de gaz de la cuve, lesdits organes de diffusion étant aptes à supporter les matières organiques contenues dans la cuve et à diffuser les molécules du flux gazeux provenant de l’au moins un port d’entrée de gaz dans lesdites matières organiques de sorte que ledit mélange gazeux se diffuse via les organes de diffusion à travers les matières organiques jusqu’au biogaz stocké sous le module de couverture,
- un module de contrôle apte à mesurer la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie du module de couverture, à déterminer, en fonction de ladite concentration mesurée, le débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans le conduit d’injection pour atteindre une concentration cible en dioxygène prédéterminée dans la cuve, et à contrôler l’ouverture de la vanne de réglage du conduit d’injection en fonction du débit calculé.
Le système selon l’invention permet l’injection dans les matières organiques du bas de la cuve d’un mélange gazeux comportant du biogaz recirculé et du dioxygène permettant à la fois la désulfurisation du biogaz stocké sous le module de couverture, la méthanisation des matières organiques de la cuve et le maintien de la concentration en dioxygène dans la cuve à sa valeur cible, évitant ainsi tout risque d’explosion dans la cuve. En d’autres termes, le système selon l’invention permet de désulfuriser le biogaz, c’est-à-dire d’abaisser la fraction massique du sulfure de dihydrogène contenu dans le biogaz stocké dans la cuve sous le module de couverture, tout en évitant de détruire le méthane dudit biogaz, le dioxygène étant filtré lentement par les matières organiques lors de la traversée des matières organiques par le mélange gazeux de manière à ne détruire que peu de molécules de méthane, contrairement à un inertage. Lorsqu’elles entrent en contact avec les molécules de sulfure de dihydrogène, les molécules de dioxygène les transforment en soufre, qui se mélange alors aux matières organiques. La recirculation de biogaz permet en outre d’homogénéiser les matières organiques pour améliorer la méthanisation en créant des remous dans les matières organiques. Ainsi, la désulfurisation par injection de biogaz enrichi en dioxygène dans la phase liquide (matières organiques) s’avère significativement plus efficace que la désulfurisation par injection d’air dans la phase gazeuse de l’art antérieur.
Dans une forme de réalisation, le système comprend un conduit de recirculation relié fluidiquement d’une part au conduit d’évacuation et d’autre part au conduit d’injection pour permettre une recirculation du biogaz dans la cuve. Dans ce cas, l’au moins un surpresseur peut être placé en aval ou en amont de la connexion entre le conduit de recirculation et le conduit d’injection.
De préférence, le module de contrôle est configuré pour actionner l’au moins un surpresseur par intermittence lorsqu’il est nécessaire de baisser la fraction massique du sulfure de dihydrogène circulant dans le conduit d’évacuation.
De préférence, le module de contrôle est apte à mesurer le taux de sulfure de dihydrogène et le taux de dioxygène en sortie du module de couverture afin de vérifier respectivement si la fraction massique du sulfure de dihydrogène est inférieure à un seuil de toxicité et si la concentration en dioxygène du biogaz sortant du module de couverture est inférieur à un seuil d’explosion. Le maintien de la concentration en dioxygène du biogaz en-dessous du seuil d’explosion permet aussi avantageusement de ne pas impacter la méthanisation, ou très peu.
L’injection de dioxygène peut se faire à partir d’air, par exemple atmosphérique, ou d’injection de dioxygène pur ou de dioxygène concentré et peut avoir lieu en amont ou en aval de l’au moins un surpresseur.
Selon un aspect de l’invention, le module de contrôle est apte à déterminer le débit du flux de gaz dioxygéné à l’aide d’une table ou d’une courbe de correspondance prédéterminée (par exemple déterminée de manière empirique) indiquant ledit débit en fonction de la concentration en dioxygène du flux de biogaz mesurée.
Selon un autre aspect de l’invention, le conduit d’injection comprend un débitmètre apte à mesurer le débit du flux gazeux circulant dans ledit conduit d’injection et le module de contrôle est apte à recevoir les mesures effectuées par ledit débitmètre et à contrôler la vanne de réglage afin que le débit du flux gazeux circulant dans le conduit d’injection corresponde au débit déterminé par le module de contrôle.
Avantageusement, la vanne de réglage est une électrovanne apte à être commandée électriquement par le module de contrôle ou par un automate.
Dans une forme de réalisation, le système comprend un filtre à charbon actif et un conduit de dérivation reliant l’entrée dudit filtre à la sortie dudit filtre, le filtre comportant une vanne dite « d’entrée » placée en entrée dudit filtre et apte à permettre ou non à un flux de gaz de pénétrer dans le filtre, le conduit de dérivation comportant une vanne dite « de dérivation » apte à permettre ou non à un flux de gaz de traverser ledit conduit de dérivation, le module de contrôle étant apte à mesurer la concentration en sulfure de dihydrogène dans le flux de biogaz en sortie du module de couverture et, dans une premier mode, pour lequel la concentration en sulfure de dihydrogène mesurée est inférieure à un seuil de toxicité prédéterminé, à piloter la vanne d’entrée en fermeture et la vanne de dérivation en ouverture, et dans un deuxième mode, pour lequel la concentration en sulfure de dihydrogène est supérieure audit seuil de toxicité, à piloter la vanne d’entrée en ouverture et la vanne de dérivation en fermeture.
Dans une forme de réalisation, le seuil de toxicité est inférieur ou égale à 150 ppm afin de s’assurer que le flux de biogaz circulant dans le conduit d’évacuation puisse être admis dans le module de cogénération pour y être brûlé.
Selon une caractéristique de l’invention, l’au moins un surpresseur se présente sous la forme d’une soufflante, d’un ventilateur, d’un propulseur, d’un compresseur, d’une turbine, d’une pompe.
De préférence, la concentration cible en dioxygène est inférieure ou égale à 5 %, de préférence inférieure ou égale à 4 %, par exemple de l’ordre de 2 ou 3 %. Cela permet de s’assurer que le taux de dioxygène contenu dans le flux de gaz entrant dans la cuve via les organes de diffusion est inférieur à 6 %, de préférence inférieur à 5%, par exemple de l’ordre de 4 %, pour permettre à la fois de réduire la fraction massique de sulfure d’hydrogène contenu dans le biogaz retenu sous le module de couverture tout en évitant d’injecter trop de dioxygène dans la phase gazeuse présente dans l’espace formé entre les matière organiques, l’au moins une paroi de la cuve et le module de couverture, un taux de dioxygène dans le flux supérieur à 5 ou 6 % pouvant conduire à un risque d’explosion de la cuve.
De manière préférée, l’au moins un port d’entrée de gaz est formé dans la partie inférieure de la paroi de la cuve ou dans le fond de la cuve.
Selon un aspect de l’invention, les organes de diffusion comprennent un ensemble de tuyauteries munies chacune d’une pluralité de ports de diffusion de gaz.
De préférence, les organes de diffusion sont montés sur une armature disposée au fond de la cuve.
De préférence, le module de couverture comporte au moins une membrane souple.
Dans une forme de réalisation, le système comprend au moins un module de traitement du biogaz produit par le méthaniseur, connecté fluidiquement au conduit d’évacuation de biogaz.
Avantageusement, le module de traitement est un module de cogénération apte à brûler le biogaz afin de produire de l’électricité.
Avantageusement encore, le système comprend une vanne dite « d’évacuation », par exemple une vanne deux voies, permettant d’autoriser ou non le passage du biogaz vers le module de traitement.
L’invention concerne également un procédé de désulfurisation du biogaz produit par un système de méthanisation tel que présenté ci-avant, ledit procédé étant remarquable en ce qu’il comprend les étapes de :
- mesure de la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie du module de couverture,
- détermination, en fonction de ladite concentration mesurée, du débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans le conduit d’injection pour obtenir une concentration cible prédéterminée en dioxygène dans la cuve,
- contrôle de l’ouverture de la vanne de réglage en fonction du débit calculé afin de faire circuler un flux de gaz dioxygéné avec le débit déterminé dans le conduit d’injection,
- injection du flux de gaz dioxygéné dans la partie basse de la cuve via l’au moins un port d’entrée de gaz et les organes de diffusion,
- diffusion du flux de gaz injecté dans les matières organiques de sorte que ledit flux de gaz se diffuse à travers les matières organiques jusqu’au biogaz stocké sous le module de couverture afin de le désulfuriser.
Dans un mode de réalisation dans lequel le système comprend un conduit de recirculation connecté entre le conduit d’évacuation et le conduit d’injection, le procédé comprend les étapes de :
- recirculation, sous l’action de l’au moins un surpresseur, d’un flux de biogaz stocké sous le module de couverture jusqu’à la partie basse de la cuve via le conduit d’évacuation, le conduit de recirculation et l’au moins un port d’entrée de gaz de la cuve,
- mesure de la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie du module de couverture,
- détermination, en fonction de ladite concentration mesurée, du débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans le conduit d’injection pour obtenir une concentration cible prédéterminée en dioxygène dans la cuve,
- contrôle de l’ouverture de la vanne de réglage en fonction du débit calculé afin de faire circuler le flux de gaz dioxygéné avec le débit déterminé,
- mélange du flux de gaz dioxygéné au flux de biogaz recirculé,
- injection du mélange gazeux obtenu dans la partie basse de la cuve via l’au moins un port d’entrée de gaz et les organes de diffusion,
- diffusion du mélange gazeux injecté dans les matières organiques de sorte que ledit mélange gazeux se diffuse à travers les matières organiques jusqu’au biogaz stocké sous le module de couverture afin de le désulfuriser.
Dans un mode de réalisation, le système comprenant une vanne d’évacuation, un filtre à charbon actif, un conduit de dérivation et un module de cogénération, tant que la fraction massique de sulfure de dihydrogène mesurée est inférieure au seuil de toxicité voire inférieure au seuil de confort, le module de contrôle s’assure que la vanne d’évacuation et la vanne de dérivation sont ouvertes et que la vanne d’entrée du filtre à charbon est fermée afin que la fraction du flux de biogaz sortant de la cuve et qui n’est pas recirculée dans le conduit de recirculation soit acheminée directement dans le module de cogénération sans passer par le filtre à charbon.
Dans ce mode, dès lors que la fraction massique de sulfure de dihydrogène du biogaz en sortie du module de couverture se rapproche du seuil de toxicité (par exemple en dépassant un seuil de confort) ou dépasse le seuil de toxicité, le module de contrôle peut :
- dans un mode, commander la vanne d’évacuation, la vanne d’entrée et la vanne de sortie du filtre à charbon en ouverture et la vanne de dérivation du module de cogénération en fermeture également afin de filtrer le biogaz pour le désulfuriser suffisamment pour qu’il puisse être brûlé,
- dans un autre mode, notamment lorsque le filtre ne peut désulfuriser suffisamment le biogaz en-dessous du seuil de toxicité, commander la vanne d’évacuation en fermeture de sorte que tout le biogaz sortant du module de couverture soit recirculé et mélangé à du dioxygène pour désulfuriser le biogaz de l’espace interne.
Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système selon l’invention.
La figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
La présente invention concerne un système permettant à la fois la méthanisation de matière organique, c’est-à-dire la transformation de la fraction fermentescible de matières organiques en biogaz, et la désulfurisation du biogaz produit par la méthanisation desdites matières organiques.
On a représenté à la figure 1 un exemple de système 1 selon l’invention. Le système 1 comprend une cuve 10, une module de couverture 20, un port d’entrée de gaz 30, un conduit de recirculation 40, un conduit d’injection 50, un surpresseur 60, des organes de diffusion 70 et un module de contrôle 80.
Dans l’exemple non limitatif de la figure 1, le système 1 comprend en outre une vanne d’évacuation 90, un filtre 100 à charbon actif, un conduit de dérivation 110 reliant l’entrée dudit filtre 100 à la sortie dudit filtre 100 et un module de cogénération 120.
Cuve 10
La cuve 10 est une cuve de fermentation pouvant être hors-sol, semi-enterrée ou enterrée. A cette fin, dans cet exemple, la cuve 10 comporte un corps 10A de forme cylindrique et de section circulaire de diamètre D1, réalisé par exemple en béton ou en géotextile ou tout autre matériau adapté. Le corps 10A comprend un fond 11 et une paroi 12 latérale de sorte à former un volume interne 13 permettant de recevoir des matières organiques M. Par souci de clarté, les matières organiques, référencées M, n’ont pas été représentées sur la figure 1 (seule la surface S des matières organiques M a été matérialisée).
La paroi 12 latérale s’étend verticalement depuis le fond 11 et délimite au niveau de sa partie supérieure 12A une ouverture 14 de forme circulaire. On notera que la cuve 10 pourrait comprend une pluralité de parois 12 et/ou présenter une forme différente, par exemple parallélépipédique. Par les termes « inférieur(e) », « supérieur(e) », on entend tel que représenté sur la figure 1, c’est-à-dire en position d’utilisation de la cuve 10.
La cuve 10 comprend des organes d’entrée des matières organiques M et des organes de sortie des matières organiques M.
Les organes d’entrée comportent un conduit d’entrée 15 débouchant à l’intérieur du corps 10A au niveau de la partie inférieure 12B de la paroi 12 et dans lequel est placé une pompe d’injection 16 afin d’introduire les matières organiques M dans le volume interne 13 de la cuve 10.
Les organes de sortie des matières organiques M permettent de réaliser en tout ou partie la vidange de la cuve 10. A cette fin, les organes de sortie comportent un conduit d’extraction 17 traversant le fond 11 de la cuve 10 et une pompe d’extraction 18 permettant d’extraire ou d’aspirer les matières organiques M de l’intérieur vers l’extérieur de la cuve 10, par exemple par une canalisation d’évacuation enterrée (non représentée). En variante, le conduit d’extraction 17 peut être installé en partie sur le fond 11 de la cuve 10 et déboucher à l’extérieur de la cuve 10 à travers la membrane 21 (décrite ci-après) et l’ouverture 14 de manière à éviter de percer le fond 11 ou la paroi 12 de la cuve 10.
Module de couverture 20
Le module de couverture 20 est disposé dans la cuve 10 et repose en partie sur les matières organiques M contenues dans la cuve 10 de manière à recouvrir l’ouverture 14 de la cuve 10 et former ainsi un espace fermé permettant, d’une part, la méthanisation des matières organiques M contenues dans la cuve 10 et, d’autre part, le stockage du biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible desdites matières organiques M.
Le module de couverture 20 est configuré pour recouvrir l’ouverture 14 de la cuve 10 de sorte à épouser la forme de la paroi 12 de la cuve 10, de préférence de manière étanche, tout en autorisant la formation d’un espace interne 24 de stockage (ou de rétention) du biogaz au-dessus des matières organiques M. On notera que la forme du module de couverture 20 est définie par la forme de la cuve 10. Le module de couverture 20 est ainsi de forme circulaire dans l’exemple de la figure 1.
Le module de couverture 20 comprend un élément couvrant, se présentant sous la forme d’une membrane 21 souple, une unité de flottaison périphérique, se présentant sous la forme d’une bouée annulaire 22, et un orifice de sortie 23 du biogaz. L’orifice de sortie 23 est formé dans la partie centrale de la membrane 21 et permet d’évacuer le biogaz stocké dans l’espace interne 24 de stockage vers l’extérieur du module de couverture 20 via un conduit d’évacuation 25 fixé à l’orifice de sortie 23.
La membrane 21 s’étend au-dessus des matières organiques M dans l’ouverture 14 délimitée par la paroi 12 de la cuve 10. La membrane 21 souple est apte à se déformer au fur et à mesure que du biogaz est produit et stocké dans l’espace interne 24 au-dessus des matières organiques M de sorte à former un dôme permettant de concentrer le biogaz produit avant son évacuation par le conduit d’évacuation 25. La membrane 21 peut par exemple être réalisée en matériau polypropylène ou dans un matériau thermiquement isolant tel qu’un isolant mince, par exemple de type « ISOL CARGO® », « ISOL CONTENEUR® » ou « TRISO SUPER 12 ».
La bouée annulaire 22 est un flotteur périphérique annulaire creux ou plein, par exemple gonflée d’un gaz tel que de l’air ou réalisée en matière plastique ou toute matière adaptée. La forme de la bouée annulaire 22 épouse la forme de la paroi 12 de la cuve 10 afin d’étanchéifier la cuve 10 et permettre ainsi la méthanisation des matières organiques M.
La membrane 21 est fixée sur la bouée annulaire 22 de manière étanche sur l’intégralité de la périphérie de ladite membrane 21. Dans cet exemple, la bouée annulaire 22 présente une épaisseur supérieure à celle de la membrane 21 de sorte à former une bordure périphérique, notamment de rétention des eaux de surface E, telles que les eaux de pluie. Dans cet exemple préféré, la bouée annulaire 22 se présente sous la forme d’un anneau fixé au niveau de sa partie inférieure à la membrane 21. La membrane 21 est reliée à la bouée annulaire 22 par exemple par enroulement autour de ladite bouée annulaire 22 puis fixation de la membrane 21 sur elle-même.
La bouée annulaire 22 permet de maintenir la membrane 21 sur les matières organiques M tout en autorisant à la fois son déplacement vertical le long de la paroi 12 de la cuve 10 lorsque le volume de matières organiques M varie. La bouée annulaire 22 permet aussi la rétention des eaux de surface E sur la face externe 21A de la membrane 21. La masse de ces eaux de surface E exerce une pression qui permet d’assurer à la fois que la bouée annulaire 22 vienne en appui de manière ferme sur les matières organiques M contenues dans la cuve 10 et épouse la paroi 12 de la cuve 10 pour permettre une méthanisation efficace.
Port d’entrée de gaz 30
Le port d’entrée de gaz 30 est formé dans la partie inférieure de la cuve 10, par exemple dans la partie inférieure 12B de la paroi 12 de la cuve 10 ou dans le fond 11 de la cuve 10, et permet d’injecter du biogaz produit par le système 1 et stocké sous le module de couverture 20 dans la partie inférieure des matières organiques M, de préférence sous les matières organiques M.
Conduit de recirculation 40
Le conduit de recirculation 40 est relié d’une part au conduit d’évacuation 25 et d’autre part au port d’entrée de gaz 30. Le conduit de recirculation 40 est connecté fluidiquement d’une part au module de couverture 20 via le conduit d’évacuation 25 afin d’évacuer le biogaz stocké sous ledit module de couverture 20, et d’autre part au port d’entrée de gaz 30 pour permettre une recirculation du biogaz dans la cuve 10. Plus précisément, le conduit de recirculation 40 de biogaz permet de réinjecter du biogaz produit par la cuve 10 dans les matières organiques M via le port d’entrée de gaz 30 afin d’améliorer le processus de méthanisation.
Une telle recirculation permet d’abaisser la température du biogaz par échange thermique avec les matières organiques M contenues dans la cuve 10 et permet une agitation efficace évitant ainsi la formation de croutes en surface qui serait préjudiciable à la montée du biogaz.
Conduit d’injection 50
Le conduit d’injection 50 est relié fluidiquement au conduit de recirculation 40 afin de mélanger le biogaz circulant dans le conduit de recirculation 40 avec un flux de gaz comprenant du dioxygène, par exemple de l’air atmosphérique. Dans cet exemple, le conduit d’injection 50 est connecté au conduit de recirculation 40 en amont du surpresseur 60. Toutefois, dans une autre forme de réalisation, le conduit d’injection 50 pourrait être connecté au conduit de recirculation 40 en aval du surpresseur 60.
Le conduit d’injection 50 comporte une vanne de réglage 51, de préférence une électrovanne, permettant de régler le débit du flux gazeux circulant dans ledit conduit d’injection 50.
Surpresseur 60
Le surpresseur 60 de recirculation est apte à faire circuler efficacement le flux gazeux dans le conduit de recirculation 40 entre le module de couverture 20 et le port d’entrée de gaz 30 de la cuve 10 afin d’améliorer la méthanisation des matières organiques M. De préférence, le surpresseur 60 de recirculation se présente sous le forme d’une soufflante qui permet d’injecter le flux gazeux efficacement dans la cuve 10 via le port d’entrée de gaz 30. En variante, le surpresseur 60 de recirculation se présente sous la forme d’un ventilateur, d’un propulseur, d’un compresseur, d’une pompe ou d’une turbine.
Le surpresseur 60 de recirculation est placée dans le conduit de recirculation 40, de préférence au plus près du port d’entrée de gaz 30 afin d’injecter efficacement le flux gazeux circulant dans le conduit de recirculation 40 au fond de la cuve 10 dans la partie basse des matières organiques M. En variante, le surpresseur 60 de recirculation pourrait être placé dans un conduit borgne relié au conduit de dérivation 40. En variante encore, le surpresseur 60 de recirculation pourrait également être placé dans le conduit d’évacuation 25. En variante encore, le système 1 pourrait comprendre une pluralité de surpresseurs 60.
Organes de diffusion 70
Les organes de diffusion 70 sont disposés au fond de la cuve 10 et sont connectés fluidiquement au port d’entrée de gaz 30. Les organes de diffusion 70 sont aptes à supporter les matières organiques M contenues dans la cuve 10 et à diffuser, via une pluralité de ports (ou orifices) de diffusion, les molécules du flux gazeux provenant du port d’entrée de gaz 30 dans lesdites matières organiques M de sorte que ledit mélange gazeux se diffuse à travers les matières organiques jusqu’au biogaz stocké dans l’espace interne 24 situé sous le module de couverture 20. La diffusion du flux gazeux chargé de dioxygène de bas en haut à travers les matières organiques M réduit peu voire ne réduit pas le rendement de la méthanisation, contrairement à une injection de dioxygène dans la partie gazeuse située au-dessus des matières organiques M qui neutralise les bactéries en surface des matières organiques M, et permet, lorsque le flux gazeux chargé de dioxygène atteint le biogaz stocké dans l’espace interne 24 d’en réduire la teneur en sulfure de dihydrogène.
Dans cet exemple non limitatif, les organes de diffusion 70 se présentent sous la forme d’un ensemble de tuyauteries monté sur une armature 75 disposée sur le fond 11 de la cuve 10. Notamment, l’injection du biogaz peut se faire par des diffuseurs de bulles ou par un ou plusieurs diffuseurs Venturi placés en sortie d’une pompe dilacératrice permettant de diffuser des bulles dans un flux laminaire d’effluents, tels que par exemple du lisier.
L’armature 75 comporte avantageusement des pieds (non représentés par souci de clarté) qui permettent une surélévation de sorte que le conduit d’entrée 15 des matières organiques M débouche sous les organes de diffusion 70 de biogaz. Il va de soi que, dans d’autres formes de réalisation, le système 1 pourrait ne pas comprendre d'armature 75 ou comprendre plus d’une armature 75.
L’armature 75 constitue par ailleurs un support permettant de rendre plus aisé l’insertion de nouvelles matières organiques M dans la cuve 10 via le conduit d’entrée 15. L’armature 75 permet en outre de supporter le module de couverture 20 lorsqu’il n’y a pas ou peu de matières organiques M dans la cuve 10 afin d’éviter qu’il s’étende sur le fond 11 de la cuve 10 et bloque l’arrivée de nouvelles matières organiques M. Dans cet exemple non limitatif, l’armature 75 permet en outre le support d’organes de chauffage 77 se présentant sous la forme d’un ensemble de tuyauteries de chauffage et d’un générateur de chaleur permettant de chauffer les matière organiques M afin d’améliorer davantage la méthanisation. De préférence, le générateur de chaleur (non représenté) est placé à l’extérieur de la cuve 10. L’ensemble de tuyauteries de chauffage peut permettre la circulation d’un liquide de chauffage ou bien être constitué de résistances métalliques. Dans l’exemple illustré sur la figure 1, l’ensemble de tuyauterie de chauffage est monté sur l’armature 75, au-dessus de l’ensemble de tuyauteries de diffusion et s’étend de préférence aussi au moins en partie le long de la paroi 12 de la cuve 10.
Dans une autre forme de réalisation, l’ensemble de tuyauteries de chauffage et/ou de tuyauteries de diffusion de biogaz peuvent être directement intégrés dans l’armature 75.
Module de contrôle 80
Le module de contrôle 80 est apte à mesurer la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie du module de couverture 20. A cette fin, le système 1 comprend un premier piquage 85 placé en sortie du module de couverture 20 dans le conduit d’évacuation 25 et relié au module de contrôle 80.
Le module de contrôle 80 est apte à déterminer, en fonction de ladite concentration mesurée, le débit du flux de gaz dioxygéné dans le conduit d’injection 50 qui permet d’obtenir une concentration cible prédéterminée en dioxygène dans la cuve 10. A cette fin, le système 1 comprend un débitmètre (non représenté), placé dans le conduit d’injection 50 et qui est apte à mesurer le débit du flux gazeux circulant dans le conduit d’injection 50.
Le module de contrôle 80 est apte à recevoir les mesures effectuées par ledit débitmètre et à contrôler le débit du flux gazeux circulant dans le conduit d’injection 50 de sorte à le maintenir en-dessous d’un seuil de débit le pourcentage de dioxygène contenu dans le flux gazeux circulant entre le surpresseur 60 et le port d’entrée de gaz 30 de la cuve 10. Pour ce faire, le module de contrôle 80 est apte à contrôler l’ouverture de la vanne de réglage 51 en fonction du débit calculé.
Le pourcentage de dioxygène contenu dans le flux de biogaz entrant dans la partie basse de la cuve 10 via le port d’entrée de gaz 30 et qui est diffusé dans les matières organiques M par les organes de diffusion 70 est choisi afin de limiter la fraction massique en sulfure de dioxygène du biogaz produit dans la cuve 10 en sortie du module de couverture 20 au-dessous d’un seuil de toxicité, au-delà duquel le biogaz n’est pas suffisamment désulfurisé, par exemple pour être brûler dans le module de cogénération 120 (ou pour toute autre application visée).
Dans une forme de réalisation, le module de contrôle 80 est apte à déterminer le débit du flux de gaz dioxygéné à l’aide d’une table prédéterminée de manière empirique ou d’une courbe de correspondance prédéterminée de manière empirique indiquant ledit débit à appliquer en fonction de la concentration en dioxygène mesurée dans le flux de biogaz.
Vanne d’évacuation 90
La vanne d’évacuation 90 est placée dans la partie du conduit d’évacuation 25 située en aval de la connexion avec le conduit de recirculation 40. Le module de contrôle 80 est apte à contrôler la vanne d’évacuation 90 en ouverture ou en fermeture. Le degré d’ouverture de la vanne d’évacuation 90 permet de moduler le débit des flux de biogaz envoyés respectivement d’une part dans le conduit de recirculation 40 et d’autre part vers le filtre 100 ou le module de cogénération 120, via le conduit d’évacuation 25. La fermeture de la vanne d’évacuation 90 permet de bloquer l’envoi de biogaz vers le filtre 100 et le module de cogénération 120 et d’envoyer ainsi la totalité du biogaz provenant de l’espace interne 24 vers la partie intérieure basse de la cuve 10 afin de désulfuriser le biogaz stocké dans l’espace interne 24 de la manière la plus efficace possible.
Filtre 100
Le filtre 100 est relié fluidiquement d’une part au conduit d’évacuation 25 de biogaz et d’autre part au module de cogénération 120. Une vanne dite « d’entrée » 102 est placée entre le conduit d’évacuation 25 et le filtre 100 (i.e. en entrée du filtre 100) et est apte à permettre ou non au flux de biogaz provenant du conduit d’évacuation 25 de pénétrer dans le filtre 100. Une vanne dite « de sortie » 104 est placée entre le filtre 100 et le module de cogénération 120 et est apte à permettre ou non à un flux de gaz de sortir du filtre 100 en direction du module de cogénération 120.
Conduit de dérivation 110
Le conduit de dérivation 110 comprend une vanne dite « de dérivation » 112 apte à permettre ou non à un flux de gaz de traverser ledit conduit de dérivation 110 afin d’alimenter le module de cogénération 120 respectivement soit avec le flux de biogaz provenant directement du conduit d’évacuation 25, soit avec le flux de biogaz filtré provenant du filtre 100.
Le système 1 comprend également un deuxième piquage 86 reliant le conduit situé entre la vanne de sortie 104 et le module de cogénération 120 et le module de contrôle 80 afin de permettre audit module de contrôle 80 de mesurer la concentration en sulfure de dihydrogène du flux de biogaz entrant dans ledit module de cogénération 120.
Avantageusement, le module de contrôle 80 permet la mesure de quatre gaz composant le biogaz : le méthane (CH4), le dioxygène (O2), le dioxyde de carbone (CO2) et le sulfure de dihydrogène (H2S). De préférence, ces mesures sont réalisées aux niveaux de deux prises d’échantillon : une en amont du filtre 100 et la seconde en aval du filtre 100. De préférence, l’intervalle de mesure est paramétré directement au niveau du module de contrôle 80. Par exemple, les mesures peuvent être faites à intervalle court, par exemple toutes les 15 s, pour réaliser une mesure en continu et toutes les heures pour réaliser des mesures de manière discontinue.
Le module de contrôle 80 est apte à contrôler la vanne d’entrée 102, la vanne de sortie 104 et la vanne de dérivation 112 en ouverture et en fermeture.
Notamment, le module de contrôle 80 est apte à mesurer la concentration en sulfure de dihydrogène dans le flux de biogaz en sortie du module de couverture 20 via le premier piquage 85 et :
- dans un premier mode, pour lequel la concentration en sulfure de dihydrogène mesurée est inférieure à un seuil de toxicité, à piloter la vanne d’entrée 102 et la vanne de sortie 104 en fermeture et la vanne de dérivation 112 en ouverture afin que le flux de biogaz provenant du conduit d’évacuation 25 ne traverse pas le filtre 100 et atteigne directement le module de cogénération 120 via le conduit de dérivation 110, et
- dans un deuxième mode, pour lequel la concentration en sulfure de dihydrogène est supérieure audit seuil de toxicité, à piloter la vanne d’entrée 102 et la vanne de sortie 104 en ouverture et la vanne de dérivation 112 en fermeture afin que le flux de biogaz provenant du conduit d’évacuation 25 traverse le filtre 100 et soit désulfurisé avant d’atteindre le module de cogénération 120.
Le module de contrôle 80 est apte à mesurer la concentration en sulfure de dihydrogène dans le flux de biogaz en entrée du module de cogénération 120 via le deuxième piquage 86 et à fermer la vanne de dérivation 112 lorsque la fraction massique sulfure de dihydrogène dans le flux de biogaz se rapproche du seuil de toxicité ou est supérieure au seuil de toxicité.
Module de cogénération 120
Le module de cogénération 120 est apte à brûler le biogaz produit dans la cuve 10 afin de produire de la chaleur et de l’électricité.
Le seuil de toxicité peut par exemple être fixé à une valeur inférieure ou égale à 150 ppm, seuil au-delà duquel le flux de biogaz évacué de la cuve 10 par le module de couverture 20 est considéré communément comme trop chargé en sulfure de dihydrogène pour être brûler dans le module de cogénération 120.
Module de régulation 1 3 0 du niveau des eaux de surface E
Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 1, le système 1 comprend en outre un module de régulation 130 du niveau des eaux de surface E.
Toujours en référence à la figure 1, le module de régulation 130 permet de réguler le niveau des eaux de surface E reposant sur la face externe 21A de la membrane 21. Une telle régulation peut consister à prélever une partie des eaux de surface E pour maintenir leur niveau en-dessous de la bouée annulaire 22 de sorte que les eaux de surface E ne débordent pas de la membrane 21 sur les matières organiques M, ce qui permet de garder les matières organiques M suffisamment sèches pour permettre l’épandage sur des cultures agricoles. Une telle régulation peut également consister à déverser de l’eau ou tout liquide approprié sur le module de couverture 20 lorsqu’une partie des eaux de surfaces E se sont évaporées ou ont été prélevées pour arroser des cultures agricoles. A cette fin, le module de régulation 130 peut être relié à un réservoir ou à un réseau de distribution d’eau.
Mise en œuvre
L’invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre en référence à la figure 2.
Tout d’abord, dans une étape E1, sous l’action du surpresseur 60, un flux de biogaz stocké dans l’espace interne 24 sous la membrane 21 du module de couverture 20 est acheminé, via le conduit d’évacuation 25 et le conduit de recirculation 40, depuis le module de couverture 20, c’est-à-dire depuis la partie haute de la cuve 10, jusqu’à la partie basse de la cuve 10 où ledit flux de biogaz pénètre dans la cuve 10 via le port d’entrée de gaz 30 et dans les matières organiques M via les organes de diffusion 70.
Lorsque le flux de biogaz circule entre le module de couverture 20 et le conduit de recirculation 40, le module de contrôle 80 mesure, dans une étape E2, la concentration en dioxygène dudit flux de biogaz par l’intermédiaire du premier piquage 85.
Ensuite, dans une étape E3, le module de contrôle 80 détermine, en fonction de la concentration mesurée et par exemple à l’aide d’une table prédéterminée ou d’une courbe prédéterminée, le débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans le conduit d’injection 50 pour obtenir une concentration cible prédéterminée en dioxygène dans la cuve 10.
Le module de contrôle 80 commande alors, dans une étape E4, l’ouverture de la vanne du conduit d’injection 50 en fonction du débit calculé afin de faire circuler le flux de gaz dioxygéné dans le conduit d’injection 50 selon le débit déterminé, ce flux de gaz dioxygéné se mélangeant alors au flux de biogaz circulant dans le conduit de reciculation 40 dans une étape E5.
Le mélange gazeux ainsi obtenu est acheminé, dans une étape E6, à l’intérieur de la cuve 10 via le port d’entrée de gaz 30 où ledit mélange gazeux est injecté dans les matières organiques par les organes de diffusion 70. Dans une étape E7, le mélange se diffuse et traverse alors les matières organiques M jusqu’à atteindre le biogaz retenu dans l’espace interne 24 sous le module de couverture 20 afin de le désulfuriser dans une étape E8.
Afin de ne pas inerter la cuve 10 de méthanisation par un ajout trop important de dioxygène, le procédé est de préférence mis en œuvre par intermittence en fonction de la fraction massique de sulfure de dihydrogène mesurée au niveau du premier piquage 85. Cela permet d’injecter du dioxygène uniquement lorsque la fraction massique de sulfure de dihydrogène se rapproche ou dépasse le seuil de toxicité. L’injection de dioxygène peut être stoppée lorsque la fraction massique de sulfure de dihydrogène est en-dessous d’un seuil dit « de confort », par exemple compris entre 0 et 130 ppm, de préférence de l’ordre de 90 à 120 ppm, une trop grande désulfurisation étant synonyme d’un apport important en dioygène pouvant réduire le rendement de la cuve 10 de méthanisation, voire pouvant inerter la cuve 10 de méthanisation.
Tant que la fraction massique de sulfure de dihydrogène mesurée est inférieur au seuil de toxicité voire inférieure au seuil de confort, le module de contrôle 80 s’assure que la vanne d’évacuation 90 et la vanne de dérivation 112 sont ouvertes et que la vanne d’entrée 102 du filtre 100 à charbon est fermée afin que la fraction du flux de biogaz sortant de la cuve 10 et qui n’est pas recirculée dans le conduit de recirculation 40 soit acheminée directement dans le module de cogénération 120 sans passer par le filtre 100 à charbon.
A tout moment, dès lors que la fraction massique de sulfure de dihydrogène du biogaz en sortie du module de couverture 20 se rapproche du seuil de toxicité (par exemple en dépassant le seuil de confort) ou dépasse le seuil de toxicité, le module de contrôle 80 peut :
- dans un mode (étape E9A), commander la vanne d’évacuation 90, la vanne d’entrée 102 et la vanne de sortie 104 du filtre 100 à charbon en ouverture et la vanne de dérivation 112 du module de cogénération 120 en fermeture également afin de filtrer le biogaz pour le désulfuriser suffisamment pour qu’il puisse être brûler,
- dans un autre mode (étape E9B), notamment lorsque le filtre 100 ne peut désulfuriser suffisamment le biogaz en-dessous du seuil de toxicité, commander la vanne d’évacuation 90 en fermeture de sorte que tout le biogaz sortant du module de couverture 20 soit recirculé et mélangé à du dioxygène (étapes E1 à E8) pour désulfuriser le biogaz de l’espace interne 24.
L’invention permet donc avantageusement de produire du biogaz tout en contrôlant la fraction massique de sulfure de dihydrogène dudit biogaz. Ce faisant, le biogaz peut être désulfurisé suffisamment, par intermittence, afin de réduire l’utilisation et donc la maintenance du filtre 100 à charbon.

Claims (15)

  1. Système (1) de méthanisation pour la transformation de la fraction fermentescible de matières organiques (M) en biogaz, ledit système (1) comprenant :
    - une cuve (10) de fermentation comportant un fond (11) et au moins une paroi (12) délimitant un volume intérieur, destiné à recevoir des matières organiques (M), et une ouverture (14) supérieure,
    - un module de couverture (20) disposé dans ladite cuve (10) de manière à recouvrir ladite ouverture (14) et à former ainsi un espace fermé afin de permettre, d’une part, la méthanisation de matières organiques (M) contenues dans la cuve (10) et, d’autre part, le stockage du biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible desdites matières organiques (M),
    - un conduit d’évacuation (25) du biogaz relié au module de couverture (20) afin d’acheminer le biogaz hors de l’espace fermé formé sous le module de couverture (20),
    - au moins un port d’entrée de gaz (30) formé dans la partie inférieure de la cuve (10),
    - un conduit d’injection (50) relié fluidiquement audit au moins un port d’entrée de gaz (30) et apte à fournir un flux de gaz comprenant du dioxygène à l’au moins un port d’entrée de gaz (30), ledit conduit d’injection (50) comportant une vanne de réglage (51) permettant de régler le débit du flux de gaz circulant dans ledit conduit d’injection (50),
    - au moins un surpresseur (60) apte à faire circuler le flux gazeux dans le conduit de recirculation (40) entre le module de couverture (20) et l’au moins un port d’entrée de gaz (30) de la cuve (10),
    - des organes de diffusion (70), disposés au fond de la cuve (10) et connectés fluidiquement à l’au moins port d’entrée de gaz (30) de la cuve (10), lesdits organes de diffusion (70) étant aptes à diffuser les molécules du flux gazeux provenant de l’au moins un port d’entrée de gaz (30) dans lesdites matières organiques (M) de sorte que ledit mélange gazeux se diffuse via les organes de diffusion (70) à travers les matières organiques (M) jusqu’au biogaz stocké sous le module de couverture (20),
    - un module de contrôle (80) apte à mesurer la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie du module de couverture (80), à déterminer, en fonction de ladite concentration mesurée, le débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans le conduit d’injection (50) pour atteindre une concentration cible en dioxygène prédéterminée dans la cuve (10), et à contrôler l’ouverture de la vanne de réglage (51) en fonction du débit calculé.
  2. Système (1) selon la revendication 1, dans lequel le module de contrôle (80) est apte à déterminer le débit du flux de gaz dioxygéné à l’aide d’une table ou d’une courbe de correspondance prédéterminée indiquant ledit débit en fonction de la concentration en dioxygène du flux de biogaz mesurée.
  3. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit d’injection(50) comprend un débitmètre apte à mesurer le débit du flux gazeux circulant dans ledit conduit d’injection (50), et dans lequel le module de contrôle (80) est apte à recevoir les mesures effectuées par ledit débitmètre et à contrôler le vanne de réglage (51) afin que le débit du flux gazeux circulant dans le conduit d’injection (50) corresponde au débit déterminé par le module de contrôle (80).
  4. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vanne de réglage (51) est une électrovanne apte à être commandée électriquement par le module de contrôle (80).
  5. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un filtre (100) à charbon actif et un conduit de dérivation (110) reliant l’entrée dudit filtre (100) à la sortie dudit filtre (100), le filtre (100) comportant une vanne dite « d’entrée » (102) placée en entrée dudit filtre (100) et apte à permettre ou non à un flux de gaz de pénétrer dans le filtre (100), le conduit de dérivation (110) comportant une vanne dite « de dérivation » (112) apte à permettre ou non à un flux de gaz de traverser ledit conduit de dérivation (110), le module de contrôle (80) étant apte à mesurer la concentration en sulfure de dihydrogène dans le flux de biogaz en sortie du module de couverture (20) et, dans une premier mode, pour lequel la concentration en sulfure de dihydrogène mesurée est inférieure à un seuil de toxicité prédéterminé, à piloter la vanne d’entrée (102) en fermeture et la vanne de dérivation (112) en ouverture, et dans un deuxième mode, pour lequel la concentration en sulfure de dihydrogène est supérieure audit seuil de toxicité, à piloter la vanne d’entrée (102) en ouverture et la vanne de dérivation (112) en fermeture.
  6. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel le seuil de toxicité est inférieur ou égale à 150 ppm.
  7. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un surpresseur (60) se présente sous la forme d’une soufflante, d’un ventilateur, d’un propulseur, d’un compresseur, d’une turbine.
  8. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la concentration cible en dioxygène est inférieure ou égale à 5 %, de préférence inférieure ou égale à 4 %, par exemple de l’ordre de 2 ou 3 %.
  9. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un port d’entrée de gaz (30) est formé dans la partie inférieure de la paroi (12) ou dans le fond (11) de la cuve (10).
  10. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les organes de diffusion (70) comprennent un ensemble de tuyauteries munies chacune d’une pluralité de ports de diffusion de gaz.
  11. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de couverture (20) comporte au moins une membrane (21) souple.
  12. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un module de traitement (120) du biogaz produit par le méthaniseur connecté fluidiquement au conduit d’évacuation (25) de biogaz.
  13. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module de traitement est un module de cogénération (120) apte à brûler le biogaz afin de produire de l’électricité.
  14. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit d’évacuation (25) comprend une vanne d’évacuation (90) permettant d’autoriser ou non le passage du biogaz.
  15. Procédé de désulfurisation du biogaz produit par un système (1) de méthanisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
    - mesure de la concentration en dioxygène du flux de biogaz en sortie du module de couverture (20),
    - détermination, en fonction de ladite concentration mesurée, du débit du flux de gaz dioxygéné à faire circuler dans le conduit d’injection (50) pour obtenir une concentration cible prédéterminée en dioxygène dans la cuve (10),
    - contrôle de l’ouverture de la vanne de réglage (51) en fonction du débit calculé afin de faire circuler un flux de gaz dioxygéné avec le débit déterminé dans le conduit d’injection,
    - injection du flux de gaz dioxygéné dans la partie basse de la cuve (10) via l’au moins un port d’entrée de gaz (30) et les organes de diffusion (70),
    - diffusion du flux de gaz injecté dans les matières organiques (M) de sorte que ledit flux de gaz se diffuse à travers les matières organiques (M) jusqu’au biogaz stocké sous le module de couverture (20) afin de le désulfuriser.
FR2009827A 2020-09-28 2020-09-28 Système et procédé de production de biogaz désulfurisé Active FR3114599B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2009827A FR3114599B1 (fr) 2020-09-28 2020-09-28 Système et procédé de production de biogaz désulfurisé

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2009827 2020-09-28
FR2009827A FR3114599B1 (fr) 2020-09-28 2020-09-28 Système et procédé de production de biogaz désulfurisé

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3114599A1 true FR3114599A1 (fr) 2022-04-01
FR3114599B1 FR3114599B1 (fr) 2023-03-17

Family

ID=73498026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2009827A Active FR3114599B1 (fr) 2020-09-28 2020-09-28 Système et procédé de production de biogaz désulfurisé

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3114599B1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201825951U (zh) * 2010-10-27 2011-05-11 泽尔曼生物能源技术（北京）有限公司 沼气生物脱硫装置
ITVI20100242A1 (it) * 2010-09-02 2012-03-03 Giuseppe Loppoli Impianto per la produzione di biogas comprendente un apparato di desolforazione perfezionato
US20170058247A1 (en) * 2015-08-26 2017-03-02 Tze-Ming KAO Anaerobic fermentation with venturi stirring equipment
FR3043397A1 (fr) * 2015-11-05 2017-05-12 Adg - Ateliers Des Graves Module de couverture, dispositif et systeme de methanisation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITVI20100242A1 (it) * 2010-09-02 2012-03-03 Giuseppe Loppoli Impianto per la produzione di biogas comprendente un apparato di desolforazione perfezionato
CN201825951U (zh) * 2010-10-27 2011-05-11 泽尔曼生物能源技术（北京）有限公司 沼气生物脱硫装置
US20170058247A1 (en) * 2015-08-26 2017-03-02 Tze-Ming KAO Anaerobic fermentation with venturi stirring equipment
FR3043397A1 (fr) * 2015-11-05 2017-05-12 Adg - Ateliers Des Graves Module de couverture, dispositif et systeme de methanisation

Also Published As

Publication number Publication date
FR3114599B1 (fr) 2023-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2350326T5 (es) Instalación de biogás para la generación de biogás a partir de biomasa así como procedimiento para hacer funcionar la instalación de biogás
ES2447943T3 (es) Instalación combinada para la generación de biogás y compost así como procedimiento para cambiar un fermentador en una instalación de este tipo entre generación de biogás y compostaje
EP2658817B1 (fr) Procédé de désulfuration du digestat et du biogaz d'un digesteur, et installation de production de biogaz mettant en oeuvre ce procédé
EP2791312B1 (fr) Installation de méthanisation modulaire de matières organiques solides, composée d'un nombre variable de modules de digestion transportables, et procédé de commande d'une telle installation
EP2882840B1 (fr) Procédé et dispositif de méthanisation continue en voie sèche
EP1951418B1 (fr) Procede pour le traitement en anoxie d'une matiere dans un milieu reactionnel fluide
FR3093731A1 (fr) Module de couverture, dispositif et système de méthanisation
EP2703364B1 (fr) Installation démontable pour la production de biogaz
EP2346979A2 (fr) Procede d'elevage d'un vin et dispositif pour sa mise en oeuvre
FR2956657A1 (fr) Procede et dispositif de desulfuration du biogaz d'un digesteur, et digesteur equipe d'un tel dispositif
FR3114599A1 (fr) Système et procédé de production de biogaz désulfurisé
EP2453004B1 (fr) Procédé et installation de méthanisation de matière organique à haute teneur en solides
FR3108120A1 (fr) Module de couverture, dispositif et système de méthanisation
FR2981927A1 (fr) Procede de valorisation de dechets et dispositif correspondant
EP3974515B1 (fr) Conduit double vannes pour l évacuation de la partie liquide présente dans un circuit de circulation de biogaz
EP0074290A1 (fr) Procédé et installation pour la réalisation d'une dégradation en milieu anaérobie de produits, sous-produits et des déchets organiques
LU501102B1 (fr) Reacteur de methanation biologique exploitant une flore microbienne en suspension et procede de mise en oeuvre d’un tel reacteur
WO2024146703A1 (fr) Installation de traitement du co2 à partir d'une source de co2 gazeuse haut débit et de moyens de séchage de bois sous atmosphère de co2
FR3085686A1 (fr) Installation de fermentation anaerobie de biomasse pour la production de biogaz
CA3210647A1 (fr) Digesteur a volume de ciel gazeux reduit
OA21456A (fr) Digesteur a volume de ciel gazeux réduit.
FR2486096A1 (fr) Modules de fermentation et fermenteurs dits a fermentation fractionnee resultant de l'association de modules
FR2523568A1 (fr) Installation de digestion de boues ou d'effluents pollues
WO2016103118A1 (fr) Procede de digestion aerobie et digesteur aerobie
BE846580A (fr) Procede et appareil de fermentation

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20220401

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4