FR3157218A3

FR3157218A3 - Appareil et procédé de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux, et Installation comprenant un tel appareil

Info

Publication number: FR3157218A3
Application number: FR2314874A
Authority: FR
Inventors: François BARRAUD
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2025-06-27

Abstract

Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux d’alimentation (1) comprenant du dioxyde de carbone et du méthane, ledit flux gazeux d’alimentation comprenant au moins 90% mol du dioxyde de carbone et entre 0,5 et 10% mol du méthane, et ledit appareil comprenant un compresseur (8) configuré pour comprimer le flux gazeux d’alimentation (1) à une pression comprise entre 2 barg et 16 barg, une unité (3) de séparation par membrane configurée pour recevoir le flux gazeux d’alimentation (1) et pour fournir un perméat (2) et un rétentat (4), un conduit d’alimentation (5) du flux gazeux d’alimentation (1) à l’unité (3) de séparation par membrane, et un conduit de recyclage (9) du rétentat (4) configuré pour envoyer le rétentat (4) à une unité de production et/ou stockage de biogaz. Figure d’abrégé : Fig. 1

Description

Appareil et procédé de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux, et Installation comprenant un tel appareil

L’invention concerne un appareil et un procédé de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux, et une installation comprenant un tel appareil.

L’invention concerne plus particulièrement un appareil de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux d’alimentation comprenant du dioxyde de carbone et du méthane, ledit flux gazeux d’alimentation comprenant au moins 90% mol du dioxyde de carbone, en particulier au moins 95% mol ou 97% mol du dioxyde de carbone, et entre 0,5 et 10% mol du méthane, en particulier entre 0,5 et 5% mol ou entre 0,5 et 3% mol du méthane.

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 dans un post-digesteur, similaire au digesteur et permettant de pousser plus loin la réaction de méthanisation. 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 dans un post-digesteur, similaire au digesteur et permettant de pousser plus loin la réaction de méthanisation.

On appellera biomasse tout groupement de matières organiques pouvant se transformer en énergie à travers ce processus de méthanisation par exemple : boues de station d'épuration, fumiers/lisiers, résidus agricoles, déchets alimentaires...

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.

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.

Le biogaz contient majoritairement du méthane (CH4) et du dioxyde de carbone (CO2) dans des proportions variables en fonction du mode d'obtention mais également, en moindres proportions de l'eau, de l'azote, de l'hydrogène sulfuré, de l'oxygène, ainsi que des composés organiques autres, à l'état de traces.

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.

Le biogaz est valorisé de différentes manières. Il peut, après un traitement léger, être valorisé à proximité du site de production pour fournir de la chaleur, de l'électricité ou un mélange des deux (la cogénération); la teneur importante en dioxyde de carbone réduit son pouvoir calorifique, augmente les coûts de compression et de transport et limite l'intérêt économique de sa valorisation à cette utilisation de proximité.

Une purification plus poussée du biogaz permet sa plus large utilisation, en particulier, une purification poussée du biogaz permet d'obtenir un biogaz épuré aux spécifications du gaz naturel et qui pourra lui être substitué ; le biogaz ainsi purifié est le « biométhane ». Le biométhane complète ainsi les ressources de gaz naturel avec une partie renouvelable produite au cœur des territoires ; il est utilisable pour exactement les mêmes usages que le gaz naturel d'origine fossile. Il peut alimenter un réseau de gaz naturel, une station de remplissage pour véhicules, il peut aussi être liquéfié pour être stocké sous forme de gaz naturel liquide (GNL).

Les modes de valorisation du biométhane sont déterminés en fonction des contextes locaux : besoins énergétiques locaux, possibilités de valorisation en tant que biométhane carburant, existence à proximité de réseaux de distribution ou de transport de gaz naturel notamment. Créant des synergies entre les différents acteurs œuvrant sur un territoire (agriculteurs, industriels, pouvoirs publics), la production de biométhane aide les territoires à acquérir une plus grande autonomie énergétique.

Plusieurs étapes doivent être franchies entre la collecte du biogaz et l'obtention du biométhane, produit final apte à être comprimé ou liquéfié.

En particulier, plusieurs étapes sont nécessaires avant le traitement qui vise à séparer le dioxyde de carbone pour produire un courant de méthane purifié. Une première étape consiste à comprimer le biogaz qui a été produit et acheminé à pression atmosphérique, cette compression peut être obtenue - de façon classique - via un compresseur. Les étapes suivantes visent à débarrasser le biogaz des composants corrosifs que sont le sulfure d'hydrogène et les composés organiques volatils (COV), les technologies utilisées sont de façon classique l'adsorption à pression modulée (PSA) et le piégeage sur charbon actif. Vient ensuite l'étape qui consiste à séparer le dioxyde de carbone pour disposer en fin de méthane à la pureté requise pour son usage ultérieur.

Le dioxyde de carbone est un contaminant typiquement présent dans le gaz naturel dont il est courant de devoir le débarrasser. Des technologies variées sont utilisées pour cela en fonction des situations ; parmi celles-ci, la technologie membranaire est particulièrement performante lorsque la teneur en CO2 est élevée ; elle est donc pour séparer le CO2 présent dans le biogaz, provenant des gaz de décharge ou des digesteurs de déchets végétaux ou animaux.

Il est préférable que les installations permettant la production d’un flux gazeux enrichi en méthane puissent contrôler la perte de méthane.

Partant de là, un problème qui se pose est de fournir un appareil permettant de réduire le méthane qui part à l'évent d’un épurateur de biogaz.

A cette fin, l’appareil selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu’il comprend un compresseur configuré pour comprimer le flux gazeux d’alimentation à une pression comprise entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg, une unité de séparation par membrane configurée pour recevoir le flux gazeux d’alimentation et pour fournir un perméat et un rétentat, un conduit d’alimentation du flux gazeux d’alimentation à l’unité de séparation par membrane, et un conduit de recyclage du rétentat configuré pour envoyer le rétentat à une unité de production et/ou stockage de biogaz.

Un tel appareil permet de valoriser un flux gazeux qui est autrement rejeté dans l'atmosphère par l'évent d'un épurateur de biogaz et de réduire la perte de méthane dans un processus de production de biométhane conforme aux spécifications, en particulier pour injection dans un réseau de gaz naturel.

Selon une réalisation, le compresseur est un compresseur à vitesse variable.

Selon une réalisation, le conduit d’alimentation du flux gazeux d’alimentation comprend au moins le compresseur, un capteur de pression configuré pour mesurer la pression du flux gazeux d’alimentation, un variateur de vitesse du compresseur et une boucle de régulation et contrôle de la pression du flux gazeux d’alimentation.

Selon une réalisation, le conduit de recyclage comprend une vanne.

Selon une réalisation, l’unité de séparation par membrane comprend au moins une membrane plus perméable au dioxyde de carbone qu'au méthane.

L’invention concerne en outre une installation de production de biométhane comprenant une unité de production et/ou de stockage de biogaz, une unité de purification du biogaz issu de l’unité de production et/ou de stockage de biogaz, ladite unité de purification du biogaz étant configurée pour produire un premier flux gazeux enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz et un deuxième flux gazeux enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz, et l’appareil de traitement par perméation membranaire tel que décrit ci-dessus, le conduit d’alimentation étant relié à l’unité de purification du biogaz et configuré pour alimenter le premier flux gazeux enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz à l’unité de séparation par membrane, et le conduit de recyclage du rétentat étant relié à l’unité de production et/ou de stockage de biogaz.

Selon une réalisation, l’unité de production et/ou de stockage de biogaz est un digesteur ou un post-digesteur ou un gazomètre.

Selon une réalisation, l’unité de purification du biogaz comprend ou est une unité de type PSA et/ou une unité de type lavage, en particulier une unité de traitement au moyen d’une colonne de lavage, et/ou une unité de séparation par distillation cryogénique et/ou une unité de traitement par perméation membranaire comportant au moins une unité de séparation par membrane, par exemple, au moins deux unités de séparation par membrane.

Selon une réalisation, l’installation comprend un conduit de récupération du deuxième flux gazeux enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz.

Selon une réalisation, le deuxième flux gazeux enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone est le biométhane, produit final.

L’invention concerne en outre un procédé de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux d’alimentation comprenant du dioxyde de carbone et du méthane, ledit flux gazeux d’alimentation comprenant au moins 90% mol du dioxyde de carbone, en particulier au moins 95% mol ou 97% mol du dioxyde de carbone, et entre 0,5 et 10% mol du méthane, en particulier entre 0,5 et 5% mol ou entre 0,5 et 3% mol du méthane, et ledit procédé comprenant une étape de compression du flux gazeux d’alimentation à une pression entre 2 et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg, une étape d’alimentation du flux gazeux d’alimentation comprimé à l’unité de séparation par membrane, une étape de traitement du flux gazeux d’alimentation dans l’unité de séparation par membrane pour produire un perméat enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au flux gazeux d’alimentation et un rétentat enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au flux gazeux d’alimentation, et une étape de recyclage du rétentat vers une unité de production de biogaz et/ou un stockage de méthane.

Selon une réalisation, l’étape de compression du flux gazeux d'alimentation comprend une étape de mesure de la pression du flux gazeux d’alimentation avant compression.

Selon une réalisation, le flux gazeux d’alimentation est comprimé en fonction de la mesure de pression et/ou de la position d’ouverture d’une vanne en aval, par exemple située à une sortie de l’unité de séparation par membrane.

Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de contrôle de pression de l’unité de séparation par membrane.

L’invention concerne en outre un procédé de production de biométhane comprenant une étape de fourniture du biogaz de l’unité de production et/ou de stockage de biogaz à l’unité de purification du biogaz, une étape de purification du biogaz issu de l’unité de production et/ou de stockage de biogaz dans l’unité de purification du biogaz pour produire un premier flux gazeux enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz et un deuxième flux gazeux enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz, une étape de compression du premier flux gazeux à une pression entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg, une étape d’alimentation du premier flux gazeux comprimé à l’unité de séparation par membrane, une étape de traitement du premier flux gazeux dans l’unité de séparation par membrane pour produire un perméat enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au premier flux gazeux et un rétentat enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au premier flux gazeux, et une étape de recyclage du rétentat vers l’unité de production et/ou un stockage de biogaz.

Selon une réalisation, l’étape de compression du premier flux gazeux comprend une étape de mesure de la pression du premier flux gazeux avant compression.

Selon une réalisation, le premier flux gazeux est comprimé en fonction de la mesure de pression et/ou de la position d’ouverture d’une vanne en aval, par exemple située à une sortie de l’unité de séparation par membrane.

Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de production de biogaz dans l’unité de production de biogaz.

Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de prétraitement du biogaz issu de l’unité de production et/ou de stockage de biogaz avant purification, pour éliminer au moins une partie de l’eau et/ou de l’hydrogène sulfuré et/ou les composés organiques volatils présent(s) dans le biogaz.

Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de compression du biogaz, en particulier du biogaz prétraité, avant l’étape de purification.

Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de récupération du deuxième flux gazeux enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz en tant que biométhane, comme produit final.

L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.

D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :

FIG. 1représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de réalisation de structure et de fonctionnement d’un appareil selon l’invention,

FIG. 2représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de réalisation de structure et de fonctionnement d’une installation selon l’invention.

Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.

Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

L’appareil 100 de traitement par perméation membranaire est apte à recevoir un flux gazeux d’alimentation 1 comprenant du dioxyde de carbone et du méthane. Le flux gazeux d’alimentation 1 comprend au moins 90% mol du dioxyde de carbone et entre 0,5 et 10% mol du méthane. Plus particulièrement, le flux gazeux d’alimentation 1 comprend au moins 95% mol du dioxyde de carbone et entre 0,5 et 5% mol du méthane. Plus particulièrement, le flux gazeux d’alimentation 1 comprend au moins 97 % mol et entre 0,5 et 3% mol du méthane. Encore plus particulièrement, le flux gazeux d’alimentation 1 comprend au moins 99,5% mol du dioxyde de carbone et jusqu’à 0,5% mol du méthane.

Le flux gazeux d’alimentation 1 provient de préférence de l’évent d’un épurateur de biogaz, par exemple une unité de type PSA (“Pressure Swing Adsorption” en anglais) et/ou une unité de type lavage, en particulier une unité de traitement au moyen d’une colonne de lavage, et/ou une unité de séparation par distillation cryogénique et/ou une unité de traitement par perméation membranaire comportant au moins une unité de séparation par membrane, par exemple, au moins deux unités ou au moins trois unités de séparation par membrane.

L’appareil 100 comprend un compresseur 8 configuré pour comprimer le flux gazeux d’alimentation 1 à une pression comprise entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg. Le compresseur 8 est par exemple un compresseur à vitesse variable.

L’appareil 100 comprend au moins une unité de séparation par membrane 3 configurée pour recevoir le flux gazeux d’alimentation 1 et pour fournir un perméat 2 et un rétentat 4.

Comme schématisé à laFIG. 1, l’appareil 100 comprend une unité de séparation par membrane 3 et un conduit d’alimentation 5 du flux gazeux d’alimentation 1 à l’unité 3 de séparation par membrane.

Le conduit 5 d’alimentation comprend une extrémité amont configurée pour être reliée à une source du flux gazeux 1 d’alimentation. La source du flux gazeux 1 d’alimentation est de préférence l’évent d’un épurateur de biogaz. Le conduit 5 d’alimentation comprend en outre une extrémité aval reliée à une entrée de l’unité 3 de séparation par membrane.

L’unité 3 de séparation par membrane comprend une entrée reliée à l’extrémité aval du conduit 5 d’alimentation pour recevoir le flux gazeux 1 d’alimentation, une sortie du rétentat 4 et une sortie du perméat 2.

Le conduit 5 d’alimentation peut comprendre au moins le compresseur 8, un capteur de pression 7 configuré pour mesurer la pression du flux gazeux d’alimentation 1, un variateur de vitesse du compresseur 8 et une boucle 10 de régulation et contrôle de la pression du flux gazeux d’alimentation 1.

Le compresseur 8, par exemple grâce au capteur de pression 7 mesurant la pression en amont (pression à l’admission par exemple), vient prendre le flux gazeux 1 et maintient cette pression amont aux alentours de la pression atmosphérique en accélérant ou en ralentissant la compression grâce à son variateur de vitesse.

Une vanne 6, en particulier une vanne de régulation de la pression du flux gazeux d’alimentation 1, peut être prévue, par exemple au niveau de la sortie de rétentat 4 de l’unité 3 de séparation par membrane, pour comprimer le flux gazeux 1 à travers le compresseur 8 à une pression par exemple comprise entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg.

Le flux gazeux d’alimentation 1 est comprimé par exemple en fonction de la mesure de pression et/ou de la position d’ouverture de la vanne 6.

L’unité de séparation par membrane 3 est configurée pour recevoir le flux gazeux d’alimentation 1 comprimé et pour fournir un perméat 2 et un rétentat 4. Le perméat 2 est enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au flux gazeux d’alimentation 1.

Le perméat 2 contient moins de 0,5 % de méthane. Le perméat 2 peut être récupéré en vue d'une valorisation ultérieure du CO2 ou rejeté dans l’atmosphère.

Le rétentat 4 est enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au flux gazeux d’alimentation 1. Par exemple, le rétentat 4 contient au moins 99.5% du méthane contenu dans le flux gazeux d’alimentation 1.

L’unité 3 de séparation par membrane permet de récupérer au moins 99,5% du méthane dans le flux gazeux d’alimentation 1.

L’unité 3 de séparation par membrane peut comprendre une ou plusieurs membranes plus perméables au dioxyde de carbone qu’au méthane.

L’appareil 100 comprend en outre un conduit 9 de recyclage du rétentat 4 configuré pour envoyer le rétentat 4 à une unité de production et/ou stockage de biogaz.

Le conduit 9 de recyclage comprend une extrémité amont reliée à la sortie du rétentat 4 de l’unité 3 de séparation par membrane et une extrémité aval configurée pour être reliée à une unité de production et/ou stockage de biogaz, par exemple un digesteur et/ou un post-digesteur et/ou un gazomètre.

Le conduit 9 de recyclage peut comprendre une vanne 6 en aval de l’unité 3 de séparation par membrane, par exemple au niveau de la sortie de rétentat 4.

La vanne 6 permet de contrôler la pression dans l'unité 3 de séparation membranaire, ce qui permet de séparer le CO2 du CH4 dans l'unité 3 de séparation par membrane.

L’installation 200 représenté à laFIG. 2est un exemple d’installation de production du biométhane comprenant l’appareil 100 de traitement par perméation membranaire décrit ci-dessus.

L’installation 200 comprend une unité 11 de production et/ou de stockage de biogaz, par exemple un digesteur et/ou un post-digesteur et/ou un gazomètre, et une unité 13 de purification du biogaz 12 issue de l’unité 11 de production et/ou de stockage de biogaz.

Le biogaz 12 issu de l’unité 11 de production et/ou de stockage de biogaz peut être prétraité dans une unité de prétraitement avant d’être fourni à l’unité 13 de purification du biogaz pour éliminer au moins une partie de l’eau et/ou de l’hydrogène sulfuré et/ou les composés organiques volatils présent(s) dans le biogaz 12. De préférence, le biogaz prétraité peut être comprimé avant d'être introduit dans l’unité 13 de purification du biogaz à une pression nécessaire pour une épuration du biogaz dans l’unité 13 de purification.

L’unité 13 de purification du biogaz est configurée pour produire un premier flux gazeux 1 enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz 12 et un deuxième flux gazeux 20 enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz 12 fourni à cette unité 13. L’unité 13 de purification du biogaz comprend une entrée reliée à l’unité 11 de production et/ou de stockage de biogaz, une sortie du premier flux gazeux 1 et une sortie du deuxième flux gazeux 20. La sortie du premier flux gazeux 1 est par exemple l’évent de l’unité 13 de purification du biogaz.

L’unité de purification 13 du biogaz peut comprendre ou être une unité de type PSA et/ou une unité de type lavage, en particulier une unité de traitement au moyen d’une colonne de lavage, et/ou une unité de séparation par distillation cryogénique et/ou une unité de traitement par perméation membranaire comportant au moins une unité de séparation par membrane, par exemple, au moins deux unités de séparation par membrane.

Le premier flux gazeux 1 comprend au moins 90% mol du dioxyde de carbone et entre 0,5 et 10% mol du méthane. Plus particulièrement, le premier flux gazeux 1 comprend au moins 95% mol du dioxyde de carbone et entre 0,5 et 5% mol du méthane. Plus particulièrement, le premier flux gazeux 1 comprend au moins 97 % mol et entre 0,5 et 3% mol du méthane. Encore plus particulièrement, le premier flux gazeux comprend au moins 99,5% mol du dioxyde de carbone et jusqu’à 0,5% mol du méthane.

L’installation 200 peut comprendre un conduit de récupération 19 du deuxième flux gazeux 20 enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz 12. Le conduit 19 de récupération comprend en particulier une extrémité amont reliée à la sortie du deuxième flux gazeux 20.

Le deuxième flux gazeux 20 peut être récupéré en tant que produit final. En particulier, le deuxième flux gazeux 20 est du biométhane à la pureté requise pour son usage ultérieur, par exemple pour l’injection dans un réseau de gaz naturel.

Comme illustré, l’extrémité amont du conduit 5 d’alimentation est reliée à la sortie du premier flux gazeux 1, en particulier l’évent de l’unité 13 de purification du biogaz, et l’extrémité aval du conduit 5 d’alimentation est reliée à l’entrée de l’unité 3 de séparation par membrane.

Le premier flux gazeux 1 sortant de l’unité 13 de purification du biogaz est alimenté par le conduit 5 d’alimentation à l’unité 3 de séparation par membrane de l’appareil 100 de traitement par perméation membranaire.

Le premier flux gazeux 1 est comprimé à une pression comprise entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg, par le compresseur 8, avant d’être introduit dans l’unité 3 de séparation par membrane. De préférence, la pression du premier flux gazeux 1 est mesurée avant compression. Le flux gazeux d’alimentation 1 est comprimé par exemple en fonction de la mesure 7 de pression et/ou de la position d’ouverture d’une vanne 6 en aval, par exemple située à une sortie, un particulier la sortie du rétentat 4, de l’unité de séparation par membrane 3.

Le premier flux gazeux 1 comprimé est traité dans l’unité 3 de séparation par membrane et séparé en perméat 2 enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au premier flux gazeux 1 et en rétentat 4 enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au premier flux gazeux 1.

La pression de l’unité 3 de séparation par membrane peut être contrôlée par une vanne 6 située en aval de l’unité 3 de séparation par membrane, par exemple au niveau de la sortie de rétentat 4.

Comme schématisé, le conduit 9 de recyclage comprend une extrémité amont reliée à la sortie du rétentat 4 de l’unité 3 de séparation par membrane et une extrémité aval reliée à l’unité 11 de production et/ou stockage de biogaz. Le rétentat 4 est recyclé vers l’unité 11 de production et/ou stockage de biogaz via le conduit 9 de recyclage.

Claims

Appareil (100) de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux d’alimentation (1) comprenant du dioxyde de carbone et du méthane, ledit flux gazeux d’alimentation comprenant au moins 90% mol du dioxyde de carbone, en particulier au moins 95% mol ou 97% mol du dioxyde de carbone, et entre 0,5 et 10% mol du méthane, en particulier entre 0,5 et 5% mol ou entre 0,5 et 3% mol du méthane, et ledit appareil comprenant:
un compresseur (8) configuré pour comprimer le flux gazeux d’alimentation (1) à une pression comprise entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg,

une unité (3) de séparation par membrane configurée pour recevoir le flux gazeux d’alimentation (1) et pour fournir un perméat (2) et un rétentat (4),

un conduit d’alimentation (5) du flux gazeux d’alimentation (1) à l’unité (3) de séparation par membrane, et

un conduit de recyclage (9) du rétentat (4) configuré pour envoyer le rétentat (4) à une unité de production et/ou stockage de biogaz.
Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur (8) est un compresseur à vitesse variable et en ce que le conduit d’alimentation (5) du flux gazeux d’alimentation comprend au moins le compresseur (8), un capteur de pression (7) configuré pour mesurer la pression du flux gazeux d’alimentation (1), un variateur de vitesse du compresseur (8) et une boucle de régulation et contrôle (10) de la pression du flux gazeux d’alimentation (1).
Appareil (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit de recyclage (9) comprend une vanne (6).
Appareil (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’unité de séparation par membrane (3) comprend au moins une membrane plus perméable au dioxyde de carbone qu'au méthane.
Installation (200) de production de biométhane comprenant:
une unité de production et/ou de stockage (11) de biogaz (12),

une unité de purification (13) du biogaz issu de l’unité de production et/ou de stockage (11) de biogaz, ladite unité de purification (13) du biogaz étant configurée pour produire un premier flux gazeux (1) enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz (12) et un deuxième flux gazeux (20) enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz (12), et

l’appareil (100) de traitement par perméation membranaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 4,
le conduit d’alimentation (5) étant relié à l’unité de purification (13) du biogaz et configuré pour alimenter le premier flux gazeux (1) enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz (12) à l’unité (3) de séparation par membrane, et
le conduit de recyclage (9) du rétentat (4) étant relié à l’unité (11) de production et/ou de stockage de biogaz.
Installation (200) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l’unité (11) de production et/ou de stockage de biogaz est un digesteur ou un post-digesteur ou un gazomètre.
Installation (200) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que l’unité de purification (13) du biogaz comprend ou est une unité de type PSA et/ou une unité de type lavage, en particulier une unité de traitement au moyen d’une colonne de lavage, et/ou une unité de séparation par distillation cryogénique et/ou une unité de traitement par perméation membranaire comportant au moins une unité de séparation par membrane, par exemple, au moins deux unités de séparation par membrane.
Installation (200) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisée en ce qu’elle comprend un conduit de récupération (19) du deuxième flux gazeux (20) enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz (12).
Procédé de traitement par perméation membranaire d’un flux gazeux d’alimentation (1) comprenant du dioxyde de carbone et du méthane, ledit flux gazeux d’alimentation comprenant au moins 90% mol du dioxyde de carbone, en particulier au moins 95% mol ou 97% mol du dioxyde de carbone, et entre 0,5 et 10% mol du méthane, en particulier entre 0,5 et 5% mol ou entre 0,5 et 3% mol du méthane, et ledit procédé utilisant l’appareil (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et comprenant:
une étape de compression du flux gazeux d’alimentation (1) à une pression entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg,

une étape d’alimentation du flux gazeux d’alimentation (1) comprimé à l’unité de séparation par membrane (3),

une étape de traitement du flux gazeux d’alimentation (1) dans l’unité de séparation par membrane (3) pour produire un perméat (2) enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au flux gazeux d’alimentation (1) et un rétentat (4) enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au flux gazeux d’alimentation (1), et

une étape de recyclage du rétentat (4) vers une unité de production de biogaz et/ou un stockage de méthane.
Procédé selon la revendication 9, caractérisée en ce que l’étape de compression du flux gazeux d'alimentation (1) comprend une étape de mesure (7) de la pression du flux gazeux d’alimentation (1) avant compression, le flux gazeux d’alimentation (1) étant comprimé par exemple en fonction de la mesure (7) de pression et/ou de la position d’ouverture d’une vanne (6) en aval, par exemple située à une sortie de l’unité de séparation par membrane (3).
Procédé selon la revendication 9 ou 10, comprenant une étape de contrôle de pression de l’unité (3) de séparation par membrane.
Procédé de production de biométhane utilisant l’installation (200) selon l’une quelconque des revendications 5 à 11, ledit procédé comprenant:
une étape de fourniture du biogaz (12) de l’unité de production et/ou de stockage (11) de biogaz à l’unité de purification (13) du biogaz,

une étape de purification du biogaz (12) issu de l’unité de production et/ou de stockage (11) de biogaz dans l’unité de purification (13) du biogaz pour produire un premier flux gazeux (1) enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au biogaz (12) et un deuxième flux gazeux (20) enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au biogaz (12),

une étape de compression du premier flux gazeux (1) à une pression entre 2 barg et 16 barg, de préférence entre 4 barg et 8 barg,

une étape d’alimentation du premier flux gazeux (1) comprimé à l’unité (3) de séparation par membrane,

une étape de traitement du premier flux gazeux (1) dans l’unité (3) de séparation par membrane pour produire un perméat (2) enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en méthane par rapport au premier flux gazeux (1) et un rétentat (4) enrichi en méthane et appauvri en dioxyde de carbone par rapport au premier flux gazeux (1), et

une étape de recyclage du rétentat (4) vers l’unité (11) de production et/ou un stockage de biogaz.
Procédé selon la revendication 12, caractérisée en ce que l’étape de compression du premier flux gazeux (1) comprend une étape de mesure de la pression du premier flux gazeux (1) avant compression, le premier flux gazeux (1) étant comprimé par exemple en fonction de la mesure (7) de pression et/ou de la position d’ouverture d’une vanne (6) en aval, par exemple située à une sortie de l’unité de séparation par membrane (3).