WO2017093701A1 - Dispositif et procédé de décarbonatation de biogaz - Google Patents

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tank
biogas
lime
inlet
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Yilmaz KARA
Zacaria REDDAD
Olivier GUERRINI
Sandrine BONCHE
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Definitions

  • the present invention is directed to a method and a device for decarbonating biogas. It applies, in particular, to the decarbonation of biogas produced by a physico-chemical or biological technique (bio-syngas, bio-sng) and in particular to biogas resulting from the methanisation of organic substrates.
  • the biogas obtained contains mainly methane and carbon dioxide
  • biogas must be purified and freed of its carbon dioxide as well as traces of hydrogen sulphide (H2S) in order to obtain a gas called "biomethane" of quality equivalent to natural gas.
  • H2S hydrogen sulphide
  • the washing with water carried out in towers with packings that can be relatively high and bulky especially for small installations on the farm the washing with amines, technology close to washing with water but using amines in liquid phase to improve the efficiency of CO2 transfer, - the adsorption of CO2 on fixed pressure bed support or pressure swing adsorption (Pressure Swing Adsorption), membrane technologies to separate methane and CO2, this technology has the advantage of requiring no chemical reagent but nevertheless requiring pretreatment of hydrogen sulfide (H2S) upstream of the membranes to protect them,
  • H2S hydrogen sulfide
  • the amine wash requires a high energy consumption to regenerate the amines continuously in a boiler whose temperature is increased to over 120 ° C, moreover, these hot spots may present a risk for the operator, - the relatively recent membrane technologies have the advantage of not using any reagents, the long-term replacement of membrane modules nevertheless representing a significant cost for the biogas producers, cryogenic purification is a biogas treatment technique whose costs of investment and exploitation are high especially for small biogas flows from a biogas on the farm,
  • cryogenic purification is a sensitive technique and relatively difficult to exploit.
  • the present invention aims to remedy all or part of these disadvantages.
  • the present invention is directed to a device for decarbonating biogas, which comprises:
  • a first tank for retaining a liquid volume comprising lime and water, comprising:
  • the second portion comprising:
  • an outlet for the liquid configured to release a portion of the liquid when the volume of liquid in the first vessel is greater than a predetermined maximum retention volume
  • a second tank for retaining a liquid volume comprising lime and water, comprising:
  • This device implements a decarbonation reaction of the biogas by neutralization in the liquid phase by lime Ca (OH) 2.
  • This device is simple in design and can be easily operated by a biogas producer.
  • the chemical principle of decarbonation in the liquid phase by lime is a reliable and efficient solution. This principle also allows for a cost-effective solution for both investment and operating costs. Indeed, the proposed technique uses only one basic reagent, lime Ca (OH) 2 whose purchase cost in industrial quantities is about one hundred euros per ton. In addition, in terms of safety, the device has no hot spot.
  • the device also has the advantage of trapping all the CO2 in the form of solid and stabilized calcium carbonate (CaCC).
  • CaCC solid and stabilized calcium carbonate
  • This inert material presents no health risk and can be efficiently conserved locally in agricultural composting with lime incineration to stabilize the pH of acidic soils for example, or to bring to the soil a additional source of calcium and inorganic carbon.
  • Residual calcium carbonate can also be used in local construction as backfill or in the form of lime plaster.
  • liquid recirculation and pH regulation allow the device to be automatically regulated without human intervention.
  • the device which is the subject of the present invention comprises an intermediate vessel, in the path of the liquid, downstream of the first vessel and upstream of the second vessel, for retaining a liquid volume comprising lime and water.
  • water comprising:
  • the first vessel has a decarbonated biogas outlet.
  • At least one decarbonated biogas outlet has a biogas shunt connected to a biogas inlet of at least one vessel.
  • At least one decarbonated biogas outlet comprises means for measuring a quantity of carbon dioxide in the biogas leaving the tank associated with said outlet, the biogas supply of the bypass associated with said outlet being controlled according to the amount of carbon dioxide measured.
  • the biogas inlet is configured to inject the biogas into the first vessel at a rate of between five and sixty meters per second.
  • the liquid is lime water. These embodiments allow the liquid to exhibit no solid particles.
  • the liquid is lime milk.
  • the maximum retention volume of the first tank is determined by an overflow wall having a predetermined height, the overflow of the liquid being effected to the second tank.
  • the first and / or second vessel comprises calcium carbonate collection means positioned on a lower portion of said vessel.
  • the first vessel comprises:
  • the second portion comprising:
  • the device that is the subject of the present invention comprises: an additional inlet for the liquid positioned on a lower part of the first part of the first tank,
  • the device which is the subject of the present invention comprises a means for preventing scaling comprising:
  • a control means for injecting water and biogas into the first tank a control means for injecting water and biogas into the first tank.
  • the present invention aims at a process for decarbonating biogas, which comprises:
  • a liquid entry step in a first portion of a first tank a step of entering biogas into the liquid in the first portion of the first tank
  • FIG. 1 represents, schematically, a first particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG. 2 represents, schematically, a second particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG. 3 represents, schematically and in the form of a logic diagram, a particular succession of steps of the method that is the subject of the present invention
  • FIG. 4 schematically represents a third particular embodiment of the device that is the subject of the present invention.
  • the biogas described below can be of type:
  • FIG. 1 which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 10 which is the subject of the present invention.
  • This device 10 for decarbonating biogas comprises:
  • an outlet 120 for the liquid configured to release a portion of the liquid when the volume of liquid in the first tank 105 is greater than a predetermined maximum retention volume
  • a second tank 125 for retaining a liquid volume comprising lime and water, comprising:
  • the liquid used by the device 10 is, for example, milk of lime.
  • the milk of lime is a water supersaturated in lime presenting solid particles.
  • the lime provided by the means 155 for supplying lime is:
  • the device 10 comprises a means for preparing lime water and / or milk of lime configured to supply the means 155 for supplying lime.
  • This means of preparation is for example a water mixture tank and solid lime, the amount of solid lime inserted into the tank as a function of the pH of the captured liquid.
  • the liquid is lime water.
  • the lime water is saturated with lime at the threshold of solubility of Ca (OH) 2 and therefore has no solid particle.
  • Lime water is the supernatant obtained after saturation and decantation of the milk of lime.
  • the first tank 105 is, for example, a closed and sealed volume configured to retain a predetermined volume of liquid.
  • This first tank 105 is formed, in FIG. 1, of a base and side walls surrounding the base so as to define the volume of the tank 105.
  • the first tank 105 acts as a decarbonation compartment of the biogas by neutralization of the CO2 in aqueous phase.
  • the decarbonation is carried out by contacting the biogas with a water saturated with lime or a milk of lime.
  • the carbon dioxide contained in the biogas changes from the gaseous phase to the basic aqueous phase by a conventional transfer mechanism.
  • the hydroxide ions (OH-) provided by the lime make it possible to neutralize the dissolved CO2 by forming the hydrogen carbonate and bicarbonate ions in solution.
  • the chemical reactions involved in the solubilization of CO2 and its neutralization are represented by the following acid-base equilibria:
  • This neutralization with lime also has the effect of eliminating to a certain extent the hydrogen sulphide present in the biogas.
  • the sulfur precipitates are therefore likely to form, thus making it possible to eliminate all or part of the traces of H2S gas present in the biogas.
  • the device 10 constitutes a reactor for the chemical mechanisms described above. This device 10 makes it possible to bring the biogas into contact with the solution of water saturated with lime. After this contact phase, a purified biogas is obtained and a water settling phase makes it possible to recover the solid particles of calcium carbonate and lime incinerators at the bottom of the device 10.
  • the inlet 1 10 for liquid is, for example, a sealed pipe connected to a liquid injection valve in the first tank 105.
  • This liquid inlet 1 10 is preferably positioned on a lower part of a wall, c ' that is to say close to the lower part of the first tank 105.
  • the liquid entering the first tank 105 fills the first tank 105 until the predetermined maximum retention volume is reached by the volume of liquid in the first tank 105.
  • the inlet 15 for biogas is, for example, formed of several hollow injection columns provided with orifices for injecting biogas into the liquid when the liquid fills the first tank 105.
  • the biogas inlet 15 is configured to inject the biogas into the first tank 105 at a rate of between five and sixty meters per second.
  • This speed is reached, for example, for a nominal injection flow of biogas in a line supplying the biogas at the inlet 1 15, by the sizing of orifices, in at least one column, so that the speed of the biogas at the level of these orifices is between five and sixty meters per second. If the flow rate of biogas is variable, the sizing of the orifices is made according to the lowest operating rate of the device 10.
  • the biogas is stored in a tank (not shown) positioned upstream of the biogas inlet 1 15 so that the biogas supplied to the biogas inlet 1 15 has a pressure determined by the pressure at the inlet. inside the tank.
  • This reservoir may also include a biogas pressurization means, such as a pump for example.
  • the outlet 120 is, for example, a pipe connecting the first tank 105 to the second tank 125. This pipe can be blocked, in variants, by a valve for example.
  • the maximum retention volume of the first tank 105 is determined by an overflow wall 160 having a predetermined height, the overflow of the liquid being effected to the second tank 125 by overflow.
  • This overflow wall 160 is one of the walls constituting the periphery, relative to the base of the first tank 105. This wall 160 has a height less than the positioning height of a tank ceiling so that the maximum volume of liquid in the first tank 105 is less than the total volume of the first tank 105.
  • the biogas exits the liquid to fill a volume of the first tank 105 above the surface of the liquid.
  • the sizing of this volume for biogas is configured so that the biogas is driven by the liquid to the second tank.
  • the overflow wall 160 has a height configured so that the overflow area, corresponding to the outlet 120 for liquid, is at a high end of the height of the walls, in contact with the ceiling.
  • the first tank 105 comprises a calcium carbonate collection means 165 positioned on a lower part of said tank 105.
  • This collecting means 165 is also intended for the collection of calcium carbonate. incense of lime.
  • This collecting means 165 is, for example, formed of a pipe whose inlet is positioned at the bottom end of a settling funnel forming the base of the first tank 105.
  • This pipe also comprises a valve which, in the open position, causes gravity to evacuate the calcium carbonate present in the decantation funnel.
  • the second vessel 125 is, for example, a volume configured to retain a predetermined volume of liquid.
  • This second tank 125 is formed, in FIG. 1, of a lower part and lateral walls surrounding the lower part so as to define the predetermined maximum retention volume of the tank 125.
  • This second tank 125 comprises the inlet 130 for liquid released by the first tank 105.
  • This inlet 130 is, for example, a pipe connecting the first tank 105 to the second tank 125.
  • this second tank 125 comprises submerged slats (not shown) making it possible to accelerate the settling of the solid particles.
  • submerged slats are illustrated in FIG.
  • the inlet 130 is formed by the opening resulting from the height of the overflow wall 160 of the first tank 105.
  • this overflow wall 160 forms a walls of the second tank 125.
  • the outlet 135 for decarbonated biogas is, for example, a pipe positioned above the surface of the liquid when this liquid fills the maximum retention volume of the second tank 125.
  • the outlet 140 for the liquid is, for example, a pipe positioned on a wall of the second tank 125 defining the predetermined maximum retention volume as a function of the positioning of this pipe.
  • the outlet 140 is formed by an overflow wall whose upper end is positioned at a lower height of the height of the inlet 130 for liquid.
  • the liquid overflowing the overflow wall enters the recirculation line 145.
  • This overflow wall is one of the walls constituting the periphery, with respect to the lower part, or base, of the second tank 125.
  • This wall has a height less than the height of positioning of a tank ceiling so that the maximum volume of liquid in the second tank 125 is less than the total volume of the second tank 125.
  • the biogas exits the liquid to fill a volume of the second tank 125 above the surface of the liquid and exits through the exit 135 for biogas.
  • the recirculation line 145 is, for example, a sealed line connecting the liquid outlet 140 of the second tank 125 to the liquid inlet 1 10 of the first tank 105.
  • the means 146 for recirculating the liquid discharged from the second tank 125 to the first tank 105 is, for example, a pump.
  • the pipe 145 includes an outlet 147 for returning the recirculated water to the same outlet point as solids decanted and incinerated lime collected by a collection means, 165 and / or 170. These solids decanted, incuits of lime and recirculated waters out of the device 10 can be treated downstream.
  • the sensor 150 of the pH of the liquid is, for example, a pH probe positioned in the first tank 105, in the second tank 125 or in the recirculation line 145.
  • the lime supply means 155 is, for example, an automatic lime dispenser in powder form or in liquid form having an opening for dispensing lime into the liquid. This opening is controlled by an electronic control circuit, such a command being issued when the captured pH is less than a predetermined set value.
  • the desired pH value is preferably greater than 12.
  • the second tank 125 comprises a calcium carbonate collection means 170 positioned on a lower part of said tank 125.
  • This collection means 170 is also intended for the collection of calcium carbonate. incense of lime.
  • This collection means 170 is, for example, formed of a pipe whose inlet is positioned at the bottom end of a settling funnel forming the base of the second tank 125.
  • This pipe also comprises a valve which, in the open position, causes the gravity evacuation of the calcium carbonate positioned in the decantation funnel.
  • each discharge valve of a collection means, 165 or 170 is actuated automatically and periodically according to a predetermined period or determined by a user.
  • FIG. 2 which is not to scale, shows a schematic view of one embodiment of the device 20 of the present invention.
  • This biogas decarbonation device 20 comprises:
  • an outlet 220 for the liquid configured to release a portion of the liquid when the volume of liquid in the first tank 205 is greater than a predetermined maximum retention volume
  • a second tank 225 for retaining a liquid volume comprising lime and water comprising: an inlet 230 for liquid released by the first tank 205, an outlet 235 for decarbonated biogas and
  • means 255 for supplying lime to the liquid when the pH of the liquid is below a predetermined setpoint.
  • the liquid used by the device 20 is, for example, milk of lime.
  • the milk of lime is a water supersaturated in lime presenting solid particles.
  • the lime provided by the lime supply means 255 is:
  • the device 20 comprises a means for preparing lime water and / or milk of lime configured to supply the means 255 for supplying lime.
  • This means of preparation is for example a water mixture tank and solid lime, the amount of solid lime inserted into the tank as a function of the pH of the captured liquid.
  • the liquid is lime water.
  • the lime water is saturated with lime at the threshold of solubility of Ca (OH) 2 and therefore has no solid particle.
  • Lime water is the supernatant obtained after saturation and decantation of the milk of lime.
  • the first vessel 205 is, for example, a sealed and sealed volume configured to retain a predetermined volume of liquid. This first tank 205 performs the same function as the first tank 105 described with reference to FIG.
  • the first tank 205 comprises:
  • said first contact chamber comprising:
  • the first part 275 is, for example, a volume for receiving the liquid and the biogas.
  • One of the side walls 280 forming, together with a base and a ceiling, the volume, is said "overflow", that is to say that the height of the wall 280 relative to the base is less than the maximum height of the volume forming the first part. In this way, once the liquid reaches the point of maximum height of the overflow wall 280, the liquid is poured into the second portion 185 by overflow.
  • the second portion 285 is, for example, a volume for receiving liquid and biogas formed by sidewalls, a base and a ceiling.
  • this second portion 285 has a wall which extends from the ceiling towards the base and which has a width such that, on the extension height of this wall, the wall extends from one edge to the other of the second part 285. In this way this wall acts as an obstacle for the flow of liquid which is forced to bypass this wall. Thus, the path traveled by the liquid and the biogas is increased, which improves the transfer time of the carbon dioxide to the aqueous solution of lime.
  • the device 20 comprises:
  • the inlet 210 for liquid is, for example, a sealed pipe connected to a liquid injection valve in the first tank 205, this injection valve acting as an opening / closing means 295.
  • the inlet 210 is connected to the recirculation pipe 245.
  • the additional inlet 290 for the liquid is, for example, a sealed line connected to a liquid injection valve in the first tank 205, this injection valve acting as an opening / closing means 300.
  • the inlet 290 additional is connected to the recirculation pipe 245 by a bypass.
  • a water injection pipe 320 is positioned between the branch providing the additional inlet 290 and the inlet 210 for liquid.
  • This water injection pipe 320 acts as a water inlet of the device, this water can be potable and allows extra water in the circuit. This water also allows internal cleaning of the system during maintenance stops.
  • This water injection pipe 320 comprises an opening / closing valve controlled by an electronic control circuit or by a level pear float.
  • the inlet 215 for biogas is, for example, formed of several hollow injection columns provided with orifices for injecting biogas into the liquid when the liquid fills the first tank 205.
  • the biogas inlet 215 is configured to inject the biogas into the first vessel 205 at a velocity of between five and sixty meters per second.
  • This speed is reached, for example, for a nominal injection flow of biogas in a pipe supplying the biogas at the inlet 215, by sizing orifices, in at least one column, so that the speed of the biogas at the of these orifices is between five and sixty meters per second.
  • the sizing of the orifices is made according to the lowest operating flow rate of the device 20.
  • the biogas is stored in a tank (not shown) positioned upstream of the inlet 215 for biogas so that the biogas supplied to the entry 215 for biogas has a pressure determined by the pressure at the inlet. inside the tank.
  • This reservoir may also include a biogas pressurization means, such as a pump for example.
  • the outlet 220 is, for example, a pipe connecting the first tank 205 to the second tank 225. This pipe can be blocked, in variants, by a valve for example.
  • the maximum retention volume of the first tank 205 is determined by an overflow wall 260 having a predetermined height, the overflow of the liquid being effected towards the second tank 225.
  • This overflow wall 260 is one of the walls constituting the periphery, with respect to the lower part, or base, of the first tank 205.
  • This wall 260 has a height less than the positioning height of a tank ceiling. so that the maximum volume of liquid in the first tank 205 is less than the total volume of the first tank 205.
  • the biogas exits the liquid to fill a volume of the first tank 205 not filled by the liquid and positioned in height relative to the surface of the liquid.
  • the sizing of this biogas volume is configured so that the biogas is entrained by the liquid towards the second tank 225.
  • the overflow wall 260 has a height configured so that the overflow area, corresponding to the outlet 220 for liquid, is at a high end of the height of the walls, in contact with the ceiling.
  • the first tank 205 comprises a calcium carbonate collection means 265 positioned on a lower part of said tank 205.
  • This collection means 265 is also intended for the collection of calcium carbonate. incense of lime.
  • This collecting means 265 is, for example, formed of a pipe whose inlet is positioned at the bottom end of a settling funnel forming the base of the first tank 205.
  • This pipe also comprises a valve which, in the open position, causes the gravity evacuation of the calcium carbonate positioned in the decantation funnel.
  • the second vessel 225 is, for example, a volume configured to retain a predetermined volume of liquid.
  • This second tank 225 is formed, in FIG. 2, of a lower part and side walls surrounding the lower part so as to define the predetermined maximum retention volume of the tank 225.
  • This second tank 225 comprises the inlet 230 for liquid released by the first tank 205.
  • This inlet 230 is, for example, a pipe connecting the first tank 205 to the second tank 225.
  • this second vessel 225 comprises submerged slats 226 for accelerating the settling of the solid particles.
  • the inlet 230 is formed by the opening resulting from the height of the overflow wall 260 of the first tank 205.
  • this overflow wall 260 forms a walls of the second tank 225.
  • the exit 235 for decarbonated biogas is, for example, a pipe positioned above the surface of the liquid when this liquid fills the maximum retention volume of the second tank 225.
  • the outlet 240 for the liquid is, for example, a pipe positioned on a wall of the second tank 225 defining the predetermined maximum retention volume as a function of the positioning of this pipe.
  • the outlet 240 is formed by an overflow wall whose upper end is positioned at a lower height of the height of the inlet 230 for liquid.
  • the liquid overflowing from the overflow wall enters the recirculation pipe 245.
  • This overflow wall is one of the walls constituting the periphery, with respect to the lower part, or base, of the second tank 225.
  • This wall has a height less than the positioning height of a tank ceiling so that the maximum volume of liquid in the second tank 225 is less than the total volume of the second tank 225.
  • the biogas comes out of the liquid to fill a volume of the second tank 225 not filled by the liquid and positioned in height relative to the surface of the liquid and out through the exit 235 for biogas.
  • the recirculation pipe 245 is, for example, a sealed pipe connecting the outlet 240 for liquid from the second tank 225 to the liquid inlet 210 of the first tank 205.
  • the means 246 for recirculating the liquid exiting the second tank 225 to the first tank 205 is, for example, a pump.
  • the pipe 245 has an outlet 247 making it possible to return the recirculated water to the same outlet point as the decanted and incinerated solids collected by means of collection, 265 and / or 270.
  • These solids decanted, incinerated lime and recirculated waters out of the device 20 can be treated downstream.
  • the device 20 comprises a biogas injection means in the recirculation conduit 245 for acidifying the recirculated lime water.
  • the sensor 250 of the pH of the liquid is, for example, a pH probe positioned in the first tank 205, in the second tank 225 or in the recirculation line 245.
  • the lime supply means 255 is, for example, an automatic lime dispenser in powder form having an opening for dispensing lime into the liquid. This opening is controlled by an electronic control circuit, such a command being issued when the captured pH is less than a predetermined set value.
  • the desired pH value is preferably greater than twelve.
  • the second tank 225 comprises a means 270 for collecting calcium carbonate positioned on a lower part of said tank 225.
  • This collection means 270 is also intended for the collection of calcium carbonate. incense of lime.
  • This collecting means 270 is, for example, formed of a pipe whose inlet is positioned at the bottom end of a settling funnel forming the base of the second tank 225.
  • This pipe also comprises a valve which, in the open position, causes the gravity evacuation of the calcium carbonate positioned in the decantation funnel.
  • each discharge valve of a collection means, 265 or 270 is actuated automatically and periodically at a predetermined period or determined by a user or by a measurement of solids level.
  • the device 20 comprises a means 305 for preventing scaling, comprising:
  • the prevention means 305 is, for example, an electronic control circuit which periodically emits a descaling control of the device 20.
  • an electronic control circuit forming an inhibition means 310, prevents the supply device 255 to supply lime to the circulating liquid in the device 20.
  • an electronic control circuit forming an injection control means 315, controls the injection of water into the water injection pipe 320 by opening the opening / closing valve attached to this pipe 320.
  • the descaling is carried out by rinsing the equipment with carbonated water, that is to say water saturated with biogas, without addition of lime.
  • This phase of preventive cleaning can be automated at a daily frequency and does not require any intervention of the user.
  • This cleaning is intended to ensure the dissolution by CO2 of all the lime particles accumulated in the device 20.
  • the regular rinsing does not require any particular reagent except those already implemented by the device 20.
  • FIG. 3 shows a particular flow diagram of the process of the present invention.
  • This biogas decarbonation process comprises:
  • a liquid entry step 405 in a first portion of a first tank a step 410 of entering biogas into the liquid in the first part of the first tank,
  • a liquid outlet step 415 of the second part of the first tank, to release a part of the liquid when the volume of liquid in the first tank is greater than a predetermined maximum retention volume
  • an inlet step 420 in a second tank, for retaining a liquid volume comprising lime and water, for the liquid released by the first tank, a decarbonated biogas outlet stage 425,
  • This method is implemented, for example, by one of the devices, 10 or 20, described with reference to Figures 1 or 2.
  • FIG. 4 diagrammatically shows a third particular embodiment of the device 40 which is the subject of the present invention.
  • This device 40 for decarbonating biogas comprises:
  • an outlet 51 1 for the liquid configured to release a part of the liquid when the volume of liquid in the first tank is greater than a predetermined maximum retention volume
  • a second tank 520 for retaining a liquid volume comprising lime and water, comprising:
  • means 560 for supplying lime to the liquid when the pH of the liquid is below a predetermined set value.
  • the first tank 510 has an outlet 545 for decarbonated biogas.
  • At least one outlet, 545, 550 and / or 585, for decarbonated biogas comprises a bypass, 535 and / or 540, for biogas connected to an inlet, 570, 575 and / or 580, for biogas of at least one tank, 510, 515 and / or 520.
  • At least one outlet, 545 and / or 550, for decarbonated biogas comprises a means, 547 and / or 548, of measuring a quantity of carbon dioxide in the biogas leaving the tank, 510 and / or 515, associated with said outlet, the biogas supply of the bypass associated with said outlet being controlled according to the amount of carbon dioxide measured.
  • this device 30 for decarbonating a gas comprises three tanks, 510, 515 and 520, nicknamed contact chambers.
  • the first tank 510 comprises:
  • a biogas inlet 570 configured so that the biogas is diffused into the liquid contained in the tank 510
  • the inlet 570 for biogas is supplied with biogas by a pipe 530 of arrival of biogas and by a pipe 535 for recirculation of all or part of the biogas released by the exit 545 for decarbonated biogas or by a 550 exit for decarbonated biogas from the second tank 515.
  • This 535 recirculation pipe may include an automatic or manual opening / closing mechanism.
  • This recirculation line 535 may comprise a recirculation means, such as a pump for example, decarbonated biogas in line 535.
  • the liquid outlet to the intermediate tank 515 is formed by a side wall of the first tank 510 whose height relative to the base of the tank 510 is less than the total height of the tank 510.
  • the maximum volume of The liquid in the vessel is determined by the height of the side wall so that any excess volume is poured over the intermediate vessel 515.
  • Intermediate tank 515 comprises:
  • a biogas inlet 575 configured so that the biogas is diffused into the liquid contained in the intermediate tank 515
  • decarbonated biogas the biogas injected into the first tank and, by passage through the liquid, lost all or part of the carbon dioxide that it contained.
  • the inlet 575 for biogas is supplied with biogas by the recirculation line 535 of all or part of the biogas output by the inlet 530 for biogas, by the outlet 545 for decarbonated biogas or by an outlet 550 for decarbonated biogas of the tank 515.
  • the recirculation of decarbonated biogas aims to lower the proportion of carbon dioxide present in the biogas by successive passages in the tanks containing the liquid. Recirculation of the biogas can also be carried out from the other tanks, depending on the proportion of carbon dioxide in the decarbonated gas that is to be obtained.
  • the liquid outlet to the third tank 520 is formed by a side wall of the intermediate tank 515 whose height relative to the base of the intermediate tank 515 is less than the total height of the intermediate tank 515.
  • the maximum volume of liquid in the intermediate tank is determined by the height of the side wall so that any excess volume is discharged by overflow in the second tank 520.
  • the second tank 520 comprises:
  • a biogas inlet 580 configured so that the biogas is diffused into the liquid contained in the second tank 520
  • a decarbonated biogas outlet 585 positioned outside the liquid contained in the second tank 520, an outlet towards the pipe 525 for recirculating the liquid to the first tank 510 and
  • the entry 580 for biogas is supplied with biogas by a recirculation line 540 of all or part of the biogas output by the exit 550 for decarbonated biogas or by a 545 outlet for decarbonated biogas of the first tank 510.
  • This recirculation pipe 540 may comprise an automatic or manual opening / closing mechanism.
  • This recirculation pipe 540 may comprise a recirculation means, such as a pump, for example, decarbonated biogas in line 540.
  • the outlet towards the recirculation pipe 525 is formed, for example, by a side wall of the second tank 520 whose height relative to the base of the second tank 520 is less than the total height of the second tank 520.
  • the maximum volume of liquid in the second tank 520 is determined by the height of the side wall so that any excess volume is poured by overflow into the recirculation line 525.
  • the device 40 further comprises a lime tank 555 configured to supply lime to a mixer 560 in which water is present to form lime water or milk of lime. lime.
  • a quantity of liquid thus formed is injected into the second tank 520 as a function of a value representative of the pH measured in the recirculation line 525 or in one of the tanks 510, 515 and / or 520.
  • the biogas is injected into the first tank 510 to be partially decarbonated by the liquid present in this first tank 510,
  • the partially decarbonated biogas leaves the first tank 510 via the exit 545 for decarbonated biogas
  • this partially decarbonated biogas enters the recirculation pipe 535 and is injected into the intermediate tank 515,
  • biogas enters the recirculation pipe 540 and is injected into the second vessel 520, the biogas is decarbonated by the liquid present in this second tank 520 and leaves the device 40 via the outlet 585.
  • the process described above is not limiting, and the biogas leaving a tank can be redirected to the biogas inlet of any tank, including the tank from which the biogas is discharged.

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Abstract

Le dispositif (20) de décarbonatation de biogaz comporte: - une première cuve(205), pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant: - une première partie (275) comportant: - une entrée (215) pour biogaz dans le liquide, - une entrée (210) pour le liquide et - une paroi (280) de débordement du liquide vers une deuxième partie (285), - la deuxième partie comportant: - un moyen (265) de collecte de carbonate de calcium et - une sortie (220) pour le liquide configurée pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé, - une deuxième cuve (225), pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant: - une entrée (230) pour liquide libéré par la première cuve, - une sortie (235) pour biogaz décarbonaté et - une sortie (240) pour le liquide, - une conduite (245) de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve, - un moyen (246) de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve, - un capteur (250) du pH du liquide et - un moyen (255) de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DÉCARBONATATION DE BIOGAZ
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention vise un procédé et un dispositif de décarbonatation de biogaz. Elle s'applique, notamment, à la décarbonatation de biogaz produit par une technique physico-chimique ou biologique (bio-syngaz, bio-sng) et en particulier au biogaz issu de la méthanisation de substrats organiques.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La méthanisation de substrats organiques connaît un regain d'intérêt en France et en
Europe pour produire du biogaz.
Le biogaz obtenu contient majoritairement du méthane et du dioxyde de carbone
(CO2). Ce dernier peut constituer 25 à 50% de son volume total selon les substrats utilisés.
Ce biogaz doit être épuré et débarrassé de son dioxyde de carbone ainsi que des traces de sulfures d'hydrogène (H2S) afin d'obtenir un gaz appelé « biométhane » de qualité équivalente au gaz naturel.
Les technologies existantes telles que le lavage à l'eau et le lavage aux aminés, l'épuration par membrane ou par adsorption sur matériaux sont efficaces mais difficilement envisageables pour des petites installations à la ferme ou les débits de biogaz peuvent être inférieures à 50 Nm3/h. De manière similaire, l'épuration cryogénique est coûteuse et difficilement envisageable pour les débits inférieurs à 80 Nm3/h.
En outre, la maintenance et l'exploitation directe de ces technologies ne sont pas aisées pour une personne sans formation adaptée, telle un agriculteur ou un éleveur.
Par ailleurs, ces technologies ne permettent pas de piéger la fraction de CO2 issu du biogaz épuré et ce gaz à effet de serre est encore bien souvent rejeté à l'atmosphère après séparation.
Les techniques classiques de traitement du biogaz sont principalement :
le lavage à l'eau réalisé dans des tours à garnissages pouvant être relativement hautes et encombrantes en particulier pour des petites installations à la ferme, le lavage aux aminés, technologie proche du lavage à l'eau mais mettant en œuvre des aminés en phase liquide permettant d'améliorer l'efficacité de transfert du CO2, - l'adsorption du CO2 sur support en lit fixe sous pression ou l'adsorption modulée en pression (de l'anglais « Pressure Swing Adsorption »), les technologies membranaires permettant de séparer le méthane et le CO2, cette technologie présentant l'avantage de ne nécessiter aucun réactif chimique mais requérant néanmoins un prétraitement du sulfure d'hydrogène (H2S) en amont des membranes afin de les protéger,
- l'épuration cryogénique, qui est peu utilisée pour traiter les biogaz en raison des coûts d'investissement et de fonctionnement élevés.
Les procédés de décarbonatation classiques tels que les traitements membranaires, les lavages à l'eau ou aux aminés ou encore les procédés d'adsorption sont relativement efficaces pour épurer le biogaz, mais coûteux en termes d'investissement et d'exploitation. Dans le contexte de l'épuration du biogaz à petit débit, les principaux inconvénients des solutions classiques sont les suivants :
les lavages à l'eau et aux aminés mettent en œuvre des colonnes pouvant nécessiter une hauteur et une emprise au sol importante, les garnissages structurés ou en vrac présents dans ces colonnes s'encrassent avec le temps et leur entretien n'est pas aisé, leur remplacement à terme représente un coût non négligeable et nécessite l'arrêt complet de l'installation pour la maintenance,
le lavage aux aminés requiert une consommation d'énergie élevée pour régénérer les aminés en continu dans un bouilleur dont la température est portée à plus de 120°C, de plus, ces points chauds peuvent présenter un risque pour l'agent exploitant, - les technologies membranaires relativement récentes présentent l'avantage de ne mettre en œuvre aucun réactif, le remplacement à terme des modules membranaires représentant néanmoins un coût important pour les producteurs de biogaz, l'épuration cryogénique est une technique de traitement du biogaz dont les coûts d'investissement et d'exploitation sont élevés en particulier pour les petits débits de biogaz issus d'une méthanisation à la ferme,
l'épuration cryogénique est une technique sensible et relativement délicate à exploiter.
Enfin, ces technologies présentent les inconvénients communs suivants :
leur exploitation directe par un agriculteur ou un éleveur n'est pas aisée car ces procédés relativement complexes exigent des compétences techniques particulières et
elles ne permettent pas un piégeage et une récupération du gaz CO2 afin de limiter son émission dans l'atmosphère. OBJET DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de décarbonatation de biogaz, qui comporte :
une première cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
- une première partie comportant :
une entrée pour biogaz dans le liquide,
une entrée pour le liquide et
une paroi de débordement du liquide vers une deuxième partie, la deuxième partie comportant :
- un moyen de collecte de carbonate de calcium et
une sortie pour le liquide configurée pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé,
une deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une entrée pour liquide libéré par la première cuve,
une sortie pour biogaz décarbonaté et
une sortie pour le liquide,
une conduite de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve,
un capteur du pH du liquide et
un moyen de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
Ce dispositif met en œuvre une réaction de décarbonatation du biogaz par neutralisation en phase liquide par la chaux Ca(OH)2. Ce dispositif est simple de conception et peut être aisément exploitée par un producteur de biogaz.
Le principe chimique de décarbonatation en phase liquide par la chaux est une solution fiable et performante. Ce principe autorise aussi une solution économique tant sur l'investissement que sur les coûts d'exploitation. En effet, la technique proposée n'utilise qu'un seul réactif basique, la chaux Ca(OH)2 dont le coût d'achat en quantité industrielle s'élève environ à cent euros la tonne. En outre, sur le plan sécurité, le dispositif ne présente aucun point chaud.
Le dispositif présente aussi l'avantage de piéger la totalité du CO2 sous la forme de carbonate de calcium solide et stabilisé (CaCC ). Ce matériau inerte ne présente aucun risque sanitaire et peut être valorisé localement en compostage agricole avec les incuits de chaux pour stabiliser le pH des sols acides par exemple, ou encore apporter aux sols une source supplémentaire de calcium et de carbone inorganique. Le carbonate de calcium résiduel peut aussi être valorisé dans la construction locale en tant que remblai ou sous la forme d'enduit à la chaux.
Enfin, la recirculation du liquide et la régulation du pH permettent au dispositif d'être automatiquement régulé sans intervention humaine.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une cuve intermédiaire, sur le chemin du liquide, en aval de la première cuve et en amont de la deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
- une entrée pour liquide libéré par la première cuve,
une entrée pour biogaz,
une sortie pour biogaz décarbonaté et
une sortie pour le liquide vers la deuxième cuve.
Ces modes de réalisation permettent d'améliorer la pureté du biogaz décarbonaté en sortie du dispositif.
Dans des modes de réalisation, la première cuve comporte une sortie pour biogaz décarbonaté.
Ces modes de réalisation permettent une extraction, de la première cuve, du biogaz décarbonaté.
Dans des modes de réalisation, au moins une sortie pour biogaz décarbonaté comporte une dérivation pour biogaz relié à une entrée pour biogaz d'au moins une cuve.
Ces modes de réalisation permettent une recirculation du gaz sorti du dispositif vers au moins une cuve de manière à en améliorer la pureté.
Dans des modes de réalisation, au moins une sortie pour biogaz décarbonaté comporte un moyen de mesure d'une quantité de dioxyde de carbone dans le biogaz sorti de la cuve associée à ladite sortie, l'alimentation en biogaz de la dérivation associée à ladite sortie étant commandée en fonction de la quantité de dioxyde de carbone mesurée.
Ces modes de réalisation permettent une régulation de la qualité de la décarbonatation réalisée par le dispositif.
Dans des modes de réalisation, l'entrée pour biogaz est configurée pour injecter le biogaz dans la première cuve à une vitesse comprise entre cinq et soixante mètres par seconde.
Ces modes de réalisation évitent l'entartrage de l'entrée pour biogaz, un tel entartrage pouvant endommager ou désactiver le dispositif.
Dans des modes de réalisation, le liquide est de l'eau de chaux. Ces modes de réalisation permettent au liquide de ne présenter aucune particule solide.
Dans des modes de réalisation, le liquide est du lait de chaux.
Ces modes de réalisation permettent une réalisation simplifiée du liquide.
Dans des modes de réalisation, le volume de rétention maximum de la première cuve est déterminé par une paroi de débordement présentant une hauteur prédéterminée, le débordement du liquide étant effectué vers la deuxième cuve.
Ces modes de réalisation permettent une évacuation du biogaz décarbonaté par la surface du liquide délimitée par la hauteur maximum de remplissage de la cuve définie par la hauteur de la paroi de débordement. De cette manière, la sortie du biogaz décarbonaté du dispositif ne nécessite aucun appareillage d'extraction spécifique autre qu'un orifice de sortie positionné au-dessus de la surface du liquide.
Dans des modes de réalisation, la première et/ou la deuxième cuve comporte un moyen de collecte de carbonate de calcium positionné sur une partie inférieure de ladite cuve.
Ces modes de réalisation permettent, d'une part, une valorisation du carbonate de calcium formé à l'extérieur du dispositif et, d'autre part, d'éviter le remplissage du dispositif en carbonate de calcium.
Dans des modes de réalisation, la première cuve comporte :
- une première partie comportant :
l'entrée pour biogaz dans le liquide,
l'entrée pour le liquide et
une paroi de débordement du liquide vers une deuxième partie, la deuxième partie comportant :
- un moyen de collecte de carbonate de calcium et
la sortie pour le liquide.
Ces modes de réalisation permettent de maximiser, pour une surface au sol minimale du dispositif, le chemin parcouru par le biogaz dans la première cuve pour réaliser une décarbonatation optimale de ce biogaz.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte : une entrée supplémentaire pour le liquide positionnée sur une partie inférieure de la première partie de la première cuve,
un moyen d'ouverture/fermeture de l'entrée de liquide et
un moyen d'ouverture/fermeture de l'entrée supplémentaire de liquide. Ces modes de réalisation permettent l'ajout d'eau dans le liquide entrant par l'entrée pour liquide tandis que l'entrée supplémentaire pour liquide fournit le liquide recirculé à la première cuve.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de prévention de l'entartrage comportant :
un moyen d'inhibition du moyen de fourniture de chaux et
- un moyen de commande d'injection d'eau et de biogaz dans la première cuve.
Ces modes de réalisation permettent d'assurer la dissolution par le CO2 de toutes les particules de chaux accumulées dans les équipements.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de décarbonatation de biogaz, qui comporte :
une étape d'entrée de liquide dans une première partie d'une première cuve, une étape d'entrée de biogaz dans le liquide dans la première partie de la première cuve,
- une étape de débordement du liquide vers une deuxième partie de la première cuve, une étape de collecte de carbonate de calcium dans la deuxième partie de la première cuve,
une étape de sortie du liquide, de la deuxième partie de la première cuve, pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé,
une étape d'entrée, dans une deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, pour le liquide libéré par la première cuve, une étape de sortie pour biogaz décarbonaté,
une étape de sortie pour le liquide,
- une étape de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve, une étape de capture du pH du liquide et
une étape de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé de décarbonatation de biogaz objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
- la figure 2 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
la figure 3 représente, schématiquement et sous forme d'un logigramme, une succession d'étapes particulière du procédé objet de la présente invention et la figure 4 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention.
DESCRIPTION D'EXEMPLES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle.
Le biogaz décrit ci-dessous peut être de type :
- bio-SNG,
bio-syngaz ou
- biogaz issu de la méthanisation de composés organiques
et plus généralement tout gaz contenant du dioxyde de carbone.
On observe, sur la figure 1 , qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique d'un mode de réalisation du dispositif 10 objet de la présente invention. Ce dispositif 10 de décarbonatation de biogaz, comporte :
- une première cuve 105, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une entrée 1 10 pour le liquide,
une entrée 1 15 pour biogaz dans le liquide et
une sortie 120 pour le liquide configurée pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve 105 est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé,
une deuxième cuve 125 pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une entrée 130 pour liquide libéré par la première cuve 105,
- une sortie 135 pour biogaz décarbonaté et
une sortie 140 pour le liquide, une conduite 145 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve 125 vers la première cuve 105,
un moyen 146 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve 125 vers la première cuve 105,
- un capteur 150 du pH du liquide et
un moyen 155 de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
Le liquide mis en œuvre par le dispositif 10 est, par exemple, du lait de chaux. Le lait de chaux est une eau sursaturée en chaux présentant des particules solides.
La chaux fournie par le moyen 155 de fourniture de chaux est :
de la chaux solide,
de l'eau de chaux ou
du lait de chaux.
Dans des variantes, le dispositif 10 comporte un moyen de préparation d'eau de chaux et/ou de lait de chaux configuré pour alimenter le moyen 155 de fourniture de chaux. Ce moyen de préparation, non représenté, est par exemple un réservoir de mélange d'eau et de chaux solide, la quantité de chaux solide insérée dans le réservoir en fonction du pH du liquide capté.
Dans d'autres modes de réalisation, le liquide est de l'eau de chaux. L'eau de chaux est saturée en chaux au seuil de solubilité de Ca(OH)2 et ne présente donc aucune particule solide. L'eau de chaux est le surnageant obtenu après saturation et décantation du lait de chaux.
La première cuve 105 est, par exemple, un volume clos et étanche configuré pour retenir un volume de liquide prédéterminé. Cette première cuve 105 est formée, en figure 1 , d'une base et de parois latérales entourant la base de sorte à définir le volume de la cuve 105.
La première cuve 105 agit comme un compartiment de décarbonatation du biogaz par une neutralisation du CO2 en phase aqueuse. La décarbonatation est réalisée par mise en contact du biogaz avec une eau saturée en chaux ou encore un lait de chaux.
Le dioxyde de carbone contenu dans le biogaz passe de la phase gazeuse vers la phase aqueuse basique par un mécanisme de transfert classique. Les ions hydroxydes (OH- ) apportés par la chaux permettent de neutraliser le CO2 dissous en formant les ions hydrogénocarbonates et bicarbonates en solution. Les réactions chimiques impliquées dans la solubilisation du C02 et de sa neutralisation sont représentées par les équilibres acido- basiques suivants :
C02(aq)
Figure imgf000011_0001
OH" +H2CO3 HC0-3(aq)+ H20
HC0-3(aq)+0H- C02"3+ H20
C02"3(aq)+Ca2+ CaCÛ3 (solide) en milieu fortement basique (pH>1 1 ), conditions rencontrées dans l'eau de chaux et le lait de chaux.
Les ions carbonates et hydrogénocarbonates provenant de la solubilisation et neutralisation du CO2 dans les eaux basiques précipitent sous forme de carbonate de calcium CaCC récupérable.
Cette neutralisation par la chaux a aussi pour effet d'éliminer dans une certaine mesure le sulfure d'hydrogène présent dans le biogaz.
Figure imgf000011_0002
Des précipités de souffre sont donc susceptibles de se former permettant donc d'éliminer tout ou partie des traces de gaz H2S présent dans le biogaz.
Le dispositif 10 constitue un réacteur pour les mécanismes chimiques décrits ci- dessus. Ce dispositif 10 permet de mettre en contact le biogaz et la solution d'eau saturée en chaux. Après cette phase de contact, un biogaz épuré est obtenu et une phase de décantation des eaux permet de récupérer les particules solides de carbonate de calcium et d'incuits de chaux en partie basse du dispositif 10.
L'entrée 1 10 pour liquide est, par exemple, une conduite étanche connectée à une vanne d'injection de liquide dans la première cuve 105. Cette entrée 1 10 pour liquide est préférentiellement positionnée sur une partie basse d'une paroi, c'est à dire proche de la partie inférieure de la première cuve 105.
Lorsque la première cuve 105 est vide, le liquide entrant dans la première cuve 105 remplit cette première cuve 105 jusqu'à ce que le volume de rétention maximum prédéterminé soit atteint par le volume de liquide dans la première cuve 105.
L'entrée 1 15 pour biogaz est, par exemple, formée de plusieurs colonnes d'injection creuses munies d'orifices permettant l'injection de biogaz dans le liquide lorsque le liquide remplit la première cuve 105.
Dans des modes de réalisation préférentiels, l'entrée 1 15 pour biogaz est configurée pour injecter le biogaz dans la première cuve 105 à une vitesse comprise entre cinq et soixante mètres par seconde.
Cette vitesse est atteinte, par exemple, pour un débit d'injection nominal de biogaz dans une conduite fournissant le biogaz à l'entrée 1 15, par le dimensionnement d'orifices, dans au moins une colonne, pour que la vitesse du biogaz au niveau de ces orifices soit comprise entre cinq et soixante mètres par seconde. Si le débit de biogaz est variable, le dimensionnement des orifices est réalisé en fonction du débit le plus faible de fonctionnement du dispositif 10.
Dans des variantes, le biogaz est stocké dans un réservoir (non représenté) positionné en amont de l'entrée 1 15 pour biogaz de manière à ce que le biogaz fourni à l'entrée 1 15 pour biogaz présente une pression déterminée par la pression à l'intérieur du réservoir. Ce réservoir peut également comporter un moyen de pressurisation du biogaz, tel une pompe par exemple.
Une fois le volume de rétention maximum atteint par le volume de liquide dans la première cuve 105, le liquide sort de la première cuve 105 par la sortie 120 de liquide. La sortie 120 est, par exemple, une conduite reliant la première cuve 105 à la deuxième cuve 125. Cette conduite peut être bloquée, dans des variantes, par une vanne par exemple.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le volume de rétention maximum de la première cuve 105 est déterminé par une paroi 160 de débordement présentant une hauteur prédéterminée, le débordement du liquide étant effectué vers la deuxième cuve 125 par surverse.
Cette paroi 160 de débordement est l'une des parois constituant la périphérie, par rapport à la base de la première cuve 105. Cette paroi 160 présente une hauteur inférieure à la hauteur de positionnement d'un plafond de cuve de sorte que le volume maximum de liquide dans la première cuve 105 soit inférieur au volume total de la première cuve 105.
De cette manière, le biogaz sort du liquide pour remplir un volume de la première cuve 105 au-dessus de la surface du liquide.
Dans des modes de réalisation, tels que celui représenté en figure 2, le dimensionnement de ce volume pour biogaz est configuré pour que le biogaz soit entraîné par le liquide vers la deuxième cuve.
Dans des variantes préférentielles, la paroi 160 de débordement présente une hauteur configurée pour que la zone de débordement, correspondant à la sortie 120 pour liquide, soit à une extrémité haute de la hauteur des parois, au contact du plafond.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tels que celui représenté en figure 1 , la première cuve 105 comporte un moyen 165 de collecte de carbonate de calcium positionné sur une partie inférieure de ladite cuve 105. Ce moyen de collecte 165 vise également à la collecte d'incuits de chaux.
Ce moyen de collecte 165 est, par exemple, formé d'une conduite dont une entrée est positionnée à l'extrémité basse d'un entonnoir de décantation formant la base de la première cuve 105.
Cette conduite comporte également une vanne qui, en position ouverte, provoque l'évacuation par gravité du carbonate de calcium se trouvant dans l'entonnoir de décantation. La deuxième cuve 125 est, par exemple, un volume configuré pour retenir un volume de liquide prédéterminé. Cette deuxième cuve 125 est formée, en figure 1 , d'une partie inférieure et de parois latérales entourant la partie inférieure de sorte à définir le volume prédéterminé de rétention maximum de la cuve 125.
Cette deuxième cuve 125 comporte l'entrée 130 pour liquide libéré par la première cuve 105. Cette entrée 130 est, par exemple, une conduite reliant la première cuve 105 à la deuxième cuve 125.
Préférentiellement, cette deuxième cuve 125 comporte des lamelles (non représentées) immergées permettant d'accélérer la décantation des particules solides. De telles lamelles sont illustrées en figure 2.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tels que celui représenté en figure 1 , l'entrée 130 est formée par l'ouverture résultant de la hauteur de la paroi de débordement 160 de la première cuve 105. Préférentiellement, cette paroi de débordement 160 forme une des parois de la deuxième cuve 125.
La sortie 135 pour biogaz décarbonaté est, par exemple, une conduite positionnée au-dessus de la surface du liquide lorsque ce liquide remplit le volume de rétention maximal de la deuxième cuve 125.
La sortie 140 pour le liquide est, par exemple, une conduite positionnée sur une paroi de la deuxième cuve 125 définissant le volume de rétention maximum prédéterminé en fonction du positionnement de cette conduite.
Dans des modes de réalisation préférentiels, la sortie 140 est réalisée par une paroi de débordement dont l'extrémité supérieure est positionnée à une hauteur inférieure de la hauteur de l'entrée 130 pour liquide. Le liquide débordant de la paroi de débordement pénètre dans la conduite 145 de recirculation.
Cette paroi de débordement est l'une des parois constituant la périphérie, par rapport à la partie inférieure, ou base, de la deuxième cuve 125. Cette paroi présente une hauteur inférieure à la hauteur de positionnement d'un plafond de cuve de sorte que le volume maximum de liquide dans la deuxième cuve 125 soit inférieur au volume total de la deuxième cuve 125.
De cette manière, le biogaz sort du liquide pour remplir un volume de la deuxième cuve 125 au-dessus de la surface du liquide et sort par la sortie 135 pour biogaz.
La conduite 145 de recirculation est, par exemple, une conduite étanche reliant la sortie 140 pour liquide de la deuxième cuve 125 à l'entrée pour liquide 1 10 de la première cuve 105.
Le moyen 146 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve 125 vers la première cuve 105, est, par exemple, une pompe. Dans des variantes, la conduite 145 comporte une sortie 147 permettant de renvoyer les eaux recirculées vers le même point de sortie que les solides décantés et incuits de chaux collectés par un moyen de collecte, 165 et/ou 170. Ces solides décantés, incuits de chaux et eaux recirculées sorties du dispositif 10 peuvent être traitées en aval.
Le capteur 150 du pH du liquide est, par exemple, une sonde de pH positionnée dans la première cuve 105, dans la deuxième cuve 125 ou dans la conduite de recirculation 145.
Le moyen de fourniture 155 de chaux est, par exemple, un dispensaire automatique de chaux sous forme de poudre ou sous forme liquide comportant une ouverture pour dispenser la chaux dans le liquide. Cette ouverture est commandée par un circuit électronique de commande, une telle commande étant émise lorsque le pH capté est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée. La valeur de pH de consigne est préférentiellement supérieure à 12.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tels que celui représenté en figure 1 , la deuxième cuve 125 comporte un moyen 170 de collecte de carbonate de calcium positionné sur une partie inférieure de ladite cuve 125. Ce moyen de collecte 170 vise également à la collecte d'incuits de chaux.
Ce moyen de collecte 170 est, par exemple, formé d'une conduite dont une entrée est positionnée à l'extrémité basse d'un entonnoir de décantation formant la base de la deuxième cuve 125.
Cette conduite comporte également une vanne qui, en position ouverte, provoque l'évacuation gravitaire du carbonate de calcium positionné dans l'entonnoir de décantation.
Dans des modes de réalisation préférentiels, chaque vanne d'évacuation d'un moyen de collecte, 165 ou 170, est actionnée automatiquement et de manière périodique selon une période prédéterminée ou déterminée par un utilisateur.
On observe, sur la figure 2, qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique d'un mode de réalisation du dispositif 20 objet de la présente invention. Ce dispositif 20 de décarbonatation de biogaz, comporte :
une première cuve 205, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
- une entrée 210 pour le liquide,
une entrée 215 pour biogaz dans le liquide et
une sortie 220 pour le liquide configurée pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve 205 est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé,
- une deuxième cuve 225 pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant : une entrée 230 pour liquide libéré par la première cuve 205, une sortie 235 pour biogaz décarbonaté et
une sortie 240 pour le liquide,
une conduite 245 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve 225 vers la première cuve 205,
un capteur 250 du pH du liquide et
un moyen 255 de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
Le liquide mis en œuvre par le dispositif 20 est, par exemple, du lait de chaux. Le lait de chaux est une eau sursaturée en chaux présentant des particules solides.
La chaux fournie par le moyen 255 de fourniture de chaux est :
de la chaux solide,
de l'eau de chaux ou
du lait de chaux.
Dans des variantes, le dispositif 20 comporte un moyen de préparation d'eau de chaux et/ou de lait de chaux configuré pour alimenter le moyen 255 de fourniture de chaux. Ce moyen de préparation, non représenté, est par exemple un réservoir de mélange d'eau et de chaux solide, la quantité de chaux solide insérée dans le réservoir en fonction du pH du liquide capté.
Dans d'autres modes de réalisation, le liquide est de l'eau de chaux. L'eau de chaux est saturée en chaux au seuil de solubilité de Ca(OH)2 et ne présente donc aucune particule solide. L'eau de chaux est le surnageant obtenu après saturation et décantation du lait de chaux.
La première cuve 205 est, par exemple, un volume clos et étanche configuré pour retenir un volume de liquide prédéterminé. Cette première cuve 205 remplit la même fonction que la première cuve 105 décrite en regard de la figure 1 .
Dans des modes de réalisation préférentiels, tels que celui représenté en regard de la figure 2, la première cuve 205 comporte :
une première partie 275, dite première chambre de contact, comportant :
l'entrée 215 pour biogaz dans le liquide,
l'entrée 210 pour le liquide et
une paroi 280 de débordement du liquide vers une deuxième partie 285, la deuxième partie 285, dite deuxième chambre de contact, comportant :
un moyen 265 de collecte de carbonate de calcium et
la sortie 220 pour le liquide. La première partie 275 est, par exemple, un volume pour recevoir le liquide et le biogaz. Une des parois 280 latérales formant, conjointement avec une base et un plafond, le volume, est dite « à débordement », c'est à dire que la hauteur de cette paroi 280 par rapport à la base est inférieure à la hauteur maximum du volume formant la première partie. De cette manière, une fois que le liquide atteint le point de hauteur maximum de la paroi 280 de débordement, le liquide est déversé dans la deuxième partie 185 par surverse.
La deuxième partie 285 est, par exemple, un volume pour recevoir le liquide et le biogaz formé par des parois latérales, une base et un plafond.
Préférentiellement, cette deuxième partie 285 comporte une paroi qui s'étend depuis le plafond vers la base et qui présente une largeur telle que, sur la hauteur d'extension de cette paroi, la paroi s'étende d'un bord à l'autre de la deuxième partie 285. De cette manière cette paroi agit comme obstacle pour le flux de liquide qui est contraint de contourner cette paroi. Ainsi, le chemin parcouru par le liquide et le biogaz est augmenté, ce qui améliore le temps de transfert du dioxyde de carbone vers la solution aqueuse de chaux.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 20 comporte :
une entrée 290 supplémentaire pour le liquide positionnée sur une partie inférieure de la première partie de la première cuve,
un moyen 295 d'ouverture/fermeture de l'entrée de liquide et
un moyen 300 d'ouverture/fermeture de l'entrée supplémentaire de liquide.
L'entrée 210 pour liquide est, par exemple, une conduite étanche connectée à une vanne d'injection de liquide dans la première cuve 205, cette vanne d'injection agissant comme moyen d'ouverture/fermeture 295. L'entrée 210 est reliée à la conduite 245 de recirculation.
L'entrée 290 supplémentaire pour le liquide est, par exemple, une conduite étanche connectée à une vanne d'injection de liquide dans la première cuve 205, cette vanne d'injection agissant comme moyen d'ouverture/fermeture 300. L'entrée 290 supplémentaire est reliée à la conduite 245 de recirculation par une dérivation.
Préférentiellement, une conduite 320 d'injection d'eau est positionnée entre la dérivation fournissant l'entrée 290 supplémentaire et l'entrée 210 pour liquide. Cette conduite 320 d'injection d'eau agit comme une entrée d'eau du dispositif, cette eau peut être potable et permet l'appoint d'eau dans le circuit. Cette eau permet aussi le nettoyage interne du système lors des arrêts maintenance. Cette conduite d'injection d'eau 320 comporte une vanne d'ouverture/fermeture commandée par un circuit électronique de commande ou par un flotteur à poire de niveau. Lorsque la première cuve 205 est vide, le liquide entrant dans la première cuve 205 remplit cette première cuve 205 jusqu'à ce que le volume de rétention maximum prédéterminé soit atteint par le volume de liquide dans la première cuve 205.
L'entrée 215 pour biogaz est, par exemple, formée de plusieurs colonnes d'injection creuses munies d'orifices permettant l'injection de biogaz dans le liquide lorsque le liquide remplit la première cuve 205.
Dans des modes de réalisation préférentiels, l'entrée 215 pour biogaz est configurée pour injecter le biogaz dans la première cuve 205 à une vitesse comprise entre cinq et soixante mètres par seconde.
Cette vitesse est atteinte, par exemple, pour un débit d'injection nominal de biogaz dans une conduite fournissant le biogaz à l'entrée 215, par le dimensionnement d'orifices, dans au moins une colonne, pour que la vitesse du biogaz au niveau de ces orifices soit comprise entre cinq et soixante mètres par seconde.
Si le débit de biogaz est variable, le dimensionnement des orifices est réalisé en fonction du débit le plus faible de fonctionnement du dispositif 20.
Dans des variantes, le biogaz est stocké dans un réservoir (non représenté) positionné en amont de l'entrée 215 pour biogaz de manière à ce que le biogaz fourni à l'entrée 215 pour biogaz présente une pression déterminée par la pression à l'intérieur du réservoir. Ce réservoir peut également comporter un moyen de pressurisation du biogaz, tel une pompe par exemple.
Une fois le volume de rétention maximum atteint par le volume de liquide dans la première cuve 205, le liquide sort de la première cuve 205 par la sortie 220 de liquide. La sortie 220 est, par exemple, une conduite reliant la première cuve 205 à la deuxième cuve 225. Cette conduite peut être bloquée, dans des variantes, par une vanne par exemple.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le volume de rétention maximum de la première cuve 205 est déterminé par une paroi 260 de débordement présentant une hauteur prédéterminée, le débordement du liquide étant effectué vers la deuxième cuve 225.
Cette paroi 260 de débordement est l'une des parois constituant la périphérie, par rapport à la partie inférieure, ou base, de la première cuve 205. Cette paroi 260 présente une hauteur inférieure à la hauteur de positionnement d'un plafond de cuve de sorte que le volume maximum de liquide dans la première cuve 205 soit inférieur au volume total de la première cuve 205.
De cette manière, le biogaz sort du liquide pour remplir un volume de la première cuve 205 non rempli par le liquide et positionné en hauteur par rapport à la surface du liquide. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 2, le dimensionnement de ce volume pour biogaz est configuré pour que le biogaz soit entraîné par le liquide vers la deuxième cuve 225.
Dans des variantes préférentielles, la paroi 260 de débordement présente une hauteur configurée pour que la zone de débordement, correspondant à la sortie 220 pour liquide, soit à une extrémité haute de la hauteur des parois, au contact du plafond.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 2, la première cuve 205 comporte un moyen 265 de collecte de carbonate de calcium positionné sur une partie inférieure de ladite cuve 205. Ce moyen de collecte 265 vise également à la collecte d'incuits de chaux.
Ce moyen de collecte 265 est, par exemple, formé d'une conduite dont une entrée est positionnée à l'extrémité basse d'un entonnoir de décantation formant la base de la première cuve 205.
Cette conduite comporte également une vanne qui, en position ouverte, provoque l'évacuation gravitaire du carbonate de calcium positionné dans l'entonnoir de décantation.
La deuxième cuve 225 est, par exemple, un volume configuré pour retenir un volume de liquide prédéterminé. Cette deuxième cuve 225 est formée, en figure 2, d'une partie inférieure et de parois latérales entourant la partie inférieure de sorte à définir le volume prédéterminé de rétention maximum de la cuve 225.
Cette deuxième cuve 225 comporte l'entrée 230 pour liquide libéré par la première cuve 205. Cette entrée 230 est, par exemple, une conduite reliant la première cuve 205 à la deuxième cuve 225.
Préférentiellement, cette deuxième cuve 225 comporte des lamelles 226 immergées permettant d'accélérer la décantation des particules solides.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 2, l'entrée 230 est formée par l'ouverture résultant de la hauteur de la paroi de débordement 260 de la première cuve 205. Préférentiellement, cette paroi de débordement 260 forme une des parois de la deuxième cuve 225.
La sortie 235 pour biogaz décarbonaté est, par exemple, une conduite positionnée au-dessus de la surface du liquide lorsque ce liquide remplit le volume de rétention maximal de la deuxième cuve 225.
La sortie 240 pour le liquide est, par exemple, une conduite positionnée sur une paroi de la deuxième cuve 225 définissant le volume de rétention maximum prédéterminé en fonction du positionnement de cette conduite.
Dans des modes de réalisation préférentiels, la sortie 240 est réalisée par une paroi de débordement dont l'extrémité supérieure est positionnée à une hauteur inférieure de la hauteur de l'entrée 230 pour liquide. Le liquide débordant de la paroi de débordement pénètre dans la conduite 245 de recirculation.
Cette paroi de débordement est l'une des parois constituant la périphérie, par rapport à la partie inférieure, ou base, de la deuxième cuve 225. Cette paroi présente une hauteur inférieure à la hauteur de positionnement d'un plafond de cuve de sorte que le volume maximum de liquide dans la deuxième cuve 225 soit inférieur au volume total de la deuxième cuve 225.
De cette manière, le biogaz sort du liquide pour remplir un volume de la deuxième cuve 225 non rempli par le liquide et positionné en hauteur par rapport à la surface du liquide et sort par la sortie 235 pour biogaz.
La conduite 245 de recirculation est, par exemple, une conduite étanche reliant la sortie 240 pour liquide de la deuxième cuve 225 à l'entrée pour liquide 210 de la première cuve 205.
Le moyen 246 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve 225 vers la première cuve 205, est, par exemple, une pompe.
Dans des variantes, la conduite 245 comporte une sortie 247 permettant de renvoyer les eaux recirculées vers le même point de sortie que les solides décantés et incuits de chaux collectés par un moyen de collecte, 265 et/ou 270. Ces solides décantés, incuits de chaux et eaux recirculées sorties du dispositif 20 peuvent être traitées en aval.
Dans des variantes, le dispositif 20 comporte un moyen d'injection de biogaz dans la conduite 245 de recirculation pour acidifier l'eau de chaux recirculée.
Le capteur 250 du pH du liquide est, par exemple, une sonde de pH positionnée dans la première cuve 205, dans la deuxième cuve 225 ou dans la conduite de recirculation 245.
Le moyen de fourniture 255 de chaux est, par exemple, un dispensaire automatique de chaux sous forme de poudre comportant une ouverture pour dispenser la chaux dans le liquide. Cette ouverture est commandée par un circuit électronique de commande, une telle commande étant émise lorsque le pH capté est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée. La valeur de pH de consigne est préférentiellement supérieure à douze.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 2, la deuxième cuve 225 comporte un moyen 270 de collecte de carbonate de calcium positionné sur une partie inférieure de ladite cuve 225. Ce moyen de collecte 270 vise également à la collecte d'incuits de chaux.
Ce moyen de collecte 270 est, par exemple, formé d'une conduite dont une entrée est positionnée à l'extrémité basse d'un entonnoir de décantation formant la base de la deuxième cuve 225. Cette conduite comporte également une vanne qui, en position ouverte, provoque l'évacuation gravitaire du carbonate de calcium positionné dans l'entonnoir de décantation.
Dans des modes de réalisation préférentiels, chaque vanne d'évacuation d'un moyen de collecte, 265 ou 270, est actionnée automatiquement et de manière périodique selon une période prédéterminée ou déterminée par un utilisateur ou encore par une mesure de niveau de solides.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 20 comporte un moyen 305 de prévention de l'entartrage comportant :
un moyen 310 d'inhibition du moyen 255 de fourniture de chaux et
- un moyen 315 de commande d'injection d'eau et de biogaz dans la première cuve
205.
Le moyen de prévention 305 est, par exemple, un circuit électronique de commande qui émet périodiquement une commande de désentartrage du dispositif 20. Lorsqu'une telle commande est émise, un circuit électronique de commande, formant moyen d'inhibition 310, empêche au moyen de fourniture 255 de fournir de la chaux au liquide en circulation dans le dispositif 20. Puis, un circuit électronique de commande, formant moyen de commande 315 d'injection, commande l'injection d'eau à la conduite d'injection d'eau 320 par ouverture de la vanne d'ouverture/fermeture fixée à cette conduite 320.
Le désentartrage est réalisé par rinçage des équipements à l'eau carbonatée, c'est à dire de l'eau saturée en biogaz, sans ajout de chaux. Cette phase de nettoyage préventif peut être automatisée à une fréquence quotidienne et ne nécessite alors aucune intervention de l'utilisateur. Ce nettoyage vise à assurer la dissolution par le CO2 de toutes les particules de chaux accumulées dans le dispositif 20. Le rinçage régulier ne nécessite aucun réactif particulier si ce n'est ceux déjà mis en œuvre par le dispositif 20.
On observe, sur la figure 3, un logigramme d'étapes particulier du procédé 30 objet de la présente invention. Ce procédé 30 de décarbonatation de biogaz comporte :
une étape 405 d'entrée de liquide dans une première partie d'une première cuve, une étape 410 d'entrée de biogaz dans le liquide dans la première partie de la première cuve,
- une étape 41 1 de débordement du liquide vers une deuxième partie de la première cuve,
une étape 412 de collecte de carbonate de calcium dans la deuxième partie de la première cuve,
une étape 415 de sortie du liquide, de la deuxième partie de la première cuve, pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé, une étape 420 d'entrée, dans une deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, pour le liquide libéré par la première cuve, une étape 425 de sortie pour biogaz décarbonaté,
une étape 430 de sortie pour le liquide,
- une étape 435 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve,
une étape 440 de capture du pH du liquide et
une étape 445 de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
Ce procédé 30 est mis en œuvre, par exemple, par l'un des dispositifs, 10 ou 20, décrits en regard des figures 1 ou 2.
On observe, sur la figure 4, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif 40 objet de la présente invention. Ce dispositif 40 de décarbonatation de biogaz, comporte :
- une première cuve 510, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une entrée 505 pour le liquide,
une entrée 570 pour biogaz dans le liquide et
une sortie 51 1 pour le liquide configurée pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé,
une cuve (515) intermédiaire, sur le chemin du liquide, en aval de la première cuve et en amont de la deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
- une entrée (516) pour liquide libéré par la première cuve (510),
une entrée (575) pour biogaz,
une sortie (550) pour biogaz décarbonaté et
une sortie (517) pour le liquide vers la deuxième cuve (520),
une deuxième cuve 520, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une entrée 521 pour liquide libéré par la cuve intermédiaire,
une sortie 585 pour biogaz décarbonaté et
une sortie 522 pour le liquide,
une conduite 525 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve, un moyen 546 de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve,
un capteur 526 du pH du liquide et
un moyen 560 de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 4, la première cuve 510 comporte une sortie 545 pour biogaz décarbonaté.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 4, au moins une sortie, 545, 550 et/ou 585, pour biogaz décarbonaté comporte une dérivation, 535 et/ou 540, pour biogaz relié à une entrée, 570, 575 et/ou 580, pour biogaz d'au moins une cuve, 510, 515 et/ou 520.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 4, au moins une sortie, 545 et/ou 550, pour biogaz décarbonaté comporte un moyen, 547 et/ou 548, de mesure d'une quantité de dioxyde de carbone dans le biogaz sorti de la cuve, 510 et/ou 515, associée à ladite sortie, l'alimentation en biogaz de la dérivation associée à ladite sortie étant commandée en fonction de la quantité de dioxyde de carbone mesurée.
Comme on le comprend, ce dispositif 30 de décarbonatation d'un gaz comporte trois cuves, 510, 515 et 520, surnommées chambres de contact.
La première cuve 510 comporte :
- une entrée 505 pour eau,
une entrée 565 pour liquide recirculé,
une entrée 570 pour biogaz configurée pour que le biogaz soit diffusé dans le liquide contenu dans la cuve 510,
une sortie 545 pour biogaz décarbonaté positionnée hors du liquide contenu dans la cuve 510,
une sortie 51 1 pour liquide vers la cuve 515 intermédiaire et
une sortie pour solides décantés et incuits positionnée à la base de la cuve 510. L'entrée 570 pour biogaz est alimentée en biogaz par une conduite 530 d'arrivée de biogaz et par une conduite 535 de recirculation de tout ou partie du biogaz sorti par la sortie 545 pour biogaz décarbonaté ou par une sortie 550 pour biogaz décarbonaté de la deuxième cuve 515.
Cette conduite 535 de recirculation peut comporter un mécanisme d'ouverture/fermeture automatique ou manuel.
Cette conduite 535 de recirculation peut comporter un moyen de recirculation, telle une pompe par exemple, du biogaz décarbonaté dans la conduite 535. La sortie pour liquide vers la cuve 515 intermédiaire est formée par une paroi latérale de la première cuve 510 dont la hauteur, par rapport à la base de la cuve 510 est inférieure à la hauteur totale de la cuve 510. Ainsi, le volume maximal de liquide dans la cuve est déterminé par la hauteur de la paroi latérale de telle manière que tout volume excédentaire est déversé par surverse dans la cuve 515 intermédiaire.
La cuve 515 intermédiaire comporte :
une entrée pour liquide sorti de la première cuve 510,
une entrée 575 pour biogaz configurée pour que le biogaz soit diffusé dans le liquide contenu dans la cuve 515 intermédiaire,
- une sortie 550 pour biogaz décarbonaté positionnée hors du liquide contenu dans la cuve 515 intermédiaire,
une sortie 517 pour liquide vers la deuxième cuve 520 et
une sortie pour solides décantés et incuits positionnée à la base de la cuve 515 intermédiaire.
On entend par biogaz décarbonaté le biogaz injecté dans la première cuve et par passage au travers du liquide a perdu tout ou partie du dioxyde de carbone qu'il contenait.
L'entrée 575 pour biogaz est alimentée en biogaz par la conduite 535 de recirculation de tout ou partie du biogaz sorti par l'entrée 530 pour biogaz, par la sortie 545 pour biogaz décarbonaté ou par une sortie 550 pour biogaz décarbonaté de la cuve 515 intermédiaire. La recirculation du biogaz décarbonaté a pour objectif de faire baisser la proportion de dioxyde de carbone présent dans le biogaz par des passages successifs dans les cuves contenant le liquide. La recirculation du biogaz peut également être mise en œuvre à partir des autres cuves, en fonction de la proportion de dioxyde de carbone dans le gaz de décarbonaté que l'on cherche à obtenir.
La sortie pour liquide vers la troisième cuve 520 est formée par une paroi latérale de la cuve 515 intermédiaire dont la hauteur, par rapport à la base de la cuve 515 intermédiaire est inférieure à la hauteur totale de la cuve 515 intermédiaire. Ainsi, le volume maximal de liquide dans la cuve intermédiaire est déterminé par la hauteur de la paroi latérale de telle manière que tout volume excédentaire est déversé par surverse dans la deuxième cuve 520.
La deuxième cuve 520 comporte :
une entrée 521 pour liquide sorti de la cuve 515 intermédiaire,
une entrée 580 pour biogaz configurée pour que le biogaz soit diffusé dans le liquide contenu dans la deuxième cuve 520,
une sortie 585 pour biogaz décarbonaté positionnée hors du liquide contenu dans la deuxième cuve 520, une sortie vers la conduite 525 de recirculation du liquide vers la première cuve 510 et
une sortie pour solides décantés et incuits positionnée à la base de la deuxième cuve 520.
L'entrée 580 pour biogaz est alimentée en biogaz par une conduite 540 de recirculation de tout ou partie du biogaz sorti par la sortie 550 pour biogaz décarbonaté ou par une sortie 545 pour biogaz décarbonaté de la première cuve 510.
Cette conduite 540 de recirculation peut comporter un mécanisme d Ouverture/fermeture automatique ou manuel.
Cette conduite 540 de recirculation peut comporter un moyen de recirculation, telle une pompe par exemple, du biogaz décarbonaté dans la conduite 540.
La sortie vers la conduite 525 de recirculation est formée, par exemple, par une paroi latérale de la deuxième cuve 520 dont la hauteur, par rapport à la base de la deuxième cuve 520 est inférieure à la hauteur totale de la deuxième cuve 520. Ainsi, le volume maximal de liquide dans la deuxième cuve 520 est déterminé par la hauteur de la paroi latérale de telle manière que tout volume excédentaire est déversé par surverse dans la conduite 525 de recirculation.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif 40 comporte, de plus, un réservoir 555 de chaux configuré pour alimenter en chaux un mélangeur 560 dans lequel de l'eau est présente de manière à former de l'eau de chaux ou du lait de chaux. Une quantité de liquide ainsi formé est injectée dans la deuxième cuve 520 en fonction d'une valeur représentative du pH mesuré dans la conduite 525 de recirculation ou dans l'une des cuves, 510, 515 et/ou 520.
Préférentiellement :
- le biogaz est injecté dans la première cuve 510 pour être partiellement décarbonaté par le liquide présent dans cette première cuve 510,
le biogaz partiellement décarbonaté sort de la première cuve 510 par la sortie 545 pour biogaz décarbonaté,
ce biogaz partiellement décarbonaté entre dans la conduite 535 de recirculation et est injecté dans la cuve 515 intermédiaire,
le biogaz d'avantage décarbonaté par le liquide présent dans cette cuve 515 intermédiaire sort de la cuve 515 intermédiaire par la sortie 550 pour biogaz décarbonaté et
ce biogaz d'avantage décarbonaté entre dans la conduite 540 de recirculation et est injecté dans la deuxième cuve 520, le biogaz est décarbonaté par le liquide présent dans cette deuxième cuve 520 et quitte le dispositif 40 par la sortie 585.
Cependant, le processus décrit ci-dessus n'est pas limitatif, et, le biogaz sortant d'une cuve peut être redirigé vers l'entrée pour biogaz de toute cuve, y compris la cuve dont le biogaz est sorti.
Comme on le comprend à la lecture de la description qui précède, la présente invention permet de mettre en œuvre :
un procédé de conception simple et robuste pouvant être automatisé pour l'alimenter et la préparation des réactifs, tels de la chaux en poudre, du lait de chaux, et de l'eau provenant du réseau,
un procédé compact pouvant être aisément mis en place pour traiter des petits débits dans le cas de petites installations de méthanisation à la ferme,
un dispositif ne présentant aucune surface chaude et présentant un niveau de risque relativement faible,
le piégeage et stabilisation du gaz CO2 sous la forme de carbonate de calcium réduisant l'émission des gaz à effet de serre, et
la valorisation aisée du sous-produit issu du procédé et composé majoritairement de carbonate de calcium CaCC et d'incuits de chaux Ca(OH)2. Ces résidus ne présentent ainsi aucun risque sanitaire particulier et étant aisément valorisâmes localement en amendement agricole sur des sols acides ou encore en construction.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (10, 20, 40) de décarbonatation de biogaz, caractérisé en ce qu'il comporte : une première cuve (105, 205, 510), pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une première partie (275) comportant :
- une entrée (215) pour biogaz dans le liquide,
une entrée (210) pour le liquide et
une paroi (280) de débordement du liquide vers une deuxième partie (285),
la deuxième partie comportant :
- un moyen (265) de collecte de carbonate de calcium et
une sortie (220) pour le liquide configurée pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé, une deuxième cuve (125, 225, 520), pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
une entrée (130, 230, 521 ) pour liquide libéré par la première cuve, une sortie (135, 235, 585) pour biogaz décarbonaté et
- une sortie (140, 240, 522) pour le liquide,
une conduite (145, 245, 525) de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve,
un moyen (146, 246, 546) de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve,
un capteur (150, 250, 526) du pH du liquide et
un moyen (155, 255, 560) de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
2. Dispositif (40) selon la revendication 1 , qui comporte une cuve (515) intermédiaire, sur le chemin du liquide, en aval de la première cuve et en amont de la deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, comportant :
- une entrée (516) pour liquide libéré par la première cuve (510),
une entrée (575) pour biogaz,
une sortie (550) pour biogaz décarbonaté et
une sortie (517) pour le liquide vers la deuxième cuve (520).
3. Dispositif (40) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première cuve (510) comporte une sortie (545) pour biogaz décarbonaté.
4. Dispositif (40) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une sortie (545, 550, 585) pour biogaz décarbonaté comporte une dérivation (535, 540) pour biogaz relié à une entrée (570, 575, 580) pour biogaz d'au moins une cuve (510, 515, 520).
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel au moins une sortie (545, 550) pour biogaz décarbonaté comporte un moyen (547, 548) de mesure d'une quantité de dioxyde de carbone dans le biogaz sorti de la cuve (510, 515) associée à ladite sortie, l'alimentation en biogaz de la dérivation associée à ladite sortie étant commandée en fonction de la quantité de dioxyde de carbone mesurée.
6. Dispositif (10, 20) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'entrée (1 15, 215) pour biogaz de la première cuve (105, 205) est configurée pour injecter le biogaz dans la première cuve à une vitesse comprise entre cinq et soixante mètres par seconde.
7. Dispositif (10, 20) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le liquide est de l'eau de chaux.
8. Dispositif (10, 20) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le liquide est du lait de chaux.
9. Dispositif (10, 20) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le volume de rétention maximum de la première cuve (105, 205) est déterminé par une paroi (160, 260) de débordement présentant une hauteur prédéterminée, le débordement du liquide étant effectué vers la deuxième cuve (125, 225).
10. Dispositif (10, 20) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la première et/ou la deuxième cuve (105, 205, 125, 225) comporte un moyen (165, 265, 170, 270) de collecte de carbonate de calcium positionné sur une partie inférieure de ladite cuve.
1 1 . Dispositif (20) selon l'une des revendications 1 à 10, qui comporte :
une entrée (290) supplémentaire pour le liquide positionnée sur une partie inférieure de la première partie de la première cuve (205),
un moyen (295) d'ouverture/fermeture de l'entrée de liquide et un moyen (300) d'ouverture/fermeture de l'entrée supplémentaire de liquide.
12. Dispositif (20) selon l'une des revendications 1 à 1 1 , qui comporte un moyen (305) de prévention de l'entartrage comportant :
- un moyen (310) d'inhibition du moyen (255) de fourniture de chaux et
- un moyen (315) de commande d'injection d'eau et de biogaz dans la première cuve (205).
13. Procédé (30) de décarbonatation de biogaz, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une étape (405) d'entrée de liquide dans une première partie d'une première cuve, une étape (410) d'entrée de biogaz dans le liquide dans la première partie de la première cuve,
une étape (41 1 ) de débordement du liquide vers une deuxième partie de la première cuve,
- une étape (412) de collecte de carbonate de calcium dans la deuxième partie de la première cuve,
une étape (415) de sortie du liquide, de la deuxième partie de la première cuve, pour libérer une partie du liquide lorsque le volume de liquide dans la première cuve est supérieur à un volume de rétention maximum prédéterminé,
- une étape (420) d'entrée, dans une deuxième cuve, pour retenir un volume de liquide comportant de la chaux et de l'eau, pour le liquide libéré par la première cuve, une étape (425) de sortie pour biogaz décarbonaté,
une étape (430) de sortie pour le liquide,
une étape (435) de recirculation du liquide sorti de la deuxième cuve vers la première cuve,
une étape (440) de capture du pH du liquide et
une étape (445) de fourniture de chaux au liquide lorsque le pH du liquide est inférieur à une valeur de consigne prédéterminée.
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WO2008128776A2 (fr) * 2007-04-23 2008-10-30 Heinrich Follmann Procédé de purification de biogaz et biogaz pouvant être ainsi préparé
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FR3018205A1 (fr) * 2014-03-10 2015-09-11 Aria En Dev Environnement Dispositif de separation de constituants gazeux contenus dans un melange gazeux et son utilisation pour la separation de methane et de dioxyde de carbone d'un biogaz

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