Brevet FR3133906A1 — publié le 20230929

TITRE DE L’INVENTION : PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONDITIONNEMENT DE BIOGAZ SOUS FORME COMPACTE Le procédé (100) de conditionnement de biogaz sous forme compacte, comporte : - une étape (105) d’entrée d’un flux de biogaz comportant au moins du méthane, - une étape (110) de mesure d’un débit de flux de biogaz en entrée, - une étape (115) d’injection d’un flux de dioxyde de carbone dans le flux de biogaz en fonction du débit mesuré, configurée pour que la fraction de dioxyde de carbone représente entre 40% et 56% de la masse molaire du mélange comportant au moins le dioxyde de carbone et le méthane, - une étape (120) de compression du mélange à une pression supérieure ou égale à 80 bara, - une étape (125) de refroidissement du mélange comprimé à une température comprise entre -50°C et 5°C pour porter le mélange à un état liquide ou supercritique et - une étape (130) de sortie du mélange issu de l’étape de refroidissement. Figure pour l’abrégé : Figure 1 PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONDITIONNEMENT DE BIOGAZ SOUS FORME COMPACTE Domaine technique de l’invention La présente invention vise un procédé de conditionnement de biogaz sous forme compacte et un dispositif de conditionnement de biogaz sous forme compacte. Elle s’applique, notamment, au domaine du traitement et du conditionnement du biogaz en vue de la valorisation dudit biogaz. État de la technique Dans le domaine du biogaz (ou biométhane), une difficulté consiste en la collecte du biogaz produit à petite échelle et dans des lieux éloignés du réseau de transport de gaz. En effet, pour être en mesure de collecter ce biogaz, les coûts logistiques et de traitement local doivent être minimisés. Ces coûts sont induits par les méthodes de collecte et de traitement actuelles. Pour résoudre ce problème technique, quatre types de stratégies sont actuellement mis en œuvre : - compresser le biogaz pour le transporter à haute pression (typiquement selon une pression supérieure à 200 bara) – le problème est que du fait de la forte teneur en dioxyde de carbone du biogaz (typiquement supérieure à 35% de la masse molaire), le dioxyde de carbone peut se condenser en cours de la compression et donc cela requiert un compresseur spécifique coûteux capable d’évacuer le dioxyde de carbone qui se condense en cours de traitement, - refroidir et liquéfier le biogaz pour le condenser : là le problème est que compte-tenu encore une fois de la forte teneur dioxyde de carbone du biogaz – le risque est qu’une partie du dioxyde de carbone cristallise bien avant que le mélange enrichi en méthane soit liquide et donc que cela bloque le procédé par bouchage progressif des échangeurs, - épurer au moins partiellement le biogaz en dioxyde de carbone puis le condenser : c’est la technique du BioGNC (GNC étant l’acronyme de « Gaz Naturel Comprimé ») ou BioGNL (GNL étant l’acronyme de « Gaz Naturel Liquéfié ») – les procédés sont coûteux et donc difficilement rentables à des faibles productions de biogaz auxquelles correspondent typiquement les fermes agricoles (inférieur à 150 Nm 3 /h de biogaz) et - modifier la composition du biogaz en ajoutant un troisième composant permettant de bloquer la cristallisation du dioxyde de carbone et donc condenser le biogaz sous forme de liquide – le troisième composant, typiquement un hydrocarbure de type C 3 à C 7 , nécessite toujours une liquéfaction à des températures basses (au moins -50°C et plus souvent en dessous de -80°C) si on veut limiter la quantité de troisième composant pour ne pas trop alourdir la chaine logistique, en plus de difficultés liées à la régénération de ce troisième composant qui requiert souvent une séparation spécifique avec une colonne à distiller. Ainsi, les méthodes actuelles présentent des risques techniques pour les compresseurs, liés aux risques de condensation du dioxyde de carbone, des risques de bouchage des échangeurs thermiques ou des coûts tels qu’ils ne permettent pas d’être mis en place pour des sources de biogaz à petite échelle. Il n’existe donc pas aujourd’hui de solution permettant le conditionnement du biogaz permettant l’exploitation à petite échelle du biogaz produit. Présentation 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 procédé de conditionnement de biogaz sous forme compacte, qui comporte : - une étape d’entrée d’un flux de biogaz comportant au moins du méthane, - une étape de mesure d’un débit de flux de biogaz en entrée, - une étape d’injection d’un flux de dioxyde de carbone dans le flux de biogaz en fonction du débit mesuré, configurée pour que la fraction de dioxyde de carbone représente entre 40% et 56% de la masse molaire du mélange comportant au moins le dioxyde de carbone et le méthane, - une étape de compression du mélange à une pression supérieure ou égale à 80 bara, - une étape de refroidissement du mélange comprimé à une température comprise entre -50°C et 5°C pour porter le mélange à un état liquide ou supercritique et - une étape de sortie du mélange issu de l’étape de refroidissement. Grâce à ces dispositions : - la condensation du dioxyde de carbone en cours de compression est évitée, - la cristallisation du dioxyde de carbone est aussi évitée, - la pression mise en œuvre permet de limiter le coût et l’énergie dépensée pour mettre en place le dispositif réalisant la méthode objet de l’invention, - la mise en œuvre d’une température basse mais supérieure à -50°C permet de réduire les coûts de refroidissement et de mettre en œuvre des équipements non cryogéniques, - l’injection de dioxyde de carbone dans le flux permet une condensation à des températures relativement chaudes et permet une régénération simplifiée car mutualisée avec une phase d’épuration finale du biogaz. Dans des modes de réalisation, l’étape de refroidissement comporte une étape d’échange thermique avec du dioxyde de carbone au moins partiellement liquide, le dioxyde de carbone en sortie de l’étape d’échange thermique étant mis en œuvre au cours de l’étape d’injection. Dans des modes de réalisation, le dioxyde de carbone mis en œuvre au cours de l’étape d’échange thermique présente une pression supérieure ou égale à 6 bara. Grâce à ces dispositions, le froid du dioxyde de carbone liquide vaporisé permet de terminer la condensation du mélange de biogaz et de dioxyde de carbone, permettant de ne mettre en œuvre qu’un cycle de refroidissement jusqu’à 0°C. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de séparation d’eau contenue dans le flux de biogaz issu de l’étape d’entrée et/ou dans le mélange issu de l’étape d’injection. Ces modes de réalisation limitent les risques d’endommagement des équipements. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de séchage du biogaz en amont d’une étape du procédé mettant en œuvre une température inférieure à 0°C. Ces modes de réalisation limitent les risques d’endommagement des équipements. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape supplémentaire d’épuration en eau du biogaz en amont d’une étape du procédé mettant en œuvre une température inférieure à 0°C. Ces modes de réalisation limitent les risques d’endommagement des équipements. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de séparation de sulfure d’hydrogène contenu dans le flux de biogaz issu de l’étape d’entrée et/ou dans le mélange issu de l’étape d’injection. Ces modes de réalisation limitent les risques d’endommagement des équipements. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de séparation de composés organiques volatiles contenus dans le flux issu de l’étape d’entrée et/ou dans le mélange issu de l’étape d’injection. Ces modes de réalisation limitent les risques d’endommagement des équipements. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte, en aval de l’étape de compression, une étape de pré-refroidissement du mélange à une température inférieure ou égale à 2°C. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif de conditionnement de biogaz sous forme compacte, qui comporte : - un moyen d’entrée d’un flux de biogaz comportant au moins du méthane, - un moyen de mesure d’un débit de flux de biogaz en entrée, - un moyen d’injection d’un flux de dioxyde de carbone dans le flux de biogaz en fonction du débit mesuré, configurée pour que la fraction de dioxyde de carbone représente entre 40% et 56% de la masse molaire du mélange comportant au moins le dioxyde de carbone et le méthane, - un moyen de compression du mélange à une pression supérieure ou égale à 80 bara, - un moyen de refroidissement du mélange comprimé à une température comprise entre -50°C et 5°C pour porter le mélange à un état liquide ou supercritique et - un moyen de sortie du mélange issu de l’étape de refroidissement. Les avantages du dispositif objet de la présente invention sont similaires aux avantages du procédé objet de la présente invention. 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 procédé et du dispositif objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une première succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention, représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une deuxième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention, représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et représente, schématiquement, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention. Procédé (100, 300, 600, 700) de conditionnement de biogaz sous forme compacte, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape (105) d’entrée d’un flux de biogaz comportant au moins du méthane, - une étape (110) de mesure d’un débit de flux de biogaz en entrée, - une étape (115) d’injection d’un flux de dioxyde de carbone dans le flux de biogaz en fonction du débit mesuré, configurée pour que la fraction de dioxyde de carbone représente entre 40% et 56% de la masse molaire du mélange comportant au moins le dioxyde de carbone et le méthane, - une étape (120) de compression du mélange à une pression supérieure ou égale à 80 bara, - une étape (125) de refroidissement du mélange comprimé à une température comprise entre -50°C et 5°C pour porter le mélange à un état liquide ou supercritique et - une étape (130) de sortie du mélange issu de l’étape de refroidissement. Procédé (300, 600, 700) selon la revendication 1, dans lequel l’étape (125) de refroidissement comporte une étape (305) d’échange thermique avec du dioxyde de carbone au moins partiellement liquide, le dioxyde de carbone en sortie de l’étape d’échange thermique étant mis en œuvre au cours de l’étape (115) d’injection. Procédé (300, 600, 700) selon la revendication 2, dans lequel le dioxyde de carbone mis en œuvre au cours de l’étape (305) d’échange thermique présente une pression supérieure ou égale à 6 bara. Procédé (300, 600, 700) selon l’une des revendications 1 à 3, qui comporte une étape (315) de séparation d’eau contenue dans le flux de biogaz issu de l’étape d’entrée (105) et/ou dans le mélange issu de l’étape d’injection (115). Procédé (600) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte une étape de séchage (605) du biogaz en amont d’une étape du procédé mettant en œuvre une température inférieure à 0°C. Procédé (600) selon la revendication 5, qui comporte une étape supplémentaire d’épuration en eau (610) du biogaz en amont d’une étape du procédé mettant en œuvre une température inférieure à 0°C. Procédé (300, 600, 700) selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte une étape (320) de séparation de sulfure d’hydrogène contenu dans le flux de biogaz issu de l’étape (105) d’entrée et/ou dans le mélange issu de l’étape d’injection (115). Procédé (300, 600, 700) selon l’une des revendications 1 à 7, qui comporte une étape (325) de séparation de composés organiques volatiles contenus dans le flux issu de l’étape (105) d’entrée et/ou dans le mélange issu de l’étape d’injection (115). Procédé (300, 600, 700) selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte, en aval de l’étape (120) de compression, une étape (330) de pré-refroidissement du mélange à une température inférieure ou égale à 2°C. Dispositif (200, 400, 500, 800) de conditionnement de biogaz sous forme compacte, caractérisé en ce qu’il comporte : - un moyen (205) d’entrée d’un flux de biogaz comportant au moins du méthane, - un moyen (210) de mesure d’un débit de flux de biogaz en entrée, - un moyen (215) d’injection d’un flux de dioxyde de carbone dans le flux de biogaz en fonction du débit mesuré, configurée pour que la fraction de dioxyde de carbone représente entre 40% et 56% de la masse molaire du mélange comportant au moins le dioxyde de carbone et le méthane, - un moyen (220) de compression du mélange à une pression supérieure ou égale à 80 bara, - un moyen (225) de refroidissement du mélange comprimé à une température comprise entre -50°C et 5°C pour porter le mélange à un état liquide ou supercritique et - un moyen (230) de sortie du mélange issu de l’étape de refroidissement.