FR3121672A1 - Procédé de production d’hydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin - Google Patents

Procédé de production d’hydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé de production de dihydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin, comprenant les étapes suivantes : - nanofiltration de ladite fraction liquide de sorte à obtenir un perméat ; - traitement par osmose inverse d’au moins une partie dudit premier perméat de sorte à obtenir une solution aqueuse osmosée ; - électrolyse d’au moins une partie de ladite solution aqueuse osmosée de sorte à décomposer ladite partie de ladite solution aqueuse osmosée en au moins du dihydrogène gazeux. Figure à publier : 1

Description

Procédé de production d’hydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin
Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention est celui de la valorisation des effluents agricoles.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de production d’hydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin.
Art antérieur
Actuellement, environ 4% de l’hydrogène gazeux au niveau mondial est produit par une technique d’hydrolyse de l’eau. Ces techniques de production connue reposent principalement sur l’utilisation d’eau douce.
L’eau douce étant une ressource précieuse et limitée, on a proposé récemment de produire du dihydrogène gazeux à partir d’eau de mer.
Un inconvénient de l’eau de mer est que les ions chlorure qu’elle contient peuvent corroder l’anode de l’électrolyseur et qu’ils peuvent empêcher ou limiter les réactions d’oxydo-réduction.
Dans le domaine agricole, on connait des techniques de production d’hydrogène consistant à méthaniser des déchets végétaux, et des effluents d’élevage, tels que du fumier ou du lisier, afin de produire du biogaz, qui après avoir été purifié est mélangé avec de la vapeur d’eau à haute température et à haute pression en présence d’un catalyseur afin d’obtenir de l’hydrogène, par vaporeformage.
Un inconvénient de cette technique connue est que pour 1kg d’hydrogène produit, 9 kg de CO2est rejeté à l’atmosphère. Il s’agit donc d’une technique qui est peu respectueuse de l’environnement.
On connait d’autres techniques de valorisation des lisiers. Ainsi, il est connu de pratiquer l’épandage du lisier sur des terres agricoles. Les surfaces d’épandage sont toutefois limitées. Par ailleurs, l’épandage est source de pollution azotée des cours d’eau et l’épandage du lisier entraine des émissions d’ammoniac importantes dans l’atmosphère. Pour remédier à ces inconvénients, on a proposé par exemple de traiter la fraction liquide des lisiers par des méthodes de « stripping « permettant d’extraire l’azote ammoniacal de cette fraction liquide et de former un engrais minéral, le sulfate d’ammonium.
On connait également des techniques de déshydratation de déshydratation des lisiers permettant d’obtenir un tourteau organique sec et riche azote, plus facilement valorisable que la fraction liquide du lisier.
Un inconvénient des techniques de stripping et de déshydratation est qu’elles sont consommatrices d’énergie.
Par ailleurs, on observe une tendance à la diminution de la consommation d’engrais dans le domaine agricole.
Il existe donc un besoin de techniques alternatives, qui permette une valorisation de la fraction liquide des lisiers, et notamment des lisiers de porcs, sous une forme autre que celle d’un engrais.
Objectifs de l’invention
L’invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l’art antérieur cités ci-dessus.
Plus précisément l’invention a pour objectif de fournir une technique de production d’hydrogène à partir de la fraction liquide d’un lisier qui soit fiable.
Un objectif de l’invention est également de fournir une telle technique qui soit peu énergivore.
Un autre objectif de l’invention est de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en œuvre, et d’un coût de revient réduit.
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l’aide d’un procédé de production de dihydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin.
En d’autres termes, l’invention concerne un procédé de production de dihydrogène gazeux essentiellement à partir d’urine de porc.
Selon l’invention, un tel procédé comprend les étapes suivantes :
- nanofiltration de ladite fraction liquide de sorte à obtenir un perméat ;
- traitement par osmose inverse d’au moins une partie dudit premier perméat de sorte à obtenir une solution aqueuse osmosée ;
- électrolyse d’au moins une partie de ladite solution aqueuse osmosée de sorte à décomposer ladite partie de ladite solution aqueuse osmosée en au moins du dihydrogène gazeux.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, ladite étape d’électrolyse est mise en œuvre dans un électrolyseur alimentée en énergie électrique par des moyens de captage photovoltaïque et/ou par une ou une plusieurs éoliennes.
Avantageusement, la taille des pores de la ou des membranes de nanofiltration mises en œuvre lors de ladite étape de nanofiltration est comprise entre 4 et 6 nm.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, la ou lesdites membranes sont des membranes en céramique.
Selon un aspect particulier de l’invention, lors de ladite étape de nanofiltration, le différentiel de pression entre l’amont et l’aval de ladite ou desdites membranes de nanofiltration est compris entre 3 et 4 bars.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, lors de ladite étape de nanofiltration, le différentiel de pression entre l’amont et l’aval de ladite ou desdites membranes de nanofiltration est compris entre 3 et 4 bars.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la pression dudit premier perméat avant d’être traité par osmose inverse pression est comprise entre 12 et 16 bars.
De façon avantageuse, un procédé tel que décrit ci-dessus comprend une étape de stripping de l’ammoniac destinée à transformer les solutés issus de l’étape de traitement par osmose inverse en sulfate d’ammonium.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, un procédé tel que décrit ci-dessus comprend une étape de méthanisation des rétentats sensiblement solides issus de ladite étape de nanofiltration.
Liste des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et de l’unique figure annexée :
représente un exemple de système de production d’hydrogène adapté pour mettre en œuvre un mode de réalisation d’un procédé de production de dihydrogène gazeux selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
On a illustré sur la un exemple de système de production de dihydrogène gazeux dans lequel est mis en œuvre un mode de réalisation d’un procédé de production de dihydrogène gazeux selon l’invention.
Ce système 10 est implanté à proximité d’un bâtiment 11 d’élevage de porcs accueillant 350 truies gestantes. Il est raccordé au bâtiment 11 par un conduit 12, équipé d’une pompe, par lequel est évacuée la fraction liquide du lisier produit dans le bâtiment, qui est essentiellement composée d’urine. Pour séparer la fraction liquide de la fraction solide du lisier, Dans ce bâtiment 11, Le lisier raclé sous les callebotis des stalles individuelles accueillant les truies est poussé sur des grilles recouvrant une fosse raccordée au conduit 12, ce qui permet de faire couler la partie liquide du lisier dans la fosse et ainsi de séparer la fraction liquide de la fraction solide du lisier.
Le conduit 12 débouche sur un système de nanofiltration 13 comprenant une surface membranaire formée de disques de céramique (dioxyde de titane) en rotation, présentant une taille de pores de 5nm, au travers de laquelle la fraction liquide du lisier est filtrée. Dans ce mode de réalisation particulier de l’invention la pression intra-membranaire est de 3 bars.
Il convient de noter qu’à intervalle réguliers la surface membranaire est lavée afin d’éviter son colmataqe. Les rétentats retirés lors de cette opération sont mélangés avec d’autres matières méthanisables pour alimenter une unité de méthanisation 19.
Le perméat ressortant du système de nanofiltration 13 à une pression de 13,6 bars est injecté dans une unité de traitement par osmose inverse 14 équipé d’une membrane en polyamide, permettant de recueillir de l’eau osmosée à sa sortie. Les solutés retenus dans l’unité 14 sont dirigés vers le réacteur d’une installation de stripping de l’ammoniac 15 dans lequel ils sont mélangés à de la vapeur d’eau sous pression en présence d’un catalyseur de sorte à dégager de l’ammoniac qui passe dans un laveur d’acide sulfurique pour former du sulfate d’ammonium.
L’eau osmosée est dirigée grâce à un pompe jusqu’à un électrolyseur 16 alimentée en électricité par un ensemble de capteurs photovoltaïques 17.
Il se produit dans l’électrolyseur 16 une décomposition de l’eau osmosée en dihydrogène gazeux et en oxygène. Le dihydrogène gazeux émis est comprimé et stocké dans une cuve de stockage 18 tandis que l’oxygène émise est rejetée à l’atmosphère.

Claims (9)

  1. Procédé de production de dihydrogène gazeux à partir de la fraction liquide d’un lisier de porcin, comprenant les étapes suivantes :
    - nanofiltration de ladite fraction liquide de sorte à obtenir un perméat ;
    - traitement par osmose inverse d’au moins une partie dudit premier perméat de sorte à obtenir une solution aqueuse osmosée ;
    - électrolyse d’au moins une partie de ladite solution aqueuse osmosée de sorte à décomposer ladite partie de ladite solution aqueuse osmosée en au moins du dihydrogène gazeux.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape d’électrolyse est mise en œuvre dans un électrolyseur alimentée en énergie électrique par des moyens de captage photovoltaïque et/ou par une ou une plusieurs éoliennes.
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la taille des pores de la ou des membranes de nanofiltration mises en œuvre lors de ladite étape de nanofiltration est comprise entre 4 et 6 nm.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3, caractérisé en ce que la ou lesdites membranes sont des membranes en céramique.
  5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que lors de ladite étape de nanofiltration, le différentiel de pression entre l’amont et l’aval de ladite ou desdites membranes de nanofiltration est compris entre 3 et 4 bars.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lors de ladite étape de nanofiltration, le différentiel de pression entre l’amont et l’aval de ladite ou desdites membranes de nanofiltration est compris entre 3 et 4 bars.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pression dudit premier perméat avant d’être traité par osmose inverse pression est comprise entre 12 et 16 bars.
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de stripping de l’ammoniac destinée à transformer les solutés issus de l’étape de traitement par osmose inverse en sulfate d’ammonium.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de méthanisation des rétentats sensiblement solides issus de ladite étape de nanofiltration.
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