Brevet FR2530488A1 — publié le 19840127

A' PROCEDE DE TRAITEMENT DE GAZ COMBUSTIBLE ET INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention concerne un procédé de traitement de gaz combus- tible produit ou extrait en quantité variable, ledit procédé ayant principalement pour but -la combustion immédiate d'au moins la plus grande partie du gaz dans une chaudiere d'utilisation en évitant un stockage intermédiaire coûteux effectué à pression élevée L'inven- tion vise également une installation de gaz combustible pour la mise en oeuvre de ce procédé. La nécessité de réaliser des économies d'énergie a conduit à s'intéresser au traitement de certains déchets organiques, principa- lement dans les industries agro-alimentaires, en vue de la production d'un gaz pauvre appelé "biogaz" comportant un taux de méthane suffisant pour qu'il constitue une source d'énergie d'appoint utili- sable sur place A titre d'exemple, un domaine d'application de l'invention peut être celui d'une usine de conditionnement de pom- mes de terre (pour la production d'aliments surgelés) o les trai- tements se traduisent par la formation de quantités importantes d'effluents à forte teneur en matieres organiques Une fermentation anaérobie aboutit à la fois à une épuration très efficace (de l'ordre de 90 %) et à la production du biogaz Ce dernier, s'il est récupère peut couvrir une part non négligeable des besoins énergétiques de l'usine On trouve notamment dans ces usines des chaudieres de production de vapeur fonctionnant normalement au gaz naturel. L'invention peut permettre dans un tel contexte, de réduire sensi- blement la consommation de gaz naturel. 3 usqu'à présent, une semblable installation demandait des investissements importants dus au fait que le biogaz produit subis- sait un stockage intermédiaire sous haute pression, ce qui necessi- tait des équipements encombrants et coûteux Ce stockage intermé- diaire etait cependant jugé inévitable en raison de l'irrégularité même de la production de biogaz. -2 - L'invention va à l'encontre de ce concept en proposant une utilisation rationelle du biogaz produit, au fur et à mesure de sa formation, sans stockage intermédiaire haute pression. Dans cet esprit, l'invention concerne donc un procède de traitement de gaz combustible produit en quantité variable, pour la combustion immédiate d'au moins la plus grande partie dudit gaz dans une chaudière, caractérisé en ce qu'il consiste à porter ledit gaz à une pression relativement faible juste nécessaire pour per- mettre l'alimentation de ladite chaudière, en faisant recirculer éventuellement une partie dudit gaz comprimé vers la zone de production dudit gaz pour maintenir une pression relativement constante dans cette zone. L'invention concerne également une installation de traitement de gaz combustible produit en quantité variable par exemple du gaz provenant d'une cuve de fermentation anaérobie renfermant des matières organiques, ledit traitement ayant principalement pour but la combustion immédiate d'au moins la plus grande partie du gaz dans une chaudière, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un surpresseur branché en amont de ladite chaudière, ledit surpresseur étant réglé pour porter ledit gaz à une pression faible juste nécessaire pour permettre l'alimentation de ladite chaudière et des moyens de recirculation d'une partie dudit gaz comprimé compor- tant notamment une vanne à ouverture commandée, pilotée par un capteur de la pression en amont dudit surpresseur. Le surpresseur est du type à débit constant et la recirculation variable du gaz permet donc de réguler la valeur de la dépression qui règne au-dessus de la cuve de fermentation. Dans l'hypothèse d'une surproduction de biogaz, on prévoit une -torchère reliée à la sortie du surpresseur par l'intermédiaire d'une vanne commandée, du type à ouverture progressive, ladite vanne etant notamment pilotée par un capteur de pression connecté à la sortie du surpresseur On peut également prévoir plusieurs surpres- seurs montés en parallele et respectivement mis en service pour des plages de débit prédéterminées, par exemple grâce à des moyens de mesure de la pression en amont desdits surpresseurs. -3- L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumiere de la description qui va suivre d'une installation de traitement de gaz combustible selon le principe de l'invention, donnée uniquement à, titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé dans lequel: la figure unique est un schémabloc simplifié de l'installation conforme à l'invention. L'installation de traitement de gaz combustible est destinée, à être insérée entre une cuve de fermetation anaérobie Il et des brûleurs auxiliaires 12 d'une chaudiere 13 Le gaz est aspiré au fur et à-mesure de sa formation dans la cuve 11 par un conduit 14 et traverse un regard de drainage 15 du type à régulation de niveau d'eau dans lequel les condensats de refroidissement du gaz sont récupérés La sortie du regard de drainage est connectée par l'intermédiaire d'une vanne du type tout ou rien 16 aux entrées de deux surpresseurs SI et 52 branchés en parallèle Les sorties de ces surpresseurs alimentent les brûleurs auxiliaires 12, par un conduit d'évacuation 17 Les surpresseurs sont réglés pour porter le gaz à une pression faible juste nécessaire pour permettre l'alimentation de la chaudière Des moyens de recirculation du gaz comprenant un branchement serie 18 de plusieurs composants sont connectés entre les sorties et les entrées des surpresseurs Ce branchement série comporte un détendeur 19, un échangeur de refroidissement 20 et surtout une vanne commandée 21, du type à action progressive, pilotée par un capteur de pression 22 branché en amont des surpresseurs entre le regard de drainage 15 et la vanne 16 Les signaux élaborés par-le capteur 22 sont traités dans une unité de commande 23 pour, d'une part actionner l'ouverture de la vanne 21 et, d'autre part, pour mettre en service sélectivement un ou deux surpresseurs en fonction de plages de débit prédéterminées En effet, le débit de production est 'lié à la pression dans la cuve de fermentation et la mise en service ou l'arrêt des surpresseurs se fera à partir de seuils de pression différents, cette pression éfant mesurée par le capteur 22. -4 - Une torchère 25 est reliée à la sortie commune des surpres- seurs par l'intermédiaire d'une vanne élec-tropneumatique modulante 26 pilotée par un capteur de pression 27 connecté à la sortie des surpresseurs L'admission du gaz à la torchere permet de réguler dans une certaine mesure la pression d'alimentation de la chaudière. Un analyseur de taux d'oxygène 28, du type à susceptibilité parama- gnétique est connecté (liaisons en trait interrompu 29, 30, 31) en plusieurs points du circuit de circulation du gaz entre la cuve Il et la chaudière 13 Cet analyseur pilote un système de sécurité 32 susceptible d'arrêter l'installation dès que la teneur en oxygene dépasse une valeur prédéterminée Ce système de sécurité-pilote notamment la vanne 16 ainsi qu'une autre vanne 33, du type tout ou rien, branchée entre la liaison: cuve-surpresseur d'une part et une cheminée d'évacuation de gaz 34 d'autre part. Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite est trés simple et découle avec évidence de la description qui precede. Au fur et à mesure de sa formation,le biogaz est aspiré dans la cuve Il par le ou les surpresseurs SI, 52, la vanne 16 étant normalement ouverte et la vanne 33 normalement fermée Le biogaz abandonne une partie de son humidité dans le regard de drainage 15 Un recyclage du gaz surpressé, modulé par la vanne 21, est effectué lorsque la production de biogaz dans la cuve Il est inférieure au débit constant du ou des surpresseurs mis en service, ce qui permet donc de maintenir une dépression sensiblement constante dans la cuve Comme le gaz a été comprimé et queil s'est échauffé à travers le surpresseur, le détendeur 19 et l'échangeur de température 20 permettent -de ramener la fraction réinjectee dans les conditions initiales de température et de pression Lorsque la production est supérieure à la capacité des brûleurs 12 ou lorsque la chaudière est arrêtée, du biogaz est brûlé par la torchère 25 L'admission du gaz à la torchère est modulée par la vanne 26, ce qui permet de maintenir une pression sensiblement constante à l'entrée d'alimentation de la chaudière Suivant les conditions de fonctionnement de cette der- niere, un nombre variable de brûleurs 12 peut être mis en service, chaque brûleur est donc commandé par une vanne électromagnétique du type tout ou rien, non représentée Le capteur de pression 27 peut piloter la mise en service des brûleurs 12, grâce à un système de régulation supplémentaire définissant des limites haute et basse de la plage de pression admise pour avoir une combustion correcte et sûre Le nombre de brûleurs à mettre en fonctionnement étant ainsi établi en fonction du niveau de production de biogaz, le supplément de puissance de chauffage nécessaire au fonctionnement de la chaudière 13 est assuré par du gaz naturel alimentant d'autres brûleurs non représentés. Si l'analyseur 28 détecte un taux d'oxygène susceptible de former un mélange détonnant, la vanne 16 est fermée tandis que la vanne 33 s'ouvre mettant la cuve Il en communication avec la cheminée d'évacuation 34; les surpresseurs sont mis hors service. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation de l'installation qui vient d'être decrite mais comprend tous les equi- valents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. -6- REVENDICATIONS 1 Procédé de traitement de gaz combustible produit en quantité variable, pour la combustion immédiate d'au moins la plus grande-partie dudit gaz dans une chaudière ( 13), caracterisé en ce qu'il consiste à porter ledit gaz à une pression relativement faible, juste nécessaire pour permettre l'alimentation de ladite chaudiere en faisant recirculer ( 18) éventuellement une partie dudit gaz comprimé vers la zone de production dudit gaz pour maintenir une pression relativement constante dans cette zone. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à br ler-( 25) au moins une partie dudit gaz dans l'atmos- phère lorsque la production est supérieure aux besoins du moment. 3 Installation de traitement de gaz combustible produit en quantité variable, par exemple du gaz provenant d'une cuve-de fermentation anaérobie ( 11) renfermant des matières organiques, ledit traitement ayant principalement pour but la combustion immé- diate d'au moins la plus grande partie dudit gaz dans une chaudiere ( 13) caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un surpresseur (SI, 52) branché en amont de ladite chaudiere, ledit surpresseur étant réglé pour porter ledit gaz à une pression faible juste nécessaire pour permettre l'alimentation de ladite chaudiere et des moyens de recirculation ( 18) d'une partie dudit gaz comprimé comportant notamment une vanne ( 21) commandée pilotée par un capteur de pression ( 22) placé en amont dudit surpresseur. 4 Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit surpresseur est du type à débit constant. Installation selon la revendication 3, ou 4 caractérisee en ce que lesdits moyens de recirculation comprennent un branchement série ( 18) incluant ladite vanne ( 21) et un détendeur ( 19), branche entre la sortie et l'entrée dudit surpresseur. 6 Installation selon la revendication 5, caractérisee en ce que ledit branchement série comporte en outre' un échangeur de refroi- dissement ( 20). -7- 7 Installation selon l'une des revendications 3 à 6, caracté- risee en ce qu'elle comporte plusieurs surpresseurs (SI, 52) à débit constant montés en parallèle et respectivement mis en service pour des plages de débit prédéterminees, par exemple grâce à des moyens de mesure de la pression en amont desdits surpresseurs ( 22, 23). 8 Installation selon l'une des revendications 3 à 7, caracté- risée en ce qu'une torchere ( 25) est reliée à la sortie du ou des- surpresseurs par l'intermédiaire d'une vanne commandée ( 26), ladite vanne étant notamment pilotée par un capteur de pression ( 27) O 10 connecté à la sortie du ou des surpresseurs. 9 Installation selon l'une des revendications 3 à 8, carac- terisée en ce qu'elle comporte un analyseur de taux d'oxygene ( 28), par exemple du type à susceptibilité paramagnétique, connecté en un ou plusieurs points du circuit de circulation de gaz en amont de ladite chaudiere ( 13) et un système de sécurité ( 32) piloté par ledit analyseur pour arrêter l'installation des que ladite teneur en oxygène dépasse une valeur prédéterminée. Installation selon l'une des revendications 3 à 9, carac- térisée en ce qu'elle comporte une cheminee c'évacuation dudit gaz ( 34) raccordée en amont du ou des surpresseurs (SI 1, 52) par l'intermédiaire d'une vanne commandée ( 33), du type tout ou rien, pilotée par un système de sécurité ( 28, 32).