Brevet FR2534248A1 — publié le 19840413

Da présente invention a pour objet un procédé d'épuration d'un gaz provenant de la méthanogénèse de liquides chargés de a- tières organiques, généralement dénommé "biogaz". Actuellement, on cherche à utiliser le gaz produit par la fermentation anaérobie d'effluents: organiques vusque-là memployés. Ce biogaz, provenant de la méthanogénèse desdits effluents organiques, est saturé en eau et contient 50 ss à 80 ss de méthane CH4, 18 ffi à 49 % d'anhydride carbonique C02, 1.000 à 30.0C0 ppmV d'hydrogène sulfuré H2, environ 1 ob d'oxygène, azote et hydrogène et quelques traces d'ammoniac.Pour pouvoir le conditionner sous pression, il est donc nécessaire d'epurer ce biogaz, c'est-à-dire d'éliminer, principalement. le C02 qui diminue le pouvoir calorifique du gaz et, de plus, constitue un ballast mort qui entraine donc des inves pissements importants lors de la compression effectuée pour conditionner ledit gaz et, également le SH2 qui, en présence d'eau, est, comme on le sait, extrêmement corrosif ; il est également nécessaire d'éliminer l'eau pour éviter toute condensation lors de la mise en pression que l'on effectue pour conditionner le gaz. L'invention a pour objet un procédé d'épuration de biogaz qui permet, de façon simple et économique, d'éliminer les constituants rappelés ci-dessus, ce qui permet ensuite de stocker le biogaz ainsi épuré,- soit à moyenne, soit à haute pression. Le procédé conforme à l'invention consiste à faire subir au biogaz brut une première épuration par lavage à l'eau de façon à éliminer environ de 65 % à 96 % du C02 et de 96 % à 99,5 % du 5H2, puis une deuxième épuration par adsorption à moyenne pression, d'environ 3 à 10 bars, de façon à ce que le gaz ainsi traité ait une concentration en CH4 supérieure à 98 %, une concentration en C02 inférieure à 2% et une concentration en SH2 inférieure à 10 ppmV et présente un point de rosée à - 400C en gaz détendu. Selon l'invention, on assure ladite moyenne pression par rompression dudit gaz soit avant la première épuration par lavage à liteau, soit entre la première épuration par lavage à liteau et la deuxième épuration par adsorption. Gracie au mode de réalisation décrit ci-dessus, on obtient un biogaz sc fisamsenQ epuré pour sue :'an puisse le stocker à moyenne pression et l'utiliser cone carburant sur le site de pro- duction. Selon une variante de réal-sation de l'invention, après la deuxième épuration par adsorption à moyenne pression, on comprime le gaz à une pression d'environ 150 à 250 bars, puis on lui fait subir une troisième épuration par adsorption à haute pression d'environ 150 à 250 bars, de façon à ce que le gaz ainsi traité présente un point de rosée à - 10 C pour une pression de 150 à 250 bars. Grâce à cette variante de réalisation, on peut stocker en bouteilles le gaz ainsi épuré et soit le transporter, soit l'utiliser comme carburant pour des véhicules. Ainsi, le procédé conforme à l'Invention combine avantageusement l'épuration par lavage à l'eau, efficace pour l'épuration des gaz à forte concentration en 2 et SH2, et l'épuration par adsorption, efficace pour l'épuration des gaz à faible concentration en CO2 et SE2 et permet d'obtenir un gaz à forte concentration en méthane, conforme aux normes exigées pour les stockages à moyenne et haute pression. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront dans la description qui suit d'exemples de réalisation, donnés à titre non limitatif, du procédé de l'invention. Cette description est faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisa tion du procédé selon l'invention - la figure 2 représente, en détail, un dispositif permettant de mettre en oeuvre la première étape d'épuration du biogaz par lavage à l'eau - la figure 3 représente schématiquement un second mode de réalisa tion du procédé selon l'invention. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on introduit, en 1, le biogaz à épurer, qui est à une pression pouvant aller de O bar effectif à 3 bars effectifs dans un compresseur 2 à anneaux liquides d'où il ressortà une pression d'environ 3 à 10 bars effectifs. On l'introduit alors, en 3, à la oase deune tour de lavage à l'eau 4, dans laquelle il circule à contre-courant avec de l'eau amenée sous pression en - au sommet de ladite tour 4. Après ce lavage à l'eau, le biogaz est sauré en eau et contient 94 ffi à 98 Par ailleurs, l'eau utilisée pour la première épuration par lavage du biogaz- dans la tour 4, est recueillie, chargée de gaz C02 et SE2, au bas de ladite tour de lavage 4 et est dirigée par une canalisation, symbolisée en 25, vers le sommet d'une tour de régénération 26.Un ventilateur 27 souffle de l'air dans. une gaine 28, unie de Perforations 23, placée à la base de la tour 26 ; cet air circule à contre- ourant de l'eau ruisselant lu sommet de la tour 26, se cnarge de gaz (C2 et Six2) contenus dans ladite eau et est rejeté dans l'amosPhère par les conduits 29. 'eau de lavage ainsi régénérée est recueillie en 34, à la base de la tour 25, et recyclée en 5 sous pression, par la canalisation symbolisée en 30 munie d'une pompe de pressurisation 31, au sommet de la tour de lavage 4.Selon une variante de réalisation , on peut, avant d'amener 11 eau de lavage à régénérer au sommet de la tour de régénération 26, faire passer ladite eau à régénérer dans un séparateur 32 de dépressurisation, de type connu placé en dérivation sur la canalisation 25, ce qui permet d'évacuer en 33 une partie du C02 et du 5H2 contenu dans l'eau de lavage. Il est à noter qu'une partie du gaz chargé d'impuretés, ayant servi à régénérer l'adsorbant de la capacité 8 et amené en 16 (voir ci-dessus), peut être amené en 24, par la canalisation 18 munie d'une vanne 35, et réuni au C02 et au SH2 évacués du séparateur 32. La mise en oeuvre de la première étape d'épuration par lavage du biogaz ainsi que la régénération de l'eau utilisée pour ledit lavage sont expliquées en détail, ci-après, en se référant à la figure 2. Sur la figure 2, on a représenté la tour de lavage 4 et la tour de régénération 26. La tour de lavage 4 est remplie d'un garnissage 37, constitué d'anneaux de préférence en plastique, placé contre une grille inférieure 38 et une grille supérieure 43. Le biogaz brut, provenant du compresseur 2 (voir figure 1), est introduit à la base de la tour 4 par la canalisation 39 débouchant dans une rampe 40 disposée au-dessus de la grille 38 ; cette rampe 40 est munie de perforations 41 dirigées vers le bas. Le biogaz brut traverse, en remontant vers le haut, le garnissage 37. D'autre part, liteau de lavage amenée en 5 au sommet de-la tour de lavage 4 par la canalisation 30, passe à travers la grille 43 et ruisselle sur le garnissage à anneaux 37.Le biogaz est donc lavé à contre-courant par l'eau et débarrassé d'une certaine partie de ses impuretés il est extrait, ainsi partiellement épuré, du sommet de la tour 4 par la canalisation o. 2ar ailleurs, lteau utilisée dans la tour de lavage 4, chargée de CO2 et SH2, est recueillie au bas de la tour 4 et dirigée par la canalisation 25, vers la tour de régénération 26. Cette tour de régénération 26 est également remplie d'un garnissage 44 à anneaux, de préférence en plastique, placé entre une grille inférieure 50 et une grille supérieure 46. L'eau , provenant de la canalisation 25, débouche en 45 au sommet de la tour de régénération 26, passe à travers la grille 46, et ruisselle sur le garnissage 44. Le ventilateur 27 souffle de l'air dans la gaine 28 placée à la base de la tour 26 ; cet air se charge des gaz (C02 et SE2), contenus dans l'eau qui ruisselle du sommet de la tour 26, et est rejeté dans l'atmosphère par les conduits 29. L'eau régénérée est recueillie dans une cavité 49 prévue au bas de la tour 26 sous la grille 50 ; elle est alors recyclée sous pression au sommet de la tour de lavage 4, par la canalisation 30 munie de la pompe 31. Les canalisations 25 et 30 peuvent être munie. de siphons de sécurité 51 et 52 ; de même, la base des tours 4 et 26 et le sommet de la tour 4 peuvent être munis de tubes de sécurité ouverts 53, 54 et 55. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 3, on introduit le biogaz brut à épurer, en 61, dans un compresseur à anneaux liquides 62 duquel il ressort à une pression de 3 à 10 bars on l'introduit alors à la base d'une tour de lavage à lleau 64 d'où il ressort, partiellement épuré, par la canalisation 66 ; de là, on 1' envoile dans l'un des épurateurs par adsorption à moyenne pression 67 ou 68 d'où il ressort par la canalisation 72 et par laquelle on l'envoie dans une capacité de stockage à moyenne pression 73. Le compresseur 62, la tour de lavage 64, les épurateurs par adsorption 67 et 68, la capacité de stockage à moyenne pression 73, sont identiques à oeux indiqués par les références 2, 4, 7, 8 et 13 de la figure 1 ; de même, Ics différents eléments (entrée ou sortie de gaz, canalisations, pompe, vannes, tour de régénération de l'eau de lavage, etc...) 61, 63, 65, 66, 69, 70, 71, 72, 74, 75 à 93, sont identiques aux éléments indiqués par les références 1, 3, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 14, 15 à 33, de la figure 1.Le fonctionnement de ces différents dispositifs et éléments et -a mise en oeuvre de la première étape d'épuration par lavage à l'eau et de la deuxième étape d'épuration par adsorption à moyenne pression sont identiques au mode de réalIsatIon décrit ci-dessus en se référant à la figure ;. le biogaz épuré sortant de l'une des deux capacités d'ad adsorption 7 ou 58 par la canalisation 72 a donc une concentration en CH4 supérieure à 98 %, une concentration en CO inférieure à 2 %, une. concentration en 5H2 inférieure à 10 ppmV, et présente un point de rosée à - 40 C en gaz détendu ; on l'amène, par la canalisation 72, munie d'une vanne de contr Me de pression 82, dans la capacité tampon à moyenne pression 73. On amène alors ce gaz de la capacité - tampon 73, par la canalisation 96 munie d'une vanne de contrôle de pression 97, dans un compresseur à membrane 98 d' où il ressort, par la canalisation 99, à une pression de 150 à 250 bars. On amène alors le gaz ainsi comprimé dans l'une ou l'autre des capacités d'adsorption 100sou 101 fonctionnant à haute pression d'environ 150 à 250 bars ;-ces deux capacités d'adsorption fonctionnent cycliquement, l'une en adsorption, et l'autre en régénération.Par exemple, on amène le gaz dans la capacité 100 fonctionnant en adsorption, par la canalisation 102 munie d'une vanne 103 ; lorsqu'il ressort, en 104, de cette capacité d'adsorption 100, il a les mêmes concentrations en CH4, C02 et 5H2 qu'avant son entrée dans ladite capacité 100 (plus de 98 % en CH4, moins de 2 % en C02 et moins de 10 ppmV en SH2), mais il présente un point de rosée à - 100C pour une pression de 150 à 250 bars. On amène une partie de ce gaz ainsi traité par la canalisation 105 dans la capacité 101 fonctionnant en régénération ce gaz entraîne donc les impuretés fixées lors du cycle précédent par l'adsorbant contenu dans la capacité 101 et ressort chargé en C02 et SH2 ; on l'amène alors, par la canalisation 106 munie d'une vanne 107, dans une autre conduite 108 qui débouche dans une canalisation 79 munie d'une vanne 109 ; par cette canalisation 79, on amène le gaz ainsi chargé en C02 et Sufi2 en 81, où on le réunit au biogaz brut, avant la première épuration par lavage à l'eau.Bien entendu, de façon classique, une fois que la capacité 100 est saturée en impuretés et la capacité 101 entièrement régénérée, on inverse les fonctions desdites capacités, la capacité 101 fonctionnant en adsorption et la capacité 10C onctionnant en régénération, les vannes 103 et 107 étant fermées et remplacées Par les vannes 110 et 111. Par ailleurs, le gaz épuré, sortant en 104 de la capacité d'adsorption 100 fonctionnant en adsorption, est amené par la canalisation 112 vers un poste de conditionnement 113. Ce poste de -conditionnement 113 comprend une rampe 114 munie de vannes 115 permettant d'amener le gaz, soit vers des bouteilles de stockage individuelles 116, soit vers des cadres-de stockage 117. Le gaz ainsi conditionné peut, soit être transporté ailleurs que sur le site de production, soit être employé comme carburant pour des véhicules ; en effet, il est alors conforme aux normes exigées pour ce type d'utilieation.- A titre indicatif, on signale quet pour des débits de biogaz brut traité selon l'invention allant de 1 Nm3/h à 800 Nm3/h, la quantité d'adsorbant contenu dans chacune des capacités d'adsorption est de 0,1 1 à 0,24 1 d'alumine/Nm /h de biogaz traité et de 1,6 i à 4 1 de charbom/Nm3/h de biogaz traité. REVENDICATIONS 1. procédé d'épuration d'un gaz crsvenan7: de 7a méthanogénèse de liquides chargés de matières organiques, caractérisé en ce que l'on fait subir audit gaz brut, qui contient notamment de 18 % à 50 t de C02 et de 1.00C à 30.000 ppmV de SH2 et est saturé en 920, une première épuration par lavage à liteau de façon à éliminer de 65 % à 96 ffi du C02 et de 96 ffi à 99,5 % du SE2, puis une deuxième épuration par adsorption à moyenne pression d'environ à à 5 bars de façon à ce que le gaz ainsi traité ait une concentration en CH4 supérieure à 98 %, une concentration en C02 inférieure à 2 % et une concentration en SH2 inférieure à 10 ppmV, et présente un point de rosée à - 400C-en gaz détendu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on assure ladite moyenne pression par compression dudit gaz avant la première épuration par lavage à l'eau. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on assure ladite moyenne pression par compression dudit gaz entre la première épuration par lavage à liteau et la deuxième épuration par adsorption. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, après la deuxième épuration par adsorption à moyenne pression, on comprime le gaz à une pression d'environ 150 à 250 bars, puis on lui fait subir une troisiéme épuration par adsorption à haute pression d'environ- 150 à 250 bars, de façon à ce que le gaz ainsi traité présente un point de rosée à - 100C pour une pression de 150 à 250 bars. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, selon lequel on effectue la première épuration par lavage à l'eau par passage à contre-courant dudit gaz brut avec de l'eau dans une tour de lavage, caractérisé en ce que ladite tour de lavage est remplie d'un garnissage à anneaux. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que l'on effectue la deuxième épuration par adsorption à moyenne pression dans deux capactiés d'adsorption, garnies d'au moins un adsorbant tel l'alumine, le charbon actif, un tamis moléculaire, fonctionnant cycliquement, l'une en adsorption, l'autre en régénération par balayage à contre-courant avec une partie du gaz traité dans la capacité ionctionnant en adsorption, ledit gaz étant réuni, à sa sortie de la capacité fonctionnant en régénération, au gaz brut 7.Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue la troisième étape d'épuration par adsorption à haute pression dans deux capacités d'adsorption, garnies d'au moins un adsorbant tel 1? alumine, le charbon actif, un tamis moléculaire, fonctionnant cycliquement, l'une en adsorption, l'autre en régénération par balayage à contre-courant avec une partie du gaz traité dans la capacité fonctionnant en adsorption, ledit gaz étant réuni, à sa sortie de la; capacité fonctionnant en régénération, au gaz brut. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on régénère l'eau, utilisée lors de la première épuration par lavage, dans une tour de régénération à garnissage à anneaux avec recyclage de l'eau régénérée au sommet de la tour de lavage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, avant de l'amener dans ladite tour de régénération, on fait passer l'eau de lavage à régénérer dans un séparateur par dépressurisation.