Brevet FR2346448A1 — publié le 19771028

L'invention a trait a une installation pour la production d'un melange de gaz comportant principalement du methane par fermentation de vegetaux et en particulier du fumier. On a deja realise à ce jour des installations pour la production d'un me lange de gaz comportant principalement du méthane, me lange obtenu par fermentation de vegetaux et du fumier. Ces installations sont fondees sur le procede connu de la fermentation anaerobie. Toutefois, en raison d'un grand nombre d'inconvenients, ces installations n' ont pas donne les resultats souhaites du fait qu'il n'etait prevu entre-autres ni des moyens de maintien a une temperature désirée des matériaux en fermentation anaérobie a une valeur constante, ni des moyens de deplacement des cuves contenant le fumier.Par ailleurs, les installations connues etaient depourvues de tout appareillage de remplissage rationnel des semences de fermentation dans le dernier temps de fermentation aerobie et de tout systeme de recuperation desdites semences de fermentation. Le but de la presente invention est de remedier aux inconvenients des installations connues en proposant une installation pour la production d'un me lange de gaz comportant principalement du méthane obtenu par la fermentation anaerobie de vegetaux et de fumier. Le fumier de cheval, vache, porc, mouton, etc... est constitué en grande partie de végétaux tel que la paille. Une telle installation suivant l'invention permet la production d'un melange de gaz colp portant environ 55 % de méthane et 35 % de gaz carbonique. Ce mélange de gaz est utilisable, entre-autres pour la production, d'une part, d'energie de chauffage, d'énergie motrice, d'énergie électrique, d'énergie de réfrigération et, d'autre part, de gaz carbonique pour serres et autres utilisations. L'installation selon l'invention présente de nombreux avantages du fait que lton prévoit un systeme de vidange rapide des masses fermentees tout en utilisant un minimum de dépense d'énergie. Cette dépense minima d'energie est principalement obtenue du fait que les parois extérieures des cuves de fermentation comportent une isolation rationnelle et que l'amenée de l'oxygene dans les cuves lors de la premiere phase de fermentation aérobie se fait sans utilisation d'énergie. De plus, on peut récupérer l'énergie calorifique produite par la réaction exothermique de la premiere phase de fermentation aérobie par suite de l'utilisation d'un changeur régulé sur le circuit de chauffage de ladite installation.Pour aider le travail des bactéries, on prévoit, par l'intermédiaire d'un systeme de suspension des cuves de fermentation, une mobilité facile des masses en fermentation anaérobie, ce systeme comportant des étriers permettant l'acces facile des cuves par les remorques particulierement avantageuses pour la vidange desdites cuves. Par ailleurs, cette installation comporte un gazometre spécialement étudié et décrit ci-apres évitant la constitution permanente d'un gros volume de gaz par suite d'addition de cellules d'utilisa tion multiples, donc adaptées à n importe quel besoin. A cet effet, l'invention concerne une installation pour la production d'un mélange de gaz comportant principalement du méthane par fermentation anaérobie de végétaux caractérisée en ce qu'elle comporte, en combinaison, au moins trois cuves de fermentation, recevant les déchets de végétaux soumis à la fermentation anaérobie, des moyens de stockage, d'amenée puis de recyclage de semences de fermentation, des moyens pour maintenir les déchets de végétaux contenus dans les cuves à la température constante optimale pour la fermentation et des moyens d'évacuation et de stockage des gaz produits dans les cuves. L'invention sera bien comprise en se référant a la description suivante faite a titre d'exemple non limitatif et aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une installation suivant l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique, en coupe par un plan axial,d'une cuve de fermentation suivant l'invention - la figure 3 est une demi-vue en coupe par un plan transversal suivant la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique, de dessus, d'un gazomètre faisant partie de l'installation suivant l'invention. On se réfère maintenant a la figure 1 sur laquelle est représentée une installation pour la production de mélange de gaz comportant principalement du méthane par fermentation anaérobie de végétaux, en particulier du fumier, comprenant trois cuves 1 dans lesquelles s'effectue le processus de fermentation anaérobie des végétaux traités. La cuve I est montée à pivotement autour d'un axe horizontal et transversal 2 de maniere à permettre le basculement de la cuve et d'évacuation du contenu. A cet effet, la cuve est pourvue de bras 3 montés à pivotement sur un bâti fixe 4 ayant une forme générale d'étrier. La cuve 1 comporte également un couvercle 5 monté à coulissement dans un plan horizontal, en particulier le long d'un axe 6 perpendiculaire à l'axe 2 de pivotement de la cuve.A cet effet, le couvercle 5 est pourvu de glissieres ou tout autre moyen équivalent coopérant avec des rails 7 du bac. L'étanchéité entre la cwe proprement dite et le couvercle 5 est assurée au moyen d'un joint torique déformable 8, en matière plastique par exemple, gonflé à l'air et logé dans une chambre prévue à cet effet. Un manomètre 9 permet de contrôler la pression d'air dans le joint torique et donc de s'assurer de la bonne étanchéité existant entre la cuve proprement dite et le couvercle. On prévoit un moyen pour l'épandage du fumier en provenance de la glissiere de l'evacuateur de fumier placée en position surélevée. Ce moyen est constitué par un entonnoir de forme spéciale qui descend dans un diffuseur adapté à la matiere à traiter. De ce fait, le fumier est placé en forme de couronne d'une manière uniforme en utilisant la totalité du volume des cuves en fermenta tion utilisées à cet effet. Le bâti 4 comporte un étrier permettant, d'une part, de positionner la cuve en cours de fermentation respectivement en phase d'attente et, d'autre part, L'évacuation du contenu de la cuve directement vers une remorque épandeuse de fumier ou autre engin de transbordement. La fermentation aérobie se réalise en deux phases successives, l'une étant l'oxydation des végétaux par I'intermédiaire de l'oxygène et la seconde étant la phase d'ensemencement. La cuve proprement dite, voir figure 2, comprend une enceinte externe 10 en acier mi-doux courant et une enceinte interne 11, en acier spécial ou acier mi-doux normal recouvert d'un enduit de protection adéquat, définissant un espace 12 dans lequel circule un fluide chaud destiné à maintenir dans la cuve une température constante. Ce fluide est, en particulier, de l'eau a 37 degrés environ. Enfin, le couvercle 5 et l'enceinte externe 10 sont pourvus d'un calorifugeage 13a,13b en laine de roche par exemple,recouvert de tôle d'aluminium. Une armature 14 comprenant des longerons et des arceaux tubulaires permet de rigidifier la cuve et d'éviter toute déformation de celle-ci lors du remplissage ou de la vidange. En sa partie centrale, la cuve comporte un tube 15 disposé verticalement au centre de ladite cuve. La partie inférieure 17 du tube 15 émerge du fond 18 de la cuve 1. Selon un mode de réalisation, on peut prévoir à l'intérieur de la cuve 1 un panier interne tubulaire nécessaire lors d'une oxydation insuffisante par l'oxygène des matériaux cellulosiques lors de la première phase de la fermentation aérobie. Ce panier interne est nécessaire dans les exploitations agricoles comportant des écuries démunies d'évacuateur de fumier. Les orifices superieur 19a et inférieur 19b du tube 15 sont susceptibles d'être obturés par des organes de fermeture appropriés, selon nécessité du processus de fermentation. Au fond de la cuve, le tube 15 est garni d'un diffuseur 20 garni de trous et donc l'utilité apparaîtra ultérieurement. Une grille amovible 21 empêchant la remontée des végétaux lors de l'adjonction à ceux-ci de semences animales est placée à la partie supérieure de la cuve proprement dite. Des sondes de température 22 plongeant dans la cuve permettent de mesurer les températures de la masse de végétaux en fermentation aérobie et, de ce fait, de mesurer la durée de la réaction exothermique lors de la fermentation aérobie et le degré de cette fermentation. D'autre part, il est prévu un ou plusieurs orifices de prises d'échantillons, de matières en fermentation. Il est nécessaire de procéder à la lecture du niveau des semences de fermentation lors du remplissage de la cuve 1. A cet effet, on prévoit à la partie inférieure un piquage la relié par l'intermédiaire d'une vanne lb à un tube apparent îc. Ce tube lc, transparent, longe verticalement la paroi extérieure de la cuve 1 et est relié à son extrémité supérieure Id à la partie interne de la cuve 2. En raison du principe des vases communicants, on peut lire sur le tube transparent ic le niveau des semences de fermentation disposées dans la cuve i. Le couvercle 5 comporte une prise 5a pour le prélèvement du gaz carbonique. Cette prise Sa est pourvue d'une vanne 5b et d'un appareillage de contrôle de flammes 5c. En effet, il est nécessaire de prévoir l'évacuation du gaz carbonique primaire produit dans le premier temps de. la phase de fermentation anaérobie du fait que ce gaz carbonique ne contient aucun méthane,donc est dépourvu de la caractéristique essentielle recherchée dans la présente invention. L'installation comporte également une citerne 23 de stockage de semences de fermentation tel que du purin fermenté. Un conduit rigide 24a est branché latéralement sur la citerne 23 et est prolongé par un conduit souple 24b. Ce conduit souple 24b est branché à l'orifice supérieur 19a du tube 15 lorsque l'on désire alimenter la cuve en semences de fermentation. Au contraire, ce conduit souple sera débranché avant le processus de fermentation anaérobie. L'alimentation de la cuve 1 par la citerne 23 est préférentiellement réalisée par gravité. A cet effet, la citerne 23 est située à un niveau supérieur à la hauteur maximale de la cuve 1. Il est prévu une vanne raccord 25 permettant d'éviter l'évacuation intempestive des semences contenues dans la citerne 23, lorsque le conduit souple 24b n'est pas branché, ce, à I'extrémité de ce tube souple 24b arrivant sur 19a. On prévoit au point bas 23a de la citerne de semences 23 un moyen de vidange 23b permettant d'enlever les produits trop lourds de la matière liquide qui sont récupérés lors des différents recyclages. En tête de la citerne 23 est branché un conduit rigide 26a permettant le recyclage des semences de fermentation à la fin d'un cycle de fermentation. Une pompe à lisier 27 est interposée sur le conduit 26a de manière à permettre la remontée des semences de fermentation. A l'extrémité amont du conduit rigide 26a est branché un conduit souple 26b susceptible d'être relié ou non à l'orifice inférieur 19b du tube 15. A cet effet, il est prévu à la partie extrême inférieure 17 du tube une vanne 28. Le fluide de chauffage de la cuve est amené et évacué respectivement par des conduits souples 29a, 29b. Ces deux conduits sont branchés aux deux extrémités d'un conduit rigide 30 avec interposition de vannes de sectionnement 31a, 31b, ce, en vue de conserver la mobilité des cuves. Sur le conduit 30 sont interposés, d'amont en aval, deux générateurs de chaleur en parallèle 32a, 32b, ce générateur 32b étant mis à titre de sécurité et une pompe d'accélération 33. Les générateurs 32a, 32b sont alimentés respectivement en méthane et en propane, provenant, le premier, de l'installation proprement dite, comme on le verra ultérieurement et, le second, d'un réservoir 34. A cet effet, le générateur de chaleur 32b est relié au réservoir 34 au moyen d'un conduit 35 sur lequel est interposé un compteur à gaz 36. En ce qui concerne le générateur 32a, il est prévu un conduit 37 reliant ce générateur et un gazomètre 38 de stockage du gaz produit par l'installation suivant l'invention, un compteur à gaz 39 permettant le contrôle du débit de méthane étant interposé sur le conduit 37. En règle générale, le générateur de chaleur 32a fonctionne à titre principal alors que le générateur 32b fonctionne à titre de secours. La mise en route du générateur 32b intervient immédiatement en cas d'arrêt intempestif du générateur 32a grâce à des moyens électriques appropriés. La commande des générateurs est assurée en fonction de besoin en contrôlant la température à l'intérieur de la cuve au moyen des sondes 22, équipées d'aquastats. L'évacuation des gaz produits par la fermentation des végétaux contenus dans la cuve 1 est assurée, selon un premier mode de réalisation, au moyen d'un conduit souple 40a branché sur le couvercle 5 de la cuve et relié à un conduit rigide 40b par l'intermédiaire d'un raccord rapide. Une vanne 41 est interposée sur le conduit rigide à sa partie extreme amont. D'autre part, un compteur à gaz 42 est également interposé sur le conduit rigide 40b qui debouche dans le gazomètre 38. Ce dernier comporte plusieurs poches en matériau souple, étanche et déformable, en matière plastique par exemple. Par l'intermédiaire du tube 15, on peut effectuer une prise de matière pendant la fermentation anaérobie sans interrompre celle-ci. Selon un autre mode de réalisation, indiqué en traits pointillés sur la figure 2, le départ des gaz produits se fera par l'intermédiaire d'un tube d'évacuation 60 disposé verticalement dans la cuve 1 et dont l'extrémité supérieure 61 s'arrête à proximité du couvercle 5. Sur ce tube d'évacuation est fixée une vanne 62 dont l'autre extrémité comporte un filetage sur lequel on peut placer un dispositif de refroidissement 63 pouvant être utilisé sans apport d'énergie pour le refroidissement. Ce dispositif de refroidissement 63 présente, à sa partie inférieure 64, un tuyau d'évacuation 65 pourvu d'une vanne 66 qui permet, par l'intermédiaire d'un siphon 66a, de vidanger l'eau de condensation. Par tailleurs, le dispositif de refroidissement 63 comporte un départ 67 vers le gazomètre 38. Ce gazomètre 38 peut être un gazomètre métallique traditionnel mais on préconise l'utilisation d'un gazomètre composé essentiellement de poches successives superposées 43a, 43b, 43c, 43d en tissage de nylon à haute tenacité, sou ples et enduites à chaud d'un produit vinylique ou si nécessaire imprégnées de néoprènes. Ces poches 43a, 43b, 43c, 43d, non reliées entre-elles, sont centrées par quatre pylones 46 qui entourent lesdites poches. Ces poches 43a, 43b, 43c, 43d, munies d'une soupape de sécurité 44, sont équipées d'un tube central raccordé à un système de remplissage et de vidange successifs pourvu de soupapes tarées. L'ensemble de ces poches plastiques 43a, 43b, 43c, 43d est entouré d'un cylindre en plastique dur 47 servant à protéger lesdites poches plastiques, ce cylindre 47 étant disposé autour des pylones 46.Les tubes flexibles de ces poches plastiques 43a, 43b, 43c, 43d, aboutissant au groupe de soupapes de remplissage et de vidange, sont guidés en tenant compte de leurs différents positionnements lors du remplissage ou de la vidange desdites poches. Les poches vidées sont diminuées en volume à chaque nécessité par un système de câble guidé avec poids, donc elles conservent une pression uniforme. Le cas échéant, on peut prévoir un compresseur pour la mise sous pression du gaz stocké dans les poches 43a, 43b, 43c, 43d. De même, on prévoit un moyen pour purger le gaz de son eau de condensation qui se fait par l'intermé- diaire d'un tube 68 branché sur le passage du gaz produit par les cuves. Cette purge est si tuée en aval de la batterie des compteurs à gaz 42. La figure 1 illustre également l'utilisation de l'installation qui vient d'être décrite pour le chauffage d'un local et notamment le local où se trouve cette installation. A cet effet, il est prévu un générateur de chaleur fonctionnant au méthane 48 alimenté à partir du conduit 37. Comme précédemment, on prévoit également un générateur de chaleur 49 fonctionnant au propane et branché sur le réservoir 34 par l'intermédiaire d'un conduit 50 sur lequel est interposé un compteur à gaz 51. Naturellement, un autre compteur à gaz 52 est interposé sur la dérivation du conduit de méthane alimentant le générateur de chaleur 48. Les générateurs de chaleur 48, 49 chauffent un circuit 53 de fluide chauffant sur lequel est interposée une pompe d'accélération 54. Un aérotherme 55 ou tout autre appareil est interposé sur le circuit 53. Des moyens de commande connus en soi et non représentés sur les figures commandent la mise en oeuvre du générateur de chaleur- 48 qui fonctionne à titre principal alors que le générateur de chaleur 49 fonctionne à titre de secours. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'es- prit de l'invention. Revendications 1) Installation pour la production d'un mélange de gaz comportant principalement du méthane par fermentation anaérobie de végétaux caractérisée en ce qu'elle comporte, en combinaison, au moins trois cuves de fermentation, recevant les déchets de végétaux soumis à la fermentation anaérobie, des moyens de stockage, d'amenée puis de recyclage de semences de fermentation, des moyens pour maintenir les déchets de végétaux contenus dans les cuves à la température constante optimale pour la fermentation et des moyens d'évacuation et de stockage des gaz produits dans les cuves. 2) Installation suivant la revendication 1 caractérisée par le fait qu'une cuve de fermentation est montée à pivotement autour d'un axe horizontal et transversal de manière à permettre l'évacuation du contenu de la cuve. 3) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée par le fait que la cuve est fermée par un couvercle mobile en translation dans un plan horizontal et par le fait que des moyens d'étanchéité sont interposés entre la cuve proprement dite et son couvercle. 4) Installation suivant la revendication 3 caractérisée par le fait que les moyens d'étanchéité comprennent un joint torique en un matériau déformable gonflé à l'air et logé dans une chambre correspondante de la cuve proprement dite ou du couvercle. 5) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée par le fait que les moyens de stockage, d'amenée et de recyclage de semences de fermentation comprennent une citerne de stockage de la semence de fermentation ; un conduit amovible susceptible d'être obturé reliant cette citerne et un tube interne de la cuve de fermentation, l'extrémité inférieure de ce tube émergeant du fond de la cuve ; un diffuseur en communication avec le tube étant situé au fond de la cuve ; et un conduit amovible susceptible d'être obturé, sur lequel est interposée une pompe reliant l'autre extrémité du tube et la citerne de stockage. 6) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 ca ractérisée par le fait que les moyens pour maintenir les déchets de végétaux contenus dans chacune des cuves à la température optimale de fermentation aérobie comprennent des moyens de détection de la température des déchets de vé gétaux contenus dans la cuve ; deux enceintes entourant la cuve de fermentation entre lesquelles circule un fluide à température variable et des moyens amovibles susceptibles d'être obturés, destinés à faire circuler ce fluide à une température fonction de la température détectée à l'intérieur de la cuve et de la température optimale à atteindre. 7) Installation suivant la revendication 6 caractérisée par le fait que les moyens pour faire circuler le fluide sont constitués par un circuit de conduits amovibles susceptibles d'être obturés, en communication à ses deux extrémités avec l'espace interne compris entre les deux enceintes de la cuve et sur lequel est interposé un ou plusieurs générateurs de chaleur. 8) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 ca ractérisée par le fait que les moyens d'évacuation et de stockage du mélange de gaz produit comportent des conduits d'évacuation amovibles susceptibles d'être obturés, sur lesquels sont interposés des compteurs à gaz, aboutissant à un gazomètre. 9) Installation suivant la revendication 8 caractérisée par le fait que le gazomètre comporte plusieurs poches superposées, étanches et déformables, non reliées entre-elles mais centrées par quatre pylones entourés d'un cylindre de protection, chaque poche étant munie d'une soupape de sécurité et d'un tube central flexible de longueur déterminée par le positionnement des poches pourvu d'une soupape tarée. 10) Installation suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisée par le fait qu'elle comporte un générateur de chaleur associé aux moyens pour maintenir les déchets de végétaux contenus dans la cuve à la température optimale, alimenté par le gaz combustible contenu dans le gazomètre et au moins un générateur de secours branché en parallèle et alimente en gaz com- bustible à partir d'un réservoir annexe. 11) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée par le fait que les conduits amovibles susceptibles d'être obturés comprennent au moins un tronçon rigide et au moins un tronçon déformable branché sur le tronçon rigide, comportant à son extrémité libre un raccord rapide et pourvu au voisinage de cette extrémité libre d'une vanne de fermeture.