FR3118716A3 - Biogas production plant with water evaporation - Google Patents
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Abstract
Installation de production de biogaz comprenant : Un digesteur apte à produire du biogaz comprenant de l’eau comme impureté, Une unité de purification du biogaz, Au moins un groupe froid, Un compresseur, Un moyen de récupérer l’eau en sortie de l’unité de purification du biogaz et Un moyen d’évaporer l’eau à l’aide de la chaleur du compresseur et/ou de la chaleur du groupe froid.Biogas production facility comprising: A digester capable of producing biogas including water as an impurity, A biogas purification unit, At least one cold unit, A compressor, A means of recovering the water leaving the biogas purification unit and A means of evaporating water using compressor heat and/or chiller heat.
Description
La présente invention est relative à une installation de production de biogaz comprenant un moyen d’évaporation de l’eau contenue dans le biogaz.The present invention relates to a biogas production plant comprising a means for evaporating the water contained in the biogas.
Le biogaz est le gaz produit lors de la dégradation de matières organiques en l’absence d’oxygène (fermentation anaérobie) encore appelée méthanisation. Il peut s’agir d’une dégradation naturelle – on l’observe ainsi dans les marais ou les décharges d’ordures ménagères – mais la production de biogaz peut aussi résulter de la méthanisation de déchets dans un réacteur dédié, et dont les conditions sont contrôlées, appelé méthaniseur ou digesteur, puis éventuellement dans un post-digesteur similaire au digesteur et permettant de pousser plus loin la réaction de méthanisation.Biogas is the gas produced during the degradation of organic matter in the absence of oxygen (anaerobic fermentation) also called methanization. This may be a natural degradation – it can thus be observed in marshes or household waste dumps – but the production of biogas can also result from the methanization of waste in a dedicated reactor, and whose conditions are controlled, called a methanizer or digester, then possibly in a post-digester similar to the digester and allowing the methanization reaction to be pushed further.
On appellera biomasse tout groupement de matières organiques pouvant se transformer en énergie à travers ce processus de méthanisation e.g. boues de station d'épuration, fumiers/lisiers, résidus agricoles, cultures énergétiques, déchets alimentaires...En Europe, les résidus agricoles et cultures énergétiques (dédiées ou intermédiaires) représentent une grande part des biomasses traitées, notamment en Allemagne et Autriche, puis en France. En Allemagne, 15% des digesteurs agricoles sont opérés en mono-digestion, c’est-à-dire, avec 100% de cultures. La majorité des digesteurs mélangent les cultures avec du fumier/lisier (co-digestion).Biomass will be called any group of organic matter that can be transformed into energy through this methanization process, e.g. sludge from wastewater treatment plants, manure/slurry, agricultural residues, energy crops, food waste, etc. In Europe, agricultural residues and crops Energy sources (dedicated or intermediate) represent a large share of processed biomass, particularly in Germany and Austria, then in France. In Germany, 15% of agricultural digesters are operated in mono-digestion, that is to say, with 100% of crops. The majority of digesters mix crops with manure/slurry (co-digestion).
Le digestat est le résidu de la biomasse après digestion anaérobie. Le digestat est généralement pâteux, riche en carbone, azote, potassium, phosphore et oligoéléments. Ses propriétés pour la fertilisation et/ou amendement des sols sont reconnues, tout en étant d’origine biologique et générant moins d’odeurs que les lisiers ou fumiers classiquement épandus. Le digestat est épandu selon une procédure strictement encadrée.Digestate is the biomass residue after anaerobic digestion. The digestate is generally pasty, rich in carbon, nitrogen, potassium, phosphorus and trace elements. Its properties for fertilizing and/or soil amendment are recognized, while being of biological origin and generating less odor than conventionally spread slurry or manure. The digestate is spread according to a strictly supervised procedure.
Le digesteur, c’est-à-dire le réacteur dédié à la méthanisation de la biomasse, est une cuve fermée, chauffée ou non (opération à une température fixée, entre la température ambiante et 55°C) et dont le contenu constitué de la biomasse est brassé, en continu ou séquentiel. Les conditions dans le digesteur sont anaérobies et le biogaz généré se retrouve dans l'espace de tête du digesteur (ciel gazeux), où il est prélevé. Les post-digesteurs sont similaires aux digesteurs.The digester, i.e. the reactor dedicated to the methanization of biomass, is a closed tank, heated or not (operation at a fixed temperature, between ambient temperature and 55°C) and whose content consists of the biomass is stirred, continuously or sequentially. Conditions in the digester are anaerobic and the generated biogas ends up in the digester headspace (gas headspace), where it is taken. Post-digesters are similar to digesters.
De par ses constituants principaux – méthane et dioxyde de carbone – le biogaz est un puissant gaz à effet de serre ; il constitue aussi, parallèlement, une source d’énergie renouvelable appréciable dans un contexte de raréfaction des énergies fossiles.Due to its main constituents – methane and carbon dioxide – biogas is a powerful greenhouse gas; it also constitutes, at the same time, an appreciable source of renewable energy in a context of scarcity of fossil fuels.
Le biogaz contient majoritairement du méthane (CH4) et du dioxyde de carbone (CO2) dans des proportions variables en fonction du mode d’obtention et du substrat mais peut également contenir, en moindres proportions de l’eau, de l’azote, de l’hydrogène sulfuré (H2S), de l’oxygène, ainsi que des composés organiques autres, à l’état de traces, dont le H2S, entre 10 et 50,000 ppmv.Biogas mainly contains methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) in varying proportions depending on the method of production and the substrate, but may also contain, in smaller proportions, water, nitrogen, hydrogen sulphide (H2S), oxygen, as well as other organic compounds, in trace amounts, including H2S, between 10 and 50,000 ppmv.
Selon les matières organiques dégradées et les techniques utilisées, les proportions des composants diffèrent, mais en moyenne le biogaz comporte, sur gaz sec, de 30 à 75% de méthane, de 15 à 60% de CO2, de 0 à 15% d’azote, de 0 à 5% d’oxygène et des composés traces.Depending on the organic matter degraded and the techniques used, the proportions of the components differ, but on average biogas contains, on dry gas, 30 to 75% methane, 15 to 60% CO2, 0 to 15% nitrogen, 0 to 5% oxygen and trace compounds.
Avant séchage le biogaz comporte de l’eau comme impureté. La solution actuelle consiste à collecter toute l’eau condensée dans l’unité de purification et à l’envoyer vers un pot à condensat dédié, lui-même relié au pot à condensat principal du site.Before drying, the biogas contains water as an impurity. The current solution is to collect all the condensed water in the purification unit and send it to a dedicated condensate pot, itself connected to the site's main condensate pot.
Cette situation n’est pas optimale car le pot à condensat génère de nombreuses contraintes de mise en œuvre. Il faut par exemple que celui-ci soit hors gel pour qu’en cas d’arrêt de l’installation on puisse redémarrer même s’il fait froid. Il faut aussi intégrer autour de celui-ci une zone Atex car des vapeurs de gaz inflammables peuvent s’y trouver. Enfin, si on souhaite limiter cette zone Atex en rendant le pot étanche il faut se protéger contre un débordement ou un contre un envoi ou un retour de pression des autres systèmes connectés avec ce pot à condensat.This situation is not optimal because the condensate trap generates many implementation constraints. For example, it must be frost-free so that if the installation stops, it can be restarted even if it is cold. It is also necessary to integrate around it an Atex zone because flammable gas vapors can be found there. Finally, if you wish to limit this Atex zone by making the pot watertight, you must protect yourself against an overflow or against a sending or a return of pressure from the other systems connected with this condensate pot.
Ce pot nécessite une maintenance périodique (curage) qui n’est pas facile à réaliser et qui nécessite l’arrêt de l’unité. Enfin, il faut souvent lui adjoindre une pompe de relevage dont on doit s’assurer du bon fonctionnement et qu’il faut maintenir.This pot requires periodic maintenance (cleaning) which is not easy to carry out and which requires the unit to be stopped. Finally, it is often necessary to add a sump pump, the proper functioning of which must be ensured and which must be maintained.
Partant de là, un problème qui se pose est de fournir une installation de production de biogaz comprenant un nouveau moyen pour éliminer l’eau.From there, a problem that arises is to provide a biogas production facility comprising a new means for removing water.
Une solution de la présente invention est une installation de production de biogaz comprenant :A solution of the present invention is a biogas production facility comprising:
- Un digesteur apte à produire du biogaz comprenant de l’eau comme impureté,A digester capable of producing biogas including water as an impurity,
- Une unité de purification du biogaz,A biogas purification unit,
- Au moins un groupe froid,At least one cold group,
- Un compresseur,A compressor,
- Un moyen de récupérer l’eau en sortie de l’unité de purification du biogaz etA means of recovering the water leaving the biogas purification unit and
- Un moyen d’évaporer l’eau à l’aide de la chaleur du compresseur et/ou de la chaleur du groupe froid.A means of evaporating water using compressor heat and/or chiller heat.
Autrement dit, la solution selon l’invention proposée consiste à utiliser la chaleur du compresseur qui n’est pas entièrement valorisée ou celle dégagée par les groupes froids pour évaporer cette eau et ainsi pouvoir se passer de pot à condensat et de ses contraintes inhérentes.In other words, the solution according to the proposed invention consists in using the heat of the compressor which is not entirely recovered or that released by the cold units to evaporate this water and thus be able to do without a condensate trap and its inherent constraints.
Concrètement, il s’agirait de collecter l’ensemble de l’eau produite par l’unité de purification biogaz vers un échangeur sur lequel on la ferait ruisseler. Cet échangeur serait équipé de ventilateurs afin d’augmenter l’échange thermique et utiliserait l’huile chaude du circuit de refroidissement du compresseur pour vaporiser l’eau. L’échangeur serait conçu de sorte à pouvoir être nettoyé en phase de maintenance sans devoir arrêter l’unité.Concretely, it would be a question of collecting all the water produced by the biogas purification unit towards an exchanger on which it would run off. This exchanger would be equipped with fans to increase heat exchange and would use the hot oil from the compressor cooling circuit to vaporize the water. The exchanger would be designed so that it can be cleaned during the maintenance phase without having to shut down the unit.
Selon le cas l’installation selon l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :Depending on the case, the installation according to the invention may have one or more of the characteristics below:
- le compresseur comprend un circuit de refroidissement avec de l’huile et le moyen d’évaporer l’eau comprend un échangeur mettant en œuvre l’huile du circuit de refroidissement.the compressor comprises a cooling circuit with oil and the means for evaporating the water comprises an exchanger using the oil from the cooling circuit.
- l’unité de purification du biogaz est une unité de séchage.the biogas purification unit is a drying unit.
- le groupe froid est compris dans l’unité de séchage.the cold unit is included in the drying unit.
- le compresseur est en aval du digesteur et de l’unité de purification de biogaz.the compressor is downstream of the digester and the biogas purification unit.
- l’installation comprend une unité de séparation membranaire en aval de l’unité de purification du biogaz.the installation includes a membrane separation unit downstream of the biogas purification unit.
La présente invention a également pour objet un procédé de production de biogaz mettant en œuvre une installation selon l’invention, et comprenant :The present invention also relates to a method for producing biogas using an installation according to the invention, and comprising:
- Une étape de production de biogaz comprenant de l’eau comme impureté au moyen du digesteur,A biogas production stage including water as an impurity by means of the digester,
- Une étape de purification du biogaz au moyen de l’unité de purification du biogaz,A biogas purification step using the biogas purification unit,
- Une étape de compression du biogaz au moyen du compresseur,A stage of compression of the biogas by means of the compressor,
- Une étape de récupération de l’eau en sortie de l’unité de purification du biogaz,A water recovery step at the outlet of the biogas purification unit,
- Une étape d’évaporation de l’eau récupérée à l’étape d) à l’aide de la chaleur du compresseur.A stage of evaporation of the water recovered in stage d) using the heat of the compressor.
De manière préférentielle, le procédé selon l’invention comprend une étape de séparation membranaire de manière à produire du biométhane en aval de la compression.Preferably, the process according to the invention comprises a step of membrane separation so as to produce biomethane downstream of the compression.
Claims (8)
- Un digesteur apte à produire du biogaz comprenant de l’eau comme impureté,
- Une unité de purification du biogaz,
- Au moins un groupe froid,
- Un compresseur,
- Un moyen de récupérer l’eau en sortie de l’unité de purification du biogaz et
- Un moyen d’évaporer l’eau à l’aide de la chaleur du compresseur et/ou de la chaleur du groupe froid.
- A digester capable of producing biogas including water as an impurity,
- A biogas purification unit,
- At least one cold group,
- A compressor,
- A means of recovering the water leaving the biogas purification unit and
- A means of evaporating water using compressor heat and/or chiller heat.
- Une étape de production de biogaz comprenant de l’eau comme impureté au moyen du digesteur,
- Une étape de purification du biogaz au moyen de l’unité de purification du biogaz,
- Une étape de compression du biogaz au moyen du compresseur,
- Une étape de récupération de l’eau en sortie de l’unité de purification du biogaz,
- Une étape d’évaporation de l’eau récupérée à l’étape d) à l’aide de la chaleur du compresseur.
- A biogas production step including water as an impurity by means of the digester,
- A biogas purification step by means of the biogas purification unit,
- A stage of compression of the biogas by means of the compressor,
- A water recovery step at the outlet of the biogas purification unit,
- A stage of evaporation of the water recovered in stage d) using the heat from the compressor.
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