Brevet FR2466943A1 — publié le 19810417

SECTEUR ET TECHNIQUE DE L'INVENTION - La présente invention concerne les appareils destinés à produire en continu du gaz méthane à partir de substances organiques contenues dans des déchets animaux ou végétaux provenant essentiellement de l'agriculture ou des industries dérivées de celle-ci. UN DES RESULTATS QUE L'INVENTION VISE A OBTENIR - L'invention vise en particulier à optimiser le rendement en gaz méthane par un fonctionnement respectant les impératifs de la biologie en particulier au niveau du système me de brassage et d'introduction des produits frais. MOYENS MIS EN OEUVRE - Sur un plan très général le digesteur est constitué par une cuve étanche soigneusement isolé et dont l'intérieur est maintenu à une température constante de 350. Dans cette cuve on introduit des matières organiques et il se développe alors des fermentations anaérobies méthanogènes. Nous avons classé les moyens mis en oeuvre par fonction. - Fonction brassage En ce qui concerne la brassage, le but est d'homogé- néïser le mieux possible la masse du digesteur. Le système se compose de 4 tubes verticaux d'aspiration 11, 12, 13, 14, d'environ 0,50 m de longueur; c'est par ces tubes que se fait la reprise des produits é de 4 tubes d'éjections verticaux 31, 32, 33, 34, qui débouchent à mi hauteur du digesteur. Les produits sont mis on mouvement par la pompe 21. Les cycles sont les suivants - On aspire sur un tube par exemple 11 et on rejette successivement aux trois point les plus eloi gnés du point d'aspiration c'est-à-dire par les tubes 32, 33, 34. - Successivement on aspire sur tous les tubes 11, 12, 13, 14 et on rejette selon le principe indiqué précédemment. Les produits prélevés dans une zone du digesteur sont rejetés dans une zone éloignée de celle-ci, les variations cycliques des points d'aspiration et de refoulement créent à l'intérieur de la masse en digestion des flux de matières qui par leurs variations successives de directions créent les conditions d'une bonne homogénéisation. Le volume mis en recirculation représente par jour 1/6 de la capacité du digesteur. On fractionne sur 24 heures, ce qui donne chaque heure un volume de 1/144 du digesteur. - Fonction introduction Le but en ce qui concerne l'introduction des produits frais est de répartir ceux-ci le plus intimement possible dans la masse de produits située dans le digesteur. Nous avons vu que le brassage est assuré par la recircultion de produits en cours de digestion par la pompe 21. L'introduction de la matière fraiche se fait en continu par la pompe 25 dans ce courant de matière en cours de recirculation. Le volume de matière fraiche introduite est réglable entre 0 et'20 ffi du volume de produits en cours de recirculatien. La matière fraiche introduite est préchauffée à 35 . - Fonction évacuation des boues Au cours du fonctionnement des boues s'accumulent au fond du digesteur qu'il faut évacuer. Cette évacuation se fait par les tubes 38, 39, 40, 41. L'évacuation se fait une fois en 24 heures que par un tube de sortie et les jours suivants successivement sur chacun des autres tubes. Les boues sont aspirées par la pompe 49 et refoulée dans le réservoir 51. Remarquons que, pendant cetté évacuation, le niveau des produits dans le digesteur ne varie paSO - Fonction évacuation de la croûte Le gaz en s'échappant détermine un durcissement superficiel des produits en cours de digestion d'où le formation d'une croûte qu'il faut éliminer. L'élimination de la croûte se fait une fois par 24 heures. Puisque l'on procède à des introductions chaque heure, le niveau monte dans le digesteur jusqu'à un niveau maximum 64, qui est déterminé par le volume des entrées, ce qui fait que la croûte flotte au dessus du liquide au dessus du niveau 63 déterminé par la lame déversante 57. En ouvrant la vanne 52 qui a un diamètre suffisant pour permettre un débit important, on détermine l'abaissement rapide du niveau jusqu'au niveau 63 déterminé par la lame déver- sante, ce qui fait que la croûte avance progressivement en direction de la lame déversante 57 où elle est évacuée. - Fonction chauffage du digesteur L'échangeur est constitué par une portion du cylindre central, ce cylindre sert en outre d'appui central à la charpente qui supporte la couverture du digesteur. La surface d'é- change est calculée en fonction des déperditions calorifiques du digesteur.L'échangeur comporte un double circuit : un circuit primaire dont le fluide caloporteur est mis on mouvement par une pompe, ce circuit primaire cède ses calories à un fluide caloporteur secondaire qui lui est immobile et qui cède ses calories au digesteur Ce dispositif permet des échanges thermiques avec un écart de température faible, ce qui évite les dépôts de boues par cuisson sur les parois de l'échangeur et les chocs thermiques générateurs de destruction de bactéries utiles. La régulation de l'ensemble se fait en régulant le circuit primaire, la sonde thermique mesure les variations de température à l'intérieur du digesteur, la régulation se fait par une vanne du circuit primaire qui est commandée par la sonde. - Fonction récupération du gaz Le gaz est recueilli par une cloche renversée, sur le produit en digestion, les parois latérales de celle-ci assurant un joint hydraulique La prise do gas- se fait par un tube qui passe sous le rebord de la cloche. L'entrée de oc tube est protégé contre l'introduction de matières qui pcwrraient éventuellement provenir d un bouillonnement trop intense Le gaz après la sortie de ce tube passe dans un bac à la température ambiante ou se condense les parties condensables à cette température (vapeur d'eau). IL est ensuite dirigé vers le stockage. - Enoncé des figures Figure 1 La figure 1 est une coupe de l'ensemble du digesteur, cette coupe passe par le tube 56 d'évacuation de la croûte. Fissure 2 La figure 2 est une v ue de dessus où ne sont figurés que les éléments intéressant l'hydraulique interne du digesteur. Figure 3 La figure 3 ést le schéma hydraulique de l'introduction des produits frais et du rebrassage des produits en cours de digestion. Figure 4 La figure 4 est le schéma hydraulique de la sortie des boues. Figures 5 et 6 Elles donnent des détails sur le système de chauffage du digesteur. - La figure 5 est le schéma de la régulation du système. - La figure 6 représente une coupe à travers l'échangeur de chaleur. DESCRIPTION GENERALE - La cuve et ses annexes - figure t Llensemble du digesteur repose sur un socle de béton isolant 1. La cuve 2 est en acier, elle est construite avec des éléments de virolles qui sont assemblés par boulonage sur place. La cuve est soigneusement isolée par un isolant sur les parois latérales 3, au fond 4 et au somnet 5. La cuve est protégée des intempéries par une couverture 7 qui est supportée par une charpente 6. - Introduction des produits frais et brassage - figures 1, 2 et 3 On a 4 tubes de reprise de la matière en cours dedigestion - tube 11 - tube 12 - tube 13 - tube 14, ces tubes peuvent être obturés par des vannes numérotées respectivement 15, 16, 17, 18 ; ils débouchent dans un distributeur rotatif 19 qui les met successivement en communication avec une conduite 20, une pompe 21 entraine le produit. Sur cette conduite 20 débouche l'alimentation en matière res fraiches, ce système d'alimentation est constitué par une conduite d'amené 23, un chauffage à 35 des produits à travers lséchangeur 24, ces produits viennent de l'échangeur 53 où i;;Ls ont été préchauffés par échange de chaleur avec les produits qui sortent du digesteuro La circulation est assurée par la pompe 25, cette conduite 23 débouche dans la conduite 20 pour former la conduite 22 qui transporte donc un mélange de produits frais et de produits en cours de digestion, la con- duite 22 débouche dans un distributeur rotatif 26 qui met suc cessivemant en communication la conduit o- 22 avec les tubes 31, 32, 33, 34.Ces tubes peuvent être fermés avec respectivement les vannes 27, 28, 29, 30 - Extraction des boues L'extraction des boues se fait par les tubes 38, 39, 40, 41, ces tubes peuvent être fermés respectivement par les vannes 42, 43, 44, 45, ils débouchent dans un distributeur rotatif 46 qui les met successivement en communication avec la conduite 47. Les boues sont aspirées par la pompe 49 qui les envoie dans le réservoir 51, le circuit peut être fermé par la vanne 50, le tube 48 permet de prendre des échantillons de boue pour le con- trône. - Extraction de la croûte - Figure 1 et figure 2 Le niveau des produits en digestion varie entre le niveau minimum 63 déterminé par la lame déversante 57, et le niveau maximum 64, la lame déversant se poursuit dans un tube 56 qui débouche dans le réservoir 51 une vanne 52 permet la vidange de 51, la conduite 56 peut 8tre vidangé par le le tampon 58, la conduite 56 est en communication avec une cheminée d'équilibre 59 qui comporte un indicateur de niveau 60 avec une mise à l'air libre 61, cette cheminée d'équilibre peut Btre vidangé avec la vanne 62. Le réservoir 51 est entouré par un rdservoir 53, les produits frais y sont introduits en 55 et extrait en 54. - Chauffage du digesteur - figures 1 - 5 et 6 Il comporte une source de chaleur 65 une pompe de circulation 66. Le système de régulation comporte une sonde 70 logé dans un doigt de gant 69 incliné à 450 à l'intérieur du digesteur, le doigt de gant est fixé à la paroi 2 de la cuve. L'informa~ tion donnée par la sonde 70 est transmise par 68 à une vanne 67 qui régule l'admission du fluide caloporteur dans le circuit primaire 71. Le système des échangeurs comporte une colonne 75 qui repose sur un socle de béton isolant 77 et qui se prolonge par la pièce 79 pour assurer également un point d'appui central à la charpente 6, cette colonne reçoit le même revêtement anticorrosion 76 que l'intérieur de la cuve. L'intérieur de la colonne centrale renferme l'échangeur secondaire qui est rempli dlun fluide caloporteur 80 ce fluide est introduit par le tube 74, l'air est éliminé par le tuble 73, l'échangeur secondaire est surmonté d'une zone remplie d'air 81, elle-m & e surmontée d'un isolant 78. - Récupération du gaz Le gaz est récupéré par une cloche annulaire renversée 83, dont la paroi latérale plonge dans le liquide assurant un joint hydraulique, avant remplissage cette cloche est soutenue par des ergots 82. Le gaz est évacué par un tube 85 dont l'entrée est protégée par une flasque 84. Ce tube alimente un réservoir 86 dont les liquides de condensation peuvent être extraits par la vanne. 87 R E V E N D I C A T I O N S 10) Appareil de production de gaz méth@ne à partir de ma- tières organiques comportant un dispositif de brossage caractérisé par le fait que le brassage est obtenu par des prélè- vements dans différents endroits de la pertie basse de la cuve et réinjection dais différerts autres endroits de 1 cuve. 20) Dispositif selon I caractérisé par le fit que pour prelever le liquide à la partie bawse on dispose de tubes courts et pour rejeter de tubes plus longs. 3 ) Dispositif selon 1 et 2 caractérisé par le fait que les tubes de reprise ont une longueur suffisante pour ne pas pré- lever une couche déjà digérée et destinée à être évacuée par les trous d'évacuation des boues situés au fond de la cuve. 4 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les tubes d'éjection dbouchent à 40 % de la hauteur de la cuve. 5 ) Appareil de production de gaz méthane à partir de matières organiques comportent un dispositif d'évacuation des boues du fond de la cuve caractérisé par le fait que les boues sont évacuées dans une enceinte 51 qui est en communication avec la partie supérieure de la cuve et que l'extraction des boues du fond de la cuve peut donc se faire sans var: n de niveau des produits en digestion à l'intérieur de la cuve. 60) Appsreil de production de gaz méthane à partir de matières organiques comportant un dispositif d'évacuation de la croûte caractérisé par le fait que la croûte est évacuée par un entonnoir dont l'ouverture est dens le plan déterminé par la surface des produits en digestion quand le niveau de ces produits est au minimum. 70) Dispositif selon 6 caractérisé par le fait que l'dva- cuation de la croûte est obtenue par abaissement brutal du niveau des produits en digestion, que cet abaissement est obtenu par l'ouverture d'une vanne unique 52, que cette vanne est situe à la base d'une conduite qui part du sommet de la cuve et qui est extérieure à la cuve. 80) Apnareil de production de gaz méthane à partir de matières organiques comportant un dispositif de chauffage caractérisé par le fait que l'échangeur comporte un circuit primaire et un circuit secondaire, qu'il est en position centrale dans la moitit inférieure de la cuve et qu'il est encastré dans une chemin@e centrale qui sert en même temps de point d'appui central pour toutes les parties supérieures de l'appareil et en particulier pour la couverture