FR3164128A1 - Dispositif, kit et procédé d’épuration d’un gaz comportant majoritairement du méthane - Google Patents

Dispositif, kit et procédé d’épuration d’un gaz comportant majoritairement du méthane

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Abstract

TITRE DE L’INVENTION : DISPOSITIF, KIT ET PROCÉDÉ D’ÉPURATION D’UN GAZ COMPORTANT MAJORITAIREMENT DU MÉTHANE Un dispositif d’épuration (100) d’un gaz comportant du méthane comportant :- un réacteur de méthanisation (101) comportant : - une entrée (104) de dioxygène, - un moyen de régulation (105) du débit de dioxygène et- une sortie (107) de gaz, - un réacteur d’épuration (111) comportant : - un lit (112) d’hydroxyde de fer, - une entrée (110) du gaz connecté à la sortie du réacteur de méthanisation et- une sortie (115) de gaz épuré, - un capteur (108) d’une concentration en dioxygène du gaz ; - un automate de commande (118) envoyant une commande de régulation du débit de dioxygène en fonction de la concentration en dioxygène captée. Figure pour l'abrégé : figure 1

Description

DISPOSITIF, KIT ET PROCÉDÉ D’ÉPURATION D’UN GAZ COMPORTANT MAJORITAIREMENT DU MÉTHANE Domaine technique de l’invention
La présente invention vise un dispositif, un kit et un procédé d’épuration d’un gaz comportant majoritairement du méthane. Elle s’applique, notamment, à l’épuration de biométhane et à sa mise en condition pour une injection dans un réseau de gaz naturel notamment en ce qui concerne la concentration en sulfure d’hydrogène (H2S) et en oxygène (O2) dans le gaz épuré.
 État de la technique
Les solutions existantes les plus économiques pour éliminer l’H2S reposent sur une épuration étagée. D’autres solutions existent pour des unités de méthanisation de grand volume utilisant, par exemple des absorbeurs-neutraliseurs (« scrubbers » en anglais) biologiques ou par adsorption à pression modulée sous vide ou non.
Une épuration étagée comporte une épuration primaire et une épuration secondaire. L’épuration primaire, réalisée par microaération, consiste à injecter de l’air enrichi en dioxygène directement dans les ciels gazeux des réacteurs de méthanisation, appelés également « digesteurs ». À cet endroit, une réaction biochimique opère sur des filets de désulfuration, une flore bactérioarchéenne métabolise l’H2S en présence d’O2pour former du soufre élémentaire directement sur ces filets de désulfuration. Le soufre s’accumule sur ces filets puis tombe dans les digesteurs où il est éliminé avec les digestats. L’épuration primaire ne permet pas d’abattre la concentration en H2S dans le gaz en sortie du réacteur de méthanisation jusqu’à des niveaux de concentration compatibles avec une injection sur un réseau de méthane.
L’épuration secondaire ou complémentaire est réalisée majoritairement par des procédés d’adsorption sur des charbons actifs activés. Le flux de biogaz à épurer issu de l’épuration primaire traverse un lit d’adsorbant constitué de charbons actifs sous la forme de granulés ou de poudres, l’H2S est capté par ces charbons actifs et le gaz sortant est donc débarrassé totalement de ce composé préjudiciable (cette technologie d’épuration permet d’obtenir des niveaux d’ultra-pureté si elle est mise en œuvre correctement).
La solution la plus économique pour abattre l’H2S, la microaération, nécessite l’ajout d’oxygène, non désiré dans le biogaz. Cet ajout d’oxygène soulève des problématiques de qualité, car la molécule d’O2est difficilement éliminable d’un flux de biogaz sans avoir recours à des solutions coûteuses.
Par ailleurs, la microaération ne permet pas d’abattre l’H2S à des niveaux de concentration suffisamment bas pour satisfaire les spécifications techniques d’injection dans un réseau de gaz naturel. Une épuration complémentaire est nécessaire afin d’atteindre des niveaux de pureté suffisants, cette épuration complémentaire est aujourd’hui très majoritairement réalisée par une adsorption sur charbons actifs.
Cette épuration complémentaire est bien plus coûteuse que l’épuration primaire qui ne nécessite que l’ajout d’oxygène enrichi au sein même du ciel gazeux des digesteurs. Ici, les charbons actifs sont progressivement saturés avec l’H2S résiduel provenant du flux issu de l’épuration primaire, une fois que le charbon actif est saturé et que l’H2S est transformé en soufre élémentaire par réaction chimique au sein du lit de charbon actif, il doit être changé ce qui représente des coûts importants de matière première, de gestion des déchets ainsi que des coûts liés au transport ainsi qu’à l’interruption du procédé lorsqu’il n’y a pas plusieurs filtres à charbons actifs en parallèle.
Pour des raisons économiques, les exploitants des digesteurs ont donc intérêt à favoriser l’épuration primaire en injectant de l’oxygène en excès de sorte à limiter la concentration en H2S en amont de l’épuration complémentaire afin de prolonger la durée de vie des charbons actifs et d’augmenter les performances des charbons actifs. En effet, les charbons actifs sont plus efficaces lorsque le dioxygène est injecté en excès. Ces méthodes d’exploitation soulèvent, cependant, des problématiques liées à l’augmentation de la teneur en oxygène dans le biométhane injecté, jusqu’à des teneurs atteignant parfois plusieurs milliers de ppm incompatibles avec certains usages sensibles à la présence de cette molécule.
Les solutions existantes pour éliminer l’H2S sont peu onéreuses et efficaces, mais elles nécessitent l’ajout de dioxygène en excès dans le biogaz et se retrouvent in fine dans le biométhane. Malheureusement, le dioxygène est un composé préjudiciable pour certains usages du biométhane, tout en compliquant l’exploitation et le stockage du méthane, notamment en nappes aquifères. Les usages pour lesquels le dioxygène est un composé préjudiciable sont, par exemple, les cycles combinés, certains fours, certains usages « molécule matière première » notamment la production d’ammoniaque par reformage du méthane.
Il existe d’autres technologies d’épuration de l’H2S, mais elles ne sont aujourd’hui que très peu employées dans la filière biométhane pour des raisons économiques. Par exemple, ces procédés sont de type épurateur-laveur (« scrubbers » en anglais) biologiques, lavage à l’eau, avec des alcools, des amines ou avec des solvants, procédé biologique, désoxygénant chimique sacrificiel (« scavenger » en anglais), réaction catalytique.
L’injection progressive du biométhane dans les réseaux pourrait conduire à perturber certains procédés en raison de la concentration croissante en dioxygène dans les réseaux.
Pour anticiper ces futures limitations, il est nécessaire de disposer de briques technologiques pour abattre cet oxygène résiduel ou de développer des méthodes d’épuration de l’H2S alternative limitant ou éliminant le besoin de recourir à l’injection d’O2 dans les digesteurs.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
Pour anticiper les futures limitations, il est nécessaire de disposer de briques technologiques pour abattre l’oxygène résiduel ou de développer des méthodes d’épuration de l’H2S alternatives limitant ou éliminant le besoin de recourir à l’injection d’O2dans les digesteurs.
Notamment, la présente invention permet d’utiliser un lit adsorbant régénéré en continu par les composants à épurer dans le gaz. Ceci permet donc d’avoir une solution d’épuration, moins chère, dont la gestion est facilitée, pour laquelle le lit adsorbant est moins régulièrement changé et qui permet de limiter la quantité d’oxygène injectée dans le réseau.
De plus, la solution peut être adaptée sous forme de kit pour des installations déjà existantes utilisant aujourd’hui des charbons actifs. Il est notamment possible de moderniser (« retrofitting » en anglais) des installations existantes sans changer les réacteurs de méthanisation et d’épuration installés.
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, du kit et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
FIG. 1représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
FIG. 2représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
FIG. 3représente, schématiquement, différents états de front de percée dans un réacteur d’épuration objet de la présente invention,
FIG. 4représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente 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.
L'expression "et/ou", telle qu'elle est utilisée dans le présent document et dans les revendications, doit être comprise comme signifiant "l'un ou l'autre ou les deux" des éléments ainsi conjoints, c'est-à-dire des éléments qui sont présents de manière conjonctive dans certains cas et de manière disjonctive dans d'autres cas. Les éléments multiples énumérés avec "et/ou" doivent être interprétés de la même manière, c'est-à-dire "un ou plusieurs" des éléments ainsi conjoints. D'autres éléments peuvent éventuellement être présents, autres que les éléments spécifiquement identifiés par la clause "et/ou", qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, une référence à "A et/ou B", lorsqu'elle est utilisée conjointement avec un langage ouvert tel que "comprenant" peut se référer, dans un mode de réalisation, à A seulement (incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à B seulement (incluant éventuellement des éléments autres que A) ; dans un autre mode de réalisation encore, à A et B (incluant éventuellement d'autres éléments) ; etc.
Tel qu'utilisé ici dans la description, "ou" doit être compris comme ayant la même signification que "et/ou" tel que défini ci-dessus. Par exemple, lorsqu'on sépare des éléments dans une liste, "ou" ou "et/ou" doit être interprété comme étant inclusif, c'est-à-dire l'inclusion d'au moins un, mais aussi de plus d'un, d'un nombre ou d'une liste d'éléments, et, facultativement, d'éléments supplémentaires non listés. Seuls les termes indiquant clairement le contraire, tels que "un seul des" ou "exactement un des", ou, lorsqu'ils sont utilisés dans les revendications, "consistant en", font référence à l'inclusion d'un seul élément d'un nombre ou d'une liste d'éléments.
Telle qu'elle est utilisée dans la présente description et dans les revendications, l'expression "au moins un", en référence à une liste d'un ou de plusieurs éléments, doit être comprise comme signifiant au moins un élément choisi parmi un ou plusieurs éléments de la liste d'éléments, mais n'incluant pas nécessairement au moins un de chaque élément spécifiquement énuméré dans la liste d'éléments et n'excluant pas toute combinaison d'éléments dans la liste d'éléments. Cette définition permet également la présence facultative d'éléments autres que les éléments spécifiquement identifiés dans la liste des éléments auxquels l'expression "au moins un" fait référence, qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, "au moins l'un de A et B" (ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A ou B", ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A et/ou B") peut se référer, dans un mode de réalisation, à au moins un, incluant éventuellement plus d'un, A, sans B présent (et incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B, sans A présent (et comprenant éventuellement des éléments autres que A) ; dans encore un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, A, et au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B (et comprenant éventuellement d'autres éléments) ; etc.
Dans les revendications, ainsi que dans la description ci-dessous, toutes les expressions transitoires telles que "comprenant", "incluant", "portant", "ayant", "contenant", "impliquant", "tenant", "composé de", et autres, doivent être comprises comme étant ouvertes, c'est-à-dire comme signifiant « incluant, mais non limité à ». Seules les expressions transitoires "consistant en" et "consistant essentiellement en" doivent être comprises comme des expressions transitoires fermées ou semi-fermées, respectivement.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.
On rappelle ici que « majoritairement » signifie qui est en plus grand nombre. Dans le cadre des gaz, un gaz comportant majoritairement un composant signifie que la concentration de ce composant dans le gaz est supérieure à la concentration de tous les autres composants dudit gaz. Par exemple, un gaz comportant trois composants A, B et C, dont les concentrations respectives représentent 45%, 30% et 25% du gaz est un gaz comportant majoritairement le composant A.
Dans la présente invention, un gaz comportant majoritairement du méthane signifie un gaz dans lequel la concentration de méthane est plus grande que la concentration de chacun des autres composants dudit gaz.
On observe, sur laFIG. 1, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention.
Le dispositif 100 d’épuration d’un gaz comportant majoritairement du méthane, le dispositif comportant au moins un réacteur de méthanisation 101 comportant :
- une entrée 104 de dioxygène,
- un moyen de régulation 105 du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation 101 par l’entrée de dioxygène 104 et
- une sortie 107 de gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène.
Un réacteur de méthanisation 101 comprend une chambre de réaction hermétique équipée de moyens d'agitation et de brassage pour favoriser la biodégradation anaérobie des matières organiques 102. La chambre de réaction est conçue pour maintenir des conditions optimales afin de favoriser la croissance des micro-organismes méthanogènes. La chambre de réaction comporte un lit de matière organique 102 et un ciel gazeux 103.
Préférentiellement, de manière connue de l’homme du métier, le réacteur de méthanisation 101 comporte un moyen d'alimentation en matière organique pour introduire, de manière contrôlée, les matières organiques dans la chambre de réaction. Les matières organiques peuvent être des résidus agricoles, des déchets alimentaires, ou des boues d'épuration, par exemple.
Préférentiellement, de manière connue de l’homme du métier, le réacteur de méthanisation 101 comporte un moyen de régulation de la température dans la chambre de réaction pour maintenir une température constante et optimale à l'intérieur de la chambre de réaction. Le moyen de régulation thermique comporte des systèmes de chauffage et de refroidissement, permettant ainsi d'optimiser les conditions de biodégradation, connus de l’homme du métier.
En outre, le réacteur de méthanisation 101 comporte un moyen de collecte et d’acheminement du biogaz du ciel gazeux 103, qui récupère le biogaz produit pendant l’étape de méthanisation et l’achemine vers la sortie 107 de gaz comportant majoritairement du méthane. On rappelle que le biogaz est composé majoritairement de méthane. Étant donné les réactions mises en œuvre dans l’étape de méthanisation, le biogaz comporte au moins du sulfure d’hydrogène. Le biogaz en sortie du réacteur de méthanisation 101 peut également comporter du dioxyde de carbone, de l’eau et du dioxygène. Le biogaz peut également comporter d'autres composés présents à l'état de traces tels que de l’azote, des siloxanes, et/ou des composés aromatiques volatils.
Préférentiellement, l’entrée de dioxygène 104 du réacteur de méthanisation 101 est connectée, par une conduite, à un générateur d’oxygène 106. Le générateur d’oxygène 106 est de type connu de l’homme du métier, par exemple par adsorption modulée en pression.
Le moyen de régulation 105 du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation 101 est, par exemple, une électrovanne, commandée par un automate de commande 118. L’électrovanne est de type proportionnelle, c’est-à-dire que la vanne est ouverte avec plus ou moins d’amplitude. Par exemple, l'ouverture de l’électrovanne peut être proportionnelle au courant électrique de l'alimentation, ou à la tension électrique de l'alimentation.
Le dispositif objet de la présente invention comporte également, en aval du réacteur de méthanisation 101, au moins un réacteur d’épuration 110 comportant :
- un lit 112 d’hydroxyde de fer,
- une entrée 110 du gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène connecté à la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 et
- une sortie 115 de gaz épuré comportant majoritairement du méthane.
Le réacteur d’épuration 111 présente une chambre fermée hermétique comportant un moyen de retenu du lit 112 d’hydroxyde de fer, telle une trémie. Le réacteur d’épuration 111 comporte l’entrée de gaz 110 et une sortie de gaz, de part et d’autre, du lit 112 d’hydroxyde de fer, de telle manière que le gaz à épurer traverse le lit 112 d’hydroxyde de fer. Des modes de réalisation de réacteurs d’épuration 111 sont connus de l’homme du métier.
Préférentiellement, le réacteur d’épuration 111 prend la forme d’un tronc de cylindre, dont l’axe est sensiblement vertical. L’entrée 110 du réacteur d’épuration 110 se situe sur l’une des bases du cylindre et la sortie 115 se situe sur l’autre base. Le lit d’hydroxyde de fer 112 est position entre l’entrée 110 et la sortie 115. Préférentiellement, la sortie 115 est positionnée sur la base la plus haute.
Préférentiellement, l’hydroxyde de fer est inséré dans le réacteur d’épuration 111, sous forme de granulés.
L’hydroxyde de fer du lit 112 réagit avec le sulfure d’hydrogène du gaz entrant dans le réacteur d’épuration 111 pour former des sulfures de fer selon la formule 1 ci-dessous :
[Math 1]
2 Fe(OH)3+ 3 H2S Fe2S3+ 6 H2O
Puis, les sulfures de fer réagissent avec l’oxygène du gaz entrant dans le réacteur d’épuration 111 pour former du soufre élémentaire et de l’hydroxyde de fer selon la formule 2 ci-dessous :
[Math 2]
Fe2S3+ 1,5 O2+ 3H2O 2 Fe(OH)3+ 3 S
L’oxygène et le sulfure d’hydrogène étant présents dans le gaz entrant dans le réacteur d’épuration 111, l’adsorption décrite par la formule 1 et la régénération décrite par la formule 2 sont simultanées et continues.
Le dispositif et le procédé objets de la présente invention permettent d’optimiser ces deux réactions chimiques.
Une conduite relie la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 à l’entrée 110 du réacteur d’épuration 111. Préférentiellement, la conduite est équipée d’un premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz circulant entre la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 et l’entrée 110 du gaz du réacteur d’épuration 111.
Dans des modes de réalisation préférentiels, la conduite est également équipée d’un premier capteur 109 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz circulant entre la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 et l’entrée 110 du gaz du réacteur d’épuration 111.
Le premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz et le premier capteur 109 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz peuvent être deux capteurs distincts connus de l’homme du métier ou un unique capteur d’analyse de la composition d’un gaz. Par exemple, le premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz et le premier capteur 109 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz sont au moins un chromatographe. Le premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz et le premier capteur 109 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz peuvent être positionnés sur la conduite qui relie la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 à l’entrée 110 du réacteur d’épuration ou sur une conduite de détournement.
Préférentiellement, le premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz et le premier capteur 109 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz fournissent la concentration mesurée à un automate de commande 118.
L’automate de commande 118 comporte un moyen d’envoi 120 d’une commande au moyen de régulation 106 du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la concentration en dioxygène captée.
Par exemple, l’automate de commande 118 peut exécuter des instructions de comparaison de la valeur de concentration en dioxygène captée avec au moins une valeur limite prédéterminée. En fonction du résultat de la comparaison, l’automate de commande 118, prépare et envoie une commande d’augmentation ou la diminution du débit de dioxygène injecté.
Préférentiellement, l’automate de commande 118 comporte :
- un moyen de calcul 119 d’un ratio entre la concentration en dioxygène captée et la concentration en sulfure d’hydrogène captée et
- un moyen d’envoi 120 d’une commande au moyen de régulation 106 du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction du ratio calculé.
L’automate de commande 118 est préférentiellement un microcontrôleur configuré pour stocker et exécuter des instructions programmées. Préférentiellement, l’automate de commande comporte :
- un moyen d’affichage, tel un écran et/ou des indicateurs lumineux,
- une interface utilisateur, tel un clavier,
- un moyen de communication, filaire ou sans-fil avec chaque capteur du dispositif objet de la présente invention,
- une mémoire configurée pour mémoriser les instructions exécutées.
Dans des modes de réalisation préférentiels, l’automate de commande 118 comporte un moyen de communication avec un système de gestion. Le système de gestion peut être une application hébergée sur un serveur configuré pour surveiller et commander à distance au moins un automate de commande.
Préférentiellement, le moyen de calcul 119 d’un ratio entre la concentration en dioxygène captée et la concentration en sulfure d’hydrogène captée est compris dans le microcontrôleur qui exécute des instructions de calcul dudit ratio. Le moyen d’envoi 120 d’une commande est un moyen de communication, filaire ou non, de l’automate de commande correspondante à un moyen de communication correspondant du moyen de régulation 106.
Préférentiellement, l’automate de commande 118 comporte un moyen de comparaison 121 du ratio calculé à au moins un ratio limite prédéterminé. Le moyen de comparaison 121 est, par exemple, le microcontrôleur exécutant des instructions de comparaison. Chaque ratio limite prédéterminé peut être enregistré dans une mémoire de l’automate de commande 118. Dans des modes de réalisation, le système de gestion est configuré pour définir chaque ratio limite prédéterminé et/ou modifier un ratio limite prédéterminé. Dans des modes de réalisation, un utilisateur peut, au moyen d’une interface utilisateur, définir chaque ratio limite prédéterminé et/ou modifier un ratio limite prédéterminé.
Préférentiellement, le moyen de comparaison compare le ratio calculé à :
- un premier ratio limite prédéterminé dit « ratio inférieur », et/ou
- un deuxième ratio limite prédéterminé dit « ratio supérieur ».
Le ratio inférieur représente un ratio pour lequel la quantité d’oxygène entrant dans le réacteur de méthanisation 101 est trop faible pour permettre la régénération de lit d’hydroxyde de fer en continu. Ainsi, lorsque le ratio calculé est inférieur au ratio inférieur, la commande comporte une instruction d’augmentation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation 101. Le moyen de régulation du débit 105 est commandé pour augmenter le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101. En d’autres termes, lorsque le moyen de régulation 105 est une électrovanne, l’électrovanne est plus ouverte qu’avant la comparaison.
Le ratio supérieur représente un ratio pour lequel l’oxygène est injecté en excès dans le réacteur de méthanisation 101 et se retrouve donc dans le flux de gaz à injecter sur le réseau. Ainsi, lorsque le ratio calculé est supérieur au ratio supérieur, la commande comporte une instruction de diminution du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation 101. Le moyen de régulation du débit 105 est commandé pour diminuer le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101. En d’autres termes, lorsque le moyen de régulation 105 est une électrovanne, l’électrovanne est plus fermée qu’avant la comparaison.
Lorsque le ratio calculé est compris entre le ratio inférieur et le ratio supérieur, le débit de dioxygène n’est pas modifié. En d’autres termes, lorsque le moyen de régulation 105 est une électrovanne, la position de la vanne est maintenue identique.
Préférentiellement, le ratio inférieur et le ratio supérieur sont sélectionnés en fonction des conditions opératoires et des dimensions du réacteur de méthanisation et/ou d’épuration.
Par ailleurs, si la contrainte principale concernant le gaz en sortie du dispositif 100 réside dans le fait d'avoir le moins d'O2possible, les valeurs ratios supérieur et inférieur peuvent être inférieures ou égales à 1, la valeur du ratio supérieur étant strictement supérieur à la valeur du ratio inférieur. Ceci permet d’assurer l’absence d'O2en sortie de réacteur au détriment d'une régénération en continu dégradée. En effet, davantage d'oxydes de fer seraient consommés, ce qui implique un changement plus fréquent du lit 112.
Inversement, si la contrainte principale concernant le gaz en sortie du dispositif 100 consiste à éliminer le plus d'H2S, le ratio inférieur est égal à 1,4 et encore plus préférentiellement égal à 1,5, et le ratio supérieur est égal à 1,8 et encore plus préférentiellement égal à 1,6.
Lorsque le ratio supérieur est supérieur ou égal à 1,7, il est possible de s’affranchir du réacteur 130 comportant un lit 131 de charbons actifs décrit ci-dessous. Alternativement, le réacteur 130 peut être conservé et sollicité très faiblement, ce qui permet de minimiser les coûts d’exploitation sur les charbons.
Les premiers capteurs, 108 et 109, l’automate de commande 118 et le moyen de régulation 105 définissent une boucle de rétroaction vertueuse visant à optimiser la quantité de dioxygène enrichit injecté en épuration primaire, c’est-à-dire dans le réacteur de méthanisation 101, selon différents régimes de fonctionnement. Les régimes de fonctionnement sont détaillés ci-dessous.
A - Lorsque flux d’O2compense exactement la charge en H2S du lit catalytique, alors l’injection d’O2dans le réacteur de méthanisation 101 est maintenue dans les mêmes proportions.
B- Lorsque, le flux d’O2est insuffisant pour régénérer le lit 112 d’adsorbant, alors l’H2S est en proportion trop importante comparativement à l’O2, le lit 112 se charge progressivement en sulfures de fer. Le fait d’augmenter le débit d’injection d’O2en épuration primaire a pour effet d’augmenter la teneur résiduelle en O2en entrée d’épuration secondaire, c’est-à-dire dans le réacteur d’épuration 111, mais également de diminuer la teneur en H2S à ce niveau, car l’épuration primaire serait favorisée par une injection d’O2plus importante.
C- Lorsque le flux d’O2est trop important pour régénérer le lit 112 d’adsorbant : l’O2est en trop grande concentration dans le lit qui se régénère plus vite qu’il ne se sature. Il n’est pas nécessaire d’injecter autant d’O2pour satisfaire les spécifications d’injection. Le fait de réduire le débit d’injection d’O2en épuration primaire a pour effet de diminuer la quantité d’O2disponible pour l’épuration primaire, dégradant ainsi les performances de cette étape d’épuration, le biogaz en sortie d’épuration primaire présente alors une concentration en O2qui diminue alors que la concentration en H2S augmente pour progressivement atteindre le régime de fonctionnement A.
La boucle de rétroaction ainsi créée par le dispositif objet de la présente invention est synergique et permet à l’épuration secondaire de fonctionner dans une plage de concentration optimale en faisant varier les débits d’injection en O2lors de l’épuration primaire. La présente invention permet d’équilibrer le fonctionnement du réacteur d’épuration 111 pour rester dans un régime stable et d’ainsi optimiser la régulation à la fois sur l’H2S et sur l’O2.
On note que la concentration en sulfure d’hydrogène en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 dépend des matières organiques insérées dans le réacteur de méthanisation 101. Il est donc nécessaire de surveiller continuellement la concentration en sulfure d’hydrogène en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101.
Dans des modes de réalisation, d’un premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz et le premier capteur 109 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz sont configurés pour réaliser des mesures simultanément à intervalles réguliers. Par exemple, les mesures sont réalisées à une fréquence de l’ordre des minutes ou des dizaines de minutes. Préférentiellement, la fréquence de mesure correspond à la fréquence d’échantillonnage nécessaire au fonctionnement d’au moins un capteur 108 et/ou 109. De plus, dans ces modes de réalisation, l’automate de commande 118 peut comporter un moyen de synchronisation d’une horloge interne de chaque capteur, 108 et 109, afin de réaliser les mesures de manière synchronisée.
Dans des modes de réalisation, l’automate de commande 118 peut envoyer une instruction de prise de mesure à chaque capteur, 108 et 109.
Préférentiellement, le moyen de calcul et le moyen d’envoi d’une commande sont donc mis en œuvre à chaque itération d’une mesure par chaque premier capteur, 108 et 109.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte, de plus, un deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz circulant en sortie 115 du réacteur d’épuration 111. Dans ces modes de réalisation, la commande envoyée par le moyen d’envoi d’une commande 120 est, de plus, en fonction de la concentration en dioxygène captée par le deuxième capteur 116.
Le deuxième capteur 116 peut correspondre à tout type de capteur de concentration en dioxygène connu de l’homme du métier.
Le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz peut être positionné sur la conduite issue de la sortie 115 du réacteur d’épuration 111 ou sur une conduite de détournement.
Préférentiellement, le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz peut comporter un moyen de communication, filaire ou non, avec l’automate programmable 118. Le moyen de communication est configuré pour fournir à l’automate programmable 118 chaque mesure effectuée. Dans des modes de réalisation, le moyen de communication est configuré pour :
- recevoir une instruction de synchronisation à une horloge interne de l’automate programmable 118, et/ou
- recevoir une instruction de prise de mesure.
Préférentiellement, le moyen de comparaison 121 est configuré pour comparer la valeur mesurée par le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration, à au moins une valeur limite prédéterminée.
Une première valeur limite prédéterminée correspond à une valeur au-delà de laquelle la composition du gaz en sortie du réacteur d’épuration 111 est représentative d’un défaut de régulation du débit de dioxygène en entrée du réacteur de méthanisation 101, mais reste compatible avec une injection du gaz dans un réseau de gaz naturel. Par exemple, la première valeur limite prédéterminée est égale à, 500ppm, 2000 ppm ou 2500 ppm.
Lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesurée par le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration est supérieure à la première valeur limite prédéterminée, une commande est générée par l’automate programmable 118 et envoyée par le moyen d’envoi 120 pour diminuer le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101.
Une deuxième valeur limite prédéterminée correspond à une valeur au-delà de laquelle la composition du gaz en sortie du réacteur d’épuration 111 est incompatible avec une injection du gaz dans un réseau de gaz naturel. Par exemple, la deuxième valeur limite prédéterminée est égale à, 1000ppm ou encore 4000 ppm.
Lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesurée par le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration est supérieure à la deuxième valeur limite prédéterminée, une commande est générée par l’automate programmable 118 et envoyée par le moyen d’envoi 120 pour :
- commuter le flux en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 sur un autre réacteur d’épuration 111,
- fermer l’entrée 110 du réacteur d’épuration 111,
- recirculer le flux en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 vers l’entrée du réacteur de méthanisation et avertir un utilisateur d’une nécessité de changer le lit d’hydroxyde de fer, et/ou
- réduire à zéro le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101 pour arrêter le procédé de fabrication et d’épuration du gaz.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte, de plus, un deuxième capteur 117 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz circulant en sortie 115 du réacteur d’épuration 111. Dans ces modes de réalisation, la commande envoyée par le moyen d’envoi d’une commande 120 est, de plus, en fonction de la concentration en sulfure d’hydrogène captée par le deuxième capteur 117.
Le deuxième capteur 117 peut correspondre à tout type de capteur de concentration en sulfure d’hydrogène connu de l’homme du métier.
Le deuxième capteur 117 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz peut être positionné sur la conduite issue de la sortie 115 du réacteur d’épuration 111 ou sur une conduite de détournement.
Le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz et le deuxième capteur 117 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz peuvent être deux capteurs distincts connus de l’homme du métier ou un unique capteur d’analyse de la composition d’un gaz.
Préférentiellement, le deuxième capteur 117 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz peut comporter un moyen de communication, filaire ou non, avec l’automate programmable 118. Le moyen de communication est configuré pour fournir à l’automate programmable 118 chaque mesure effectuée. Dans des modes de réalisation, le moyen de communication est configuré pour :
- recevoir une instruction de synchronisation à une horloge interne de l’automate programmable 118, et/ou
- recevoir une instruction de prise de mesure.
Préférentiellement, le moyen de comparaison 121 est configuré pour comparer la valeur mesurée par le deuxième capteur 117 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration 111, à au moins une valeur limite prédéterminée.
Une première valeur limite prédéterminée de concentration en sulfure d’hydrogène correspond à une valeur au-delà de laquelle la composition du gaz en sortie du réacteur d’épuration 111 est représentative d’une saturation du lit d’hydroxyde de fer, par exemple 2ppm.
Lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesurée par le deuxième capteur 117 d’une concentration en sulfure d’hydroxyde du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration 111 est supérieure à la première valeur limite prédéterminée, une commande est générée par l’automate programmable 118 et envoyée par le moyen d’envoi 120 pour :
- commuter le flux en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 sur un autre réacteur d’épuration 111,
- fermer l’entrée 110 du réacteur d’épuration 111,
- recirculer le flux en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 vers l’entrée du réacteur de méthanisation et avertir un utilisateur d’une nécessité de changer le lit d’hydroxyde de fer, et/ou
- réduire à zéro le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101 pour arrêter le procédé de fabrication et d’épuration du gaz.
Les modes de réalisation dans laquelle la commande concerne la commutation ou la recirculation sont décrits, ci-dessous, en regard laFIG. 2.
Une deuxième valeur limite prédéterminée de concentration en sulfure d’hydrogène correspond à une valeur en dessous de laquelle le gaz en sortie du réacteur d’épuration est conforme aux normes d’injection dans un réseau. Par exemple, la deuxième valeur limite prédétermine est égale à 3,6 ppm, et encore plus préférentiellement 0 ppm.
Lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesure par le deuxième capteur 117 de concentration en sulfure d’hydroxyde en sortie 115 du réacteur d’épuration 11 est inférieure ou égale à la deuxième valeur limite prédéterminée, et lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesurée par le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration est inférieure à la première valeur limite prédéterminée de concentration en dioxygène, aucune modification du débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101 n’est commandée.
Lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesure par le deuxième capteur 117 de concentration en sulfure d’hydroxyde en sortie 115 du réacteur d’épuration 111 est supérieure à la deuxième valeur limite prédéterminée, et lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesurée par le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration est inférieure à une troisième valeur limite prédéterminée de concentration en dioxygène, une commande est générée par l’automate programmable 118 et envoyée par le moyen d’envoi 120 pour augmenter le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101.
Par exemple, la troisième valeur limite prédéterminée de concentration en dioxygène est égale à 400 ppm.
Une telle situation est représentative d’un surdimensionnement du réacteur d’épuration et/ou d’un défaut de mesure par au moins l’un des premiers capteurs, 108 et 109.
Lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesure par le deuxième capteur 117 de concentration en sulfure d’hydrogène en sortie 115 du réacteur d’épuration 111 est supérieure à la première valeur limite prédéterminée, et lorsque le moyen de comparaison 121 détecte que la valeur mesurée par le deuxième capteur 116 d’une concentration en dioxygène du gaz en sortie 115 du réacteur d’épuration est inférieure à une troisième valeur limite prédéterminée de concentration en dioxygène, une commande est générée par l’automate programmable 118 et envoyée par le moyen d’envoi 120 pour :
- commuter le flux en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 sur un autre réacteur d’épuration 111,
- fermer l’entrée 110 du réacteur d’épuration 111,
- recirculer le flux en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 vers l’entrée du réacteur de méthanisation et avertir un utilisateur d’une nécessité de changer le lit d’hydroxyde de fer, et/ou
- réduire à zéro le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101 pour arrêter le procédé de fabrication et d’épuration du gaz.
Une telle situation est représentative d’un dysfonctionnement dans le réacteur d’épuration. Par exemple la troisième valeur limite prédéterminée est égale à 400ppm.
La réaction dans le lit 112 du réacteur d’épuration 111 peut être décrite par un front thermique. Le front thermique désigne la zone du lit 112 dans le réacteur d’épuration 111 dans laquelle un gradient de température apparait. Le front thermique se déplace au fur et à mesure que le réacteur fonctionne et que les réactions chimiques ou physiques se produisent, générant de la chaleur.
Comme indiqué ci-dessus, deux réactions se produisent dans le lit 112 :
- une réaction de capture de l'H2S et
- une réaction de régénération de l'adsorbant.
Chacune de ces deux réactions possède un front de réaction, c’est-à-dire une zone dans laquelle se produit la réaction associée. Ces zones peuvent se recouvrir.
La zone du front de percée désigne la percée de l'H2S. Lorsque cette zone s'approche du haut du réacteur 111 cela signifie que le lit 112 est saturé. Lorsque cette zone atteint le haut du réacteur 111, une partie de l'H2S ne réagit pas avec le lit 112, on dit alors qu'il y a percé.
Le front thermique correspond au front de la réaction de régénération qui est exothermique. En général, le front thermique est plus bas que le front de percée, car la réaction de régénération ne peut se produire que si le lit a déjà préalablement réagi avec l'H2S.
Si le gaz présente beaucoup d'H2S et peu d'O2, on peut avoir le front de percée tout en haut du réacteur 111 et le front thermique tout en bas du réacteur 111. Toutefois, si le ratio entre la concentration en dioxygène captée et la concentration en sulfure d’hydrogène captée est un ratio de l'ordre de 1,6, le front thermique suit le front de percée. Il y a alors un peu d'excès d'O2pour la réaction de régénération, mais cette régénération ne peut se produire que si l'H2S (en léger défaut) a réagi avec le lit. Dans ce cas le front de percée et le front thermique se situent globalement au même endroit.
Le déplacement du front thermique est notamment illustré en regard de laFIG. 3. LaFIG. 3représente différents états de front thermique dans un réacteur d’épuration 111 objet de la présente invention.
Le réacteur d’épuration 111 est représenté comme présentant une forme sensiblement en tronc de cylindre à base circulaire dont la base inférieure comporte l’entrée 110 de gaz et la base supérieure comporte la sortie 115 de gaz.
Le lit 112 d’hydroxyde de fer est représenté sous la forme de deux troncs de cylindres empilés à l’intérieur du réacteur d’épuration 111.
Dans les différents états, 301, 311 et 321 :
- le tronc de cylindre inférieur représente une zone dans laquelle la réaction d’adsorption (formule 1) est plus rapide que la réaction de régénération (formule 2) ou dans laquelle la réaction de régénération est impossible en absence d’oxygène, cette partie présente une coloration marron à noire, en d’autres termes, le tronc de cylindre inférieur représente une partie du lit dans lequel le fer est présent majoritairement sous forme de sulfure,
- le tronc de cylindre supérieur représente une zone dans laquelle la réaction d’adsorption (formule 1) est moins rapide que la réaction de régénération (formule 2) ou dans laquelle la réaction d’adsorption est impossible en absence de sulfure d’hydrogène, cette partie présente une coloration ocre à jaune, en d’autres termes, le tronc de cylindre supérieur représente une partie du lit dans lequel le fer est présent majoritairement sous forme d’hydroxyde,
L’état 301 représenté à gauche de laFIG. 3représente un fonctionnement dit « normal » dans lequel le ratio de la concentration d’oxygène sur la concentration de sulfure d’hydrogène en entrée du réacteur d’épuration 111 est, par exemple, de l’ordre de 1,6. Les réactions de chimisorption du sulfure d’hydrogène (formule 1) et de régénération du sulfure de fer par l’oxygène (formule 2) sont globalement équilibrées. Le front thermique, ou front de percée est visuellement fixe.
L’état 311 représenté au milieu de laFIG. 3représente un fonctionnement dans lequel le sulfure d’hydrogène est en excès. Le ratio de la concentration d’oxygène sur la concentration de sulfure d’hydrogène en entrée du réacteur d’épuration 111 est, par exemple, inférieur à 1,5. Les réactions de chimisorption du sulfure d’hydrogène sont plus rapides que les réactions de régénération du sulfure de fer par l’oxygène. Le front de percée progresse donc vers la sortie 115. Si le ratio n’est pas augmenté, le lit va finir par percer et l’ensemble du dispositif devra être arrêté, car la concentration en sulfure d’hydrogène dans le gaz en sortie du réacteur d’épuration dépassera la deuxième valeur limite prédéterminée de concentration en sulfure d’hydrogène, le gaz ne sera donc pas compatible avec une injection dans un réseau de biogaz.
L’état 321 représenté à droite de laFIG. 3représente un fonctionnement dans lequel l’oxygène est en excès. Le ratio de la concentration d’oxygène sur la concentration de sulfure d’hydrogène en entrée du réacteur d’épuration 111 est, par exemple, supérieur à 1,7. Les réactions de chimisorption du sulfure d’hydrogène sont plus lentes que les réactions de régénération du sulfure de fer par l’oxygène. Le front de percée régresse. Ceci signifie que plus d’oxygène est injecté dans le réacteur de méthanisation 101 que nécessaire ce qui dégrade la qualité du biométhane et augmente la consommation énergétique du dispositif 100. Le débit de dioxygène en entrée 104 du réacteur de méthanisation 101 doit donc être réduit.
Malgré la régénération du lit 112 simultanée à la réaction d’adsorption, une usure (autrement appelée « saturation ») du lit d’hydroxyde de fer se produit dans le lit 112 d’hydroxyde de fer. Ainsi, le front de percée progresse lentement vers la sortie 115 avec la saturation progressive du lit en soufre élémentaire sous la forme S8. La durée de vie du lit d’hydroxyde de fer n’est pas infinie même s’il est régénéré en continu.
Pour ces raisons, dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte, de plus, un moyen de mesure 113 d’une saturation du lit 112 d’hydroxyde de fer.
Le moyen de mesure 113 peut être au moins un capteur de température placé dans le lit d’hydroxyde de fer. Un tel capteur permet de détecter la position du front thermique dans le lit 112 d’hydroxyde de fer.
Un déplacement du front thermique, notamment vers la sortie 115 du réacteur d’épuration 111 signifie que le lit 112 d’hydroxyde de fer est en cours de saturation. Lorsque le lit 112 d’hydroxyde de fer est saturé, la régénération de l’hydroxyde de fer est inefficace et le lit 112 doit donc être remplacé.
Dans des modes de réalisation, le réacteur d’épuration 111 est équipé d’une paroi transparente à la lumière visible, contre le lit 112 d’hydroxyde de fer. Le moyen de mesure peut comporter une caméra configurée pour capturer au moins une image du lit d’hydroxyde de fer, et un moyen de traitement d’image configuré pour détecter la position du front thermique en fonction de l’image captée. Dans des modes de réalisation, le moyen de mesure peut comporter une caméra thermique, et un moyen de traitement d’image configuré pour détecter la position du front thermique en fonction de l’image captée à travers une paroi, opaque ou non, du réacteur d’épuration 111. En effet, le front thermique représente la séparation entre la partie du lit 112 d’hydroxyde de fer qui réagit selon la formule 1 et celle qui réagit selon la formule 2. La partie du lit 112 d’hydroxyde de fer qui réagit selon la formule 1 présente une couleur ocre ou jaune alors que la partie du lit 112 d’hydroxyde de fer qui réagit selon la formule 2 présente une couleur marron à noire.
Préférentiellement, l’automate de commande 118 comporte :
- un moyen de comparaison 122 de la saturation mesurée à une première saturation limite prédéterminée appelée « saturation d’alerte »,
- un moyen d’activation 123 d’une alerte lorsque la saturation mesurée est supérieure à la saturation d’alerte.
Le moyen de comparaison 122 est, par exemple, le microcontrôleur exécutant des instructions de comparaison.
Par exemple, une saturation d’alerte correspond à la position d’un front de percée, à une position supérieure à 90% de la hauteur du lit 112, en au moins un point du lit 112.
Le moyen d’activation 123 d’une alerte est, par exemple, le microcontrôleur envoyant un message d’alerte au système de gestion ou une commande d’émission d’une alerte sonore ou lumineuse.
Dans des modes de réalisation, représentés enFIG. 2, le dispositif 200 comporte, de plus, un moyen de détournement, 201 et 202, du gaz en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101. Les éléments représentés enFIG. 2ayant des références identiques aux éléments représentés enFIG. 1présentent des modes de réalisation similaires à ceux décrits ci-dessus.
LaFIG. 2représente notamment un deuxième réacteur d’épuration 211, comportant une entrée 210 reliée à la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 et une sortie 115. Le réacteur d’épuration 211 peut comporter un moyen de mesure 213 de la saturation du lit 212 d’hydroxyde de fer. Les modes de réalisation du deuxième réacteur d’épuration 211 sont similaires à ceux du premier réacteur d’épuration 111 décrits ci-dessus.
Dans le mode de réalisation représenté enFIG. 2, le conduit entre l’entrée 110 du premier réacteur d’épuration 111 et la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 est équipé d’une vanne commandée par l’automate 118. Similairement, le conduit entre l’entrée 210 du deuxième réacteur d’épuration 211 et la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 est équipé d’une vanne commandée par l’automate 118.
Préférentiellement, l’automate 118 comporte un moyen de comparaison 122 de la saturation mesurée à une deuxième saturation limite prédéterminée appelée « saturation critique », supérieure à la saturation d’alerte. L’automate 118 comporte de plus un moyen d’activation 124 du moyen de détournement, 201 et 202, du gaz en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 lorsque la saturation mesurée est supérieure à la saturation critique. Par exemple, le moyen d’activation 124 est un moyen de commande de la fermeture de la vanne, 201 ou 202, reliant la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 au réacteur d’épuration, 110 ou 210, alimenté en gaz et dont la saturation est critique et d’ouverture de la vanne, 201 ou 202, reliant la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 au réacteur d’épuration, 110 ou 210, non alimenté en gaz et dont le lit d’hydroxyde de fer présente une saturation plus faible.
Dans des modes de réalisation, le dispositif, 100 ou 200, comporte, de plus, un moyen d’extraction, 114 ou 214, d’une partie du lit, 112 ou 212 d’hydroxyde de fer et dans lequel, l’automate de commande 118 comporte un moyen d’envoi 120 d’une commande d’extraction d’une partie du lit d’hydroxyde de fer en fonction de la saturation mesurée.
Le moyen d’extraction, 114 ou 214, est, par exemple, un tapis configuré pour acheminer une partie du lit d’hydroxyde de fer saturé vers un réservoir de stockage en vue d’un traitement ultérieur. Le moyen d’extraction, 114 ou 214, peut comporter un moyen d’approvisionnement du lit 112 en hydroxyde de fer. Préférentiellement, la quantité d’hydroxyde de fer extraite est égale à la quantité approvisionnée. De cette manière, une partie du lit d’hydroxyde de fer peut être renouvelée avant que la saturation devienne critique. Ou, dans le mode de réalisation représenté enFIG. 2, lorsque la saturation d’un lit, 112 ou 212, a atteint la saturation critique, et lorsque le lit, 112 ou 212, n’est plus alimenté en gaz en sortie 107 du réacteur de méthanisation 101, l’hydroxyde de fer 112 ou 212, peut être intégralement remplacé.
Dans des modes de réalisation représentés enFIG. 2, la sortie 107 du réacteur de méthanisation 101 peut être acheminée vers une entrée 204 du réacteur de méthanisation 101. La conduite entre la sortie 107 et l’entrée 204 dans le réacteur de méthanisation 101 peut être équipée d’une vanne 203 commandée par l’automate 118. Une telle recirculation permet d’éviter d’alimenter chaque réacteur d’épuration, 114 et/ou 214, en cas de saturation des deux lits, 112 ou 212, d’hydroxyde de fer le temps de remplacer au moins l’un des deux lits.
Dans des modes de réalisation, l’automate de commande 118 comporte un moyen d’adaptation de la commande du moyen de régulation 105 du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation 101 en fonction de la saturation mesurée.
Par exemple, le moyen d’adaptation est le microcontrôleur configuré pour exécuter des instructions d’adaptation. Préférentiellement, le moyen d’adaptation est configuré pour appliquer un coefficient à la commande de débit envoyée au moyen de régulation 105. Le coefficient est préférentiellement proportionnel à la saturation du lit 112 d’hydroxyde de fer. Par exemple, lorsque le lit 112 est neuf, le coefficient est inférieur à 1 et lorsque le lit est usé, le coefficient est supérieur à 1.
Les figures 1 et 2 représentent également, connecté à la sortie 115, du réacteur d’épuration, 110 ou 210, un moyen de séparation 125 de dioxyde de carbone du méthane. Un tel moyen est connu de l’homme du métier et comporte une sortie de méthane 127 et une sortie de dioxyde de carbone 126. Le gaz épuré et séparé du dioxyde de carbone peut être acheminé vers un moyen de séparation 128 de l’eau du méthane, connu de l’homme du métier. Le moyen de séparation 128 comporte un moyen de stockage de l’eau et un une sortie 129 du gaz épuré et séparé de l’eau et du dioxyde de carbone. Sortie 129 du séparateur 128 peut être acheminé vers un réacteur d’épuration 130 comportant un lit de charbon actif 131, connu de l’homme du métier. Le gaz en sortie 132 d’un tel épurateur est apte à être injecté dans un réseau de méthane.
La présente invention vise également un dispositif d’épuration d’un gaz comportant majoritairement du méthane, le dispositif par exemple tel que décrit en regard des figures 1 et 2, comportant :
- au moins un réacteur de méthanisation comportant :
- une entrée de dioxygène,
- un moyen de régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation par l’entrée de dioxygène et
- une sortie de gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène,
- au moins un réacteur d’épuration comportant :
- une entrée du gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène connecté à la sortie du réacteur de méthanisation et
- une sortie de gaz épuré comportant majoritairement du méthane.
Le kit comporte, les éléments représentés en figures 1 et 2, et notamment :
- un lit 112 d’hydroxyde de fer,
- un premier capteur 108 d’une concentration en dioxygène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration ;
- un automate de commande 118 comportant un moyen d’envoi 120 d’une commande au moyen de régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la concentration en dioxygène captée.
On observe, en figue 4, un procédé 400 objet de la présente invention.
Le procédé d’épuration 400 d’un gaz comportant majoritairement du méthane, comporte :
- une étape de méthanisation 401 dans un réacteur de méthanisation comportant :
- une entrée de dioxygène,
- un moyen de régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation par l’entrée de dioxygène et
- une sortie de gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène,
le procédé 400 comportant :
- une étape d’épuration 402 dans un réacteur d’épuration comportant :
- un lit d’hydroxyde de fer,
- une entrée du gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène connecté à la sortie du réacteur de méthanisation et
- une sortie de gaz épuré comportant majoritairement du méthane,
- une étape de mesure 403 d’une concentration en dioxygène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration ;
- une étape de commande 407 d’une régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la concentration en dioxygène captée.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le procédé comporte, de plus :
- une étape de mesure 404 d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration,
- une étape de commande 405 comportant :
- une étape de calcul 406 d’un ratio entre la concentration en dioxygène captée et la concentration en sulfure d’hydrogène captée et
- une étape de commande 407 d’une régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction du ratio calculé.
Préférentiellement, les moyens des dispositifs 100 et/ou 200 sont configurés pour mettre en œuvre les étapes du procédé 400 et leurs modes de réalisation tels qu’exposés ci-dessus et le procédé 400 ainsi que ses différents modes de réalisation peuvent être mis en œuvre par les moyens du dispositif 100 et/ou 200, sous forme d’étapes correspondantes.

Claims (13)

  1. Dispositif d’épuration (100, 200) d’un gaz comportant majoritairement du méthane, le dispositif comportant :
    - au moins un réacteur de méthanisation (101) comportant :
    - une entrée (104) de dioxygène,
    - un moyen de régulation(105) du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation par l’entrée de dioxygène et
    - une sortie (107) de gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène,
    - le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte :
    - au moins un réacteur d’épuration (111, 211) comportant :
    - un lit (112, 212) d’hydroxyde de fer,
    - une entrée (110, 210) du gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène connecté à la sortie du réacteur de méthanisation et
    - une sortie (115) de gaz épuré comportant majoritairement du méthane,
    - un premier capteur (108) d’une concentration en dioxygène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration ;
    - un automate de commande (118) comportant un moyen d’envoi (120) d’une commande au moyen de régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la concentration en dioxygène captée.
  2. Dispositif d’épuration (100, 200) selon la revendication 1, qui comporte, de plus, un premier capteur (109) d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration, et dans lequel l’un automate de commande (118) comporte :
    - un moyen de calcul (119) d’un ratio entre la concentration en dioxygène captée et la concentration en sulfure d’hydrogène captée et
    - un moyen d’envoi (120) d’une commande au moyen de régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction du ratio calculé.
  3. Dispositif d’épuration (100, 200) selon la revendication 2, dans lequel l’automate de commande (118) comporte un moyen de comparaison (121) du ratio calculé à un premier ratio limite prédéterminé dit « ratio inférieur », et lorsque le ratio calculé est inférieur au ratio inférieur, la commande comporte une instruction d’augmentation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation.
  4. Dispositif d’épuration (100, 200) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel l’automate de commande (118) comporte un moyen de comparaison (121) du ratio calculé à un deuxième ratio limite prédéterminé dit « ratio supérieur », et lorsque le ratio calculé est supérieur au ratio supérieur, la commande comporte une instruction de diminution du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation.
  5. Dispositif d’épuration (100, 200) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, de plus, un deuxième capteur (116) d’une concentration en dioxygène du gaz circulant en sortie du réacteur d’épuration et dans lequel la commande envoyée par l’automate de commande (118) est, de plus, en fonction de la concentration en dioxygène captée par le deuxième capteur.
  6. Dispositif d’épuration (100, 200) selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte, de plus, un deuxième capteur (117) d’une concentration en sulfure d’hydrogène du gaz circulant en sortie du réacteur d’épuration et dans lequel la commande envoyée par l’automate de commande (118) est, de plus, en fonction de la concentration en sulfure d’hydrogène captée par le deuxième capteur.
  7. Dispositif d’épuration (100, 200) selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte, de plus, un moyen de mesure (113, 213) d’une saturation du lit d’hydroxyde de fer.
  8. Dispositif d’épuration (100, 200) selon la revendication 7, dans lequel l’automate de commande (118) comporte :
    - un moyen de comparaison (122) de la saturation mesurée à une première saturation limite prédéterminée appelée « saturation d’alerte »,
    - un moyen d’activation (123) d’une alerte lorsque la saturation mesurée est supérieure à la saturation d’alerte.
  9. Dispositif d’épuration (200) selon la revendication 8, qui comporte, de plus, un moyen de détournement (201, 202) du gaz en sortie (107) du réacteur de méthanisation (101), l’automate de commande (118) comportant :
    - un moyen de comparaison (122) de la saturation mesurée à une deuxième saturation limite prédéterminée appelée « saturation critique », supérieure à la saturation d’alerte et
    - un moyen d’activation (124) du moyen de détournement du gaz en sortie du réacteur de méthanisation lorsque la saturation mesurée est supérieure à la saturation critique.
  10. Dispositif d’épuration (100, 200) selon l’une des revendications 7 à 9, qui comporte, de plus, un moyen d’extraction (114, 214) d’une partie du lit d’hydroxyde de fer et dans lequel, l’automate de commande (118) comporte un moyen d’envoi d’une commande d’extraction d’une partie du lit d’hydroxyde de fer en fonction de la saturation mesurée.
  11. Dispositif d’épuration (100, 200) selon l’une des revendications 7 à 10, l’automate de commande (118) comporte un moyen d’adaptation de la commande du moyen de régulation (105) du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la saturation mesurée.
  12. Kit pour un dispositif d’épuration (100, 200) d’un gaz comportant majoritairement du méthane, le dispositif (100, 200) comportant :
    - au moins un réacteur de méthanisation (101) comportant :
    - une entrée (104) de dioxygène,
    - un moyen de régulation (105) du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation par l’entrée de dioxygène et
    - une sortie (107) de gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène,
    - au moins un réacteur d’épuration (111, 211) comportant :
    - une entrée (110, 210) du gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène connecté à la sortie du réacteur de méthanisation et
    - une sortie (115) de gaz épuré comportant majoritairement du méthane ;
    caractérisé en ce que le kit comporte :
    - un lit (112, 212) d’hydroxyde de fer,
    - un premier capteur (108) d’une concentration en dioxygène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration ;
    - un automate de commande (118) comportant un moyen d’envoi (120) d’une commande au moyen de régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la concentration en dioxygène captée.
  13. Procédé d’épuration (400) d’un gaz comportant majoritairement du méthane, le procédé comportant :
    - une étape de méthanisation (401) dans un réacteur de méthanisation (101) comportant :
    - une entrée (104) de dioxygène,
    - un moyen de régulation (105) du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation par l’entrée de dioxygène et
    - une sortie (107) de gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène,
    le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte :
    - une étape d’épuration (402) dans un réacteur d’épuration (111, 211) comportant :
    - un lit (112, 212) d’hydroxyde de fer,
    - une entrée (110, 210) du gaz comportant majoritairement du méthane et au moins du sulfure d’hydrogène connecté à la sortie du réacteur de méthanisation et
    - une sortie (115) de gaz épuré comportant majoritairement du méthane,
    - une étape de mesure (403) d’une concentration en dioxygène du gaz circulant entre la sortie du réacteur de méthanisation et l’entrée du gaz du réacteur d’épuration ;
    - une étape de commande (405) comportant une étape de commande (407) d’une régulation du débit de dioxygène injecté dans le réacteur de méthanisation en fonction de la concentration en dioxygène captée.
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