Brevet FR2484762A1 — publié le 19811224

La présente invention a pour objet une installation pour la production de gaz par fermentation de matières organiques, de concentration en matières sèches comprise, selon les produits utilises, entre 5 et 20 %. Il est connu de produire un gaz à forte teneur en méthane par fermentation de matières organiques dans un digesteur en conditions aneerobie, après broyage, brassage et oxygénation. Les installations de type connu pr8sentenLt de nombreux inconvénients, tant en ce qui concerne leur mode de fone tionnement que leur rendement. Elles sont constitnées le plus souvent par un digesteur vertical dans lequel la récupération de gaz se fait à la partie supérieure 9 ce digesteur comportant une enveloppe a l'intérieur de laquelle sont intégrées les tubulures d'alimentation en masse réactionnelle et d'évacuation du liquide en fin de re'action. Outre la complexité et par suite le coat élevé de telles installations, celles-ci sont peu pratiques en ce qui concerne les opérations d'entretien. De plus, de nombreuses installations connues ne comportent pas de système de brassage1 ce qui, d'une part, est préjudiciable à la conduite de la réaction et, d'autre part, permet la formation d'une croûte en surface empâchant le gaz d'atteindre la coupole de récupération et provoque une accumulation de celui-ci pouvant se traduire par une explosion détérorant l1installation, et dangereuse pour l'environnement de celle-ci. Une solution permettant de remédier à ces inconvénisnts en équipant le digesteur d'agitateurs fonctionnant de façon permanente, n'est également pas satisfaisante du fait qu'un tel dispositif nécessite des travaux d'entretien et consomme une quantité importante d'énergie. La présente invention vise à $emédier a ces inconvenients. A cet effet, dans l'installation qu'elle concerne, du type comportant un digesteur vertical ou incliné 9 le digesteur est équipé d'un dispositif de recyclage des crottes se formant en surface de la masse réactionnelle, et d'un dispositif d'alimentation de la masse créant un brassage des boues. Avantageusement, le dispositif de recyclage des croûtes se formant en surface, comprend une plaque dont le bord supérieur affleure la surface de la masse réactionnelle, et forme un barrage,et dont les autres bords rejoignent la paroi intérieure de l'enveloppe du digesteur en partie haute de celui-ci, de manière à former un entonnoir débouchant dans une tubulure extérieure à l'enveloppe du digesteur, une autre tubulure disposée de manière sensiblement diamétralement opposée par rapport à celle précitée étant équipée à son extrémité d'un diffuseur débouchant en partie haute à l'intérieur du digesteur, et en regard du barrage, qui sert à l'amenée de fluide sous pression. Le fluide sous pression brise la croate ayant tendance à se former en surface de la masse réactionnelle, et fait passer celle-ci du caté du barrage formant entonnoir,-d'où elle est évacuée par la tubulure qui débouche dans ce dernier avant d'être réintroduite dans le digesteur, son mouvement dans les différentes tubulures réalisant son retour à l'état fluide. Selon une forme d'exécution de l'invention, le digesteur est équipé d'un dispositif de commande assurant, à intervalles de temps réguliers, l'amenée de fluide sous pression en partie haute du digesteur, puis le soutirage de la croate formée et le recyclage de celle-ci au coeur de la masse réactionnelle. En outre, il est prévu un organe de prise de pression en arrière du barrage commandant, en cas deaugmentation de pression, la mise en fonctionnement du système de destruction et de recyclage de la croûte. Selon une autre caractéristique de l'invention, le digesteur est équipé d'une tubulure extérieure à son enveloppe, et débouchant dans celui-ci en-dessous de la surface de la masse réactionnelle, pouvant être mise en communication, d'une part, avec la tubulure d' amenée de la masse réactionnelle à l'intérieur du digesteur et, d'autre part, avec la tubulure d'amenée de fluide sous pression en partie haute du digesteur De ce fait, le fluide sous pression utilisé pour briser la croate de surface est avantageusement constitué par la masse active prélevée dans le digesteur et réintroduite sous pression en partie haute de celui-ci. Cet agencement permet, en outre, d'assurer une circulation du substrat en prérleveantr périodiquement une partie de celui-ci par la tubulure de' bouchant en-dessous de la surface de la masse re'actionnelle et en la réintroduisant par la tubulure d'alimentation, ce qui réalise un brassage, un me' lange des particules plus ou moins bien digérées et facilite le dgazage. En outre, la tubulure débouchant au fond de l'entonnoir place en surface de la masse réactionnelle, est susceptible d'être mise en communication avec la tubulure d'amenée de la masse réactionnelle dans le digesteur. De ce fait, le retour des crottes liquéfiées dans le digesteur se fait par le conduit d'amenée du milieu réactionnel dans celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'alimentation du digesteur en masse réactionnelle à partir de la cuve de prEparation est réalisée par l'intermédiaire d'une tubulure extérieure à l'enveloppe du digesteur, comportant plusieurs piquages pour des conduits débouchant à l'intérieur du digesteur à différentes hauteurs de celui-ci, les conduits situés en partie basse et intermédiaire étant tournes vers le haut et les conduits situés en partie haute étant tournés vers le bas. Une telle disposition permet, d'une part, l'alimentation du digeseteur en masse réactionnelle et, d'autre part, le brassage de la matière notamment dans les 2/3 supérieurs du digesteur qui contiennent la majorité de la masse active. Avantageusement, le circuit forme par les tubulures permettant au digesteur de remplir ses différentes fonctions est tel qu'il comporte une pompe unique pour - évacuer les boues à partir du fond du digesteur en passant par le réchauffage de la cuve de préparation, - recycler la masse en partie haute pour pousser la crotte derrière le barrage, - recycler la croate au coeur du digesteur, - alimenter le digesteur, - réchauffer la masse en préparation, - réaliser le brassage de la masse réactionnelle. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tubulure d'échappement de gaz débouchant en partie haute du digesteur est équipée d'une soupape tarée à une pression 6 x 105 Pascal et présente une double enveloppe permettant de la circulation d'un fluide de refroidissement. Le fait de travailler à des pressions relativement élevées améliore les conditions dans lesquelles s'effectue la réaction, tandis que le fait dtutiliser un circuit de refroidissement assure une condensation de liteau contenue dans le gaz entrainant une partie importante du gaz carbonique. Il est intéressant que le digesteur conforme à 1'invention, ne soit pas de dimensions trop importantes, mais que plusieurs digesteurs soient associés à une unité technique de commande commune. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution d'une installation de production de gaz comportant un digesteur unique Figures 1 et 2 sont deux vues respectivement de côté et de face de cette installation Figures 3 et 4 sont deux vues en coupe transversale du digesteur dans deux plans perpendiculaires Figure 5 est une vue en coupe transversale du digesteur Figure 6 est une vue de l'ensemble des circuits d'alimentation et d'évacuation de l'installation. L'installation représentée au dessin comprend, de manière connue, une cuve depréparation 2 des matières organiques préalablement réduites à l'état de boues, dans laquelle celles-ci sont soumises à l'action 'un agitateur 3 et sont fortement oxygénées. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, le digesteur 4 est d'axe vertical, et délimité par une enveloppe 5 de section circulaire. Ce digesteur repose sur le sol par quatre pieds 6. Le long de la paroi extérieure de l'enveloppe 5, sont disposées une tubulure 7 d'amenée des boues à partir de la cuve de préparation 2, une tubulure 8 débouchant en-dessous de la surface de la masse réactionnelle, une tubulure 9 débouchant au-dessus de la surface de la masse réaction nelle, en regard d'une tubulure 10 destinée à réaliser l'évacuation des crottes ayant pu se former en surface. La tubulure 10 débouche dans une partie en forme d'entonnoir de'limite'e e par une tôle 12 dont la partie supérieure affleure la surface de la masse réactionnelle. Comme montre au dessin, sur la tubulure 7 d'amenée des boues sont piqués trois conduit, respectivement 13, 14 et 15S débouchant à l'intérieur du digesteur les conduits inférieurs 13 et 14 ôtant tournés vers le haut et celui 15 tourné vers le bas de manière a assurer un bon brassage de la masse réactionnelle. Les conduits 13, 14 et 15 sont calibres de manière ai assurer une alimentation uniforme du digesteur tout en tenant compte des pertes de charge. La figure 6 du dessin annexe représente très schématiquement les différentes alimentations et évacuations du digesteur 4. Dans celui-ci débouchent 9 outre les tubulures 7 d'amenée des boues, 8de recyclasge du substrat, 9 d'amenée de fluide sous pression au niveau de la croate et 10 d'évacuation de la croate, une tubulure 16 de vidange du résidu de la réaction. Cette tubulure 16 débouche dans une double enveloppe 17 de la cuve de préparation 2 des boues. Les tubulures 7 et 9, respectivement d'amenée des boues dans le digesteur et d'amenée de fluide sous pression en partie haute de celui-ci, se rejoignent au niveau d'une vanne à trois voies 18 en une tubulure 19. Les tubulures 8 et 10, respectivement de recyclage du substrat et d'évacuation des crottes, se rejoignent au niveau d'une vanne à trois voies 20 en une tubulure 22. La tubulure 19 est susceptible de communiquer au niveau d'une vanne à trois voies 23 soit avec une tubulure 24, soit avec une tubulure 25 débouchant dans la cuve de préparation 2 ou dans la double enveloppe 17 selon le montage choisi. La tubulure 22 est susceptible de déboucher au niveau d'une vanne à trois voies 26 soit dans la tubulure 24, soit dans une tubulure 27 débouchant dans la cuve de préparation des boues. Sur la tubulure 24 est montée une pompe 28 susceptible, selon son régime de fonctionnement, d'entrat- ner du fluide de la vanne 23 vers la vanne 26 ou de la vanne 26 vers la vanne 23. La tubulure 24 est entourée d'une double enveloppe 29 permettant une circulation d'eau chaude pour réchauffer le fluide traversant la tubulure 24. Sur la tubulure 24 débouche, entre la vanne 26 et la pompe 28, une tubulure 30 équipée d'une vanne 32,destinée à l'évacuation des boues après réaction. Dans la cuve de préparation 2 débouche également une tubulure 33 d'amenée des matières organiques broyées. Cet agencement est extrêmement intéressant car, en fonction de la position des différentes vannes et du régime de fonctionnement de la pompe 28, il est possible de réaliser : - l'ôvacuation des boues par les éléments portant les références suivantes 16, 17,.25, 23, 24, 28, 30, - la destruction de la croûte en surface par le circuit suivant : 8, 20, 22, 26, 24, 28, 23, 19, 18, 9, le recyclage de la croûte au coeur du digesteur par le circuit suivant 10, 20, 22, 26, 24, 28, 23, 19, 18, 7, - l'alimentation du digesteur à partir de la cuve de prôparation par le circuit suivant : 27, 26, 24, 28, 23, 19, 18, 7, - le rôchauffage de la masse en préparation dans la cuve par le circuit suivant : 27, 26, 24, 28, 23, 25, - le brassage de la masse rôactionnelle afin de môlanger les diffôrentes particules plus ou moins bien digérées et faciliter le dégazage par le circuit suivant 10, 20, 22, 262 24, 28, 23, 19, 18, 7. Comme indiqué précédemment, ls gaz est récupéré en partie haute du digesteur qui forme une coupole et évacué par une tubulure 34 sur laquelle est monté un clapet tarô à une pression de 6 x 1Q5 pascal. Sur la tubulure 34 d'évacuation du ga est prévue une double enveloppe 35 pour la circulation d'un fluide rôfrigôrant assurant la condensation de l'eau qui entraine le gaz carvbonique. Comme il ressort de ce qui procède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une installation de production de gaz par fermentation à partir de matières organiques, comportant un digesteur de conception simple, de fonctionnement cxtrêmement fiable et permettant l'obtention de rendements élevés. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette installation, décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que cette installation pourrait comporter plusieurs digesteurs montés en parallèles, ou encore que le ou les digesteurs pourraient être non pas verticaux mais d'axes inclinés, par exemple a 450 environ sans que l'on sorte pour autant -du cadre de l'invention - REVENDICATIONS 1. - Installation pour la production de gaz par fermentation de matières organiques, du type comprenant une cuve de préparation permettant ltoxygénation des boues et un digesteur dans lequel la réaction est conduite en conditions anaérobie, caractérisée en ce que le digesteur (4) est équipé d'un dispositif (9, 10, 12) de recyclage des croûtes se formant en surface de la masse réactionnelle, et d'un dispositif (7) d'alimentation de la masse créant un brassage des boues. 2. - Installation selon la revendication 1, caractEri- sée en ce que le dispositif de recyclage des croûtes se formant en surface, comprend une plaque (12) dont le bord supérieur affleure la surface de la masse reactionnelle, et forme un barrage, et dont les autres bords rejoignent la paroi intérieure de l'enveloppe du digesteur en partie haute de celui-ci, de manière à former un entonnoir débouchant dans une tubulure (10) extérieure a' à 1'enveloppe (5) du digesteur, une autre tubulure (9) disposée de manière sensiblement diamétralement opposée par rapport à celle précitée étant équipée à son extrémité d'un diffuseur débouchant en partie haute à l'intôrieur du digesteur, et en regard du barrage, qui sert à l'amenée de fluide sous pression. 3. - Installation selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que le digesteur est équipé d'un dispositif de commande assurant, à intervalles de temps réguliers, l'amenée de fluide sous pression en partie haute du digesteur, puis le soutirage de la croûte formée et le recyclage de celle-ci au coeur de la masse réactionnelle. 4. - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe de prise de pression en arrière du barrage (12) commandant, en cas d'augmentation de pression, la mise en fonctionnement du système de destruction et de recyclage de la croate. 5. - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le digesteur est équipé de e tubulure (8) extôricure à son enveloppe, et débouchant dans celui-ci en-dessous de la surface de la masse réactionnelle, pouvant être mise en comnunication, d'une part, avec la tubulure (7) d'amenée de la masse réactionnelle à l'intérieur du digesteur et, d'autre part, avec la tubulure (9) d'amenée de fluide sous pression en partie haute du digesteur. 6. - Installation selon 1 tune quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la tubulure (10) débouchant au fond de l'entonnoir placé en surface de la masse réactionnelle, est susceptible autre mise en communication avec la tubulure (7) d'amenée de la masse réactionnelle dans le digesteur. 7. - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'alimentation du digesteur en masse réactionnelle à partir de la cuve de préparation est réalisée par l'intermédiairs d'une tubulure (7) extérieure à l'enveloppe du digesteur, comportant plusieurs piquages pour des conduits (13, 14, 15) dôbouchant à l'intérieur du digesteur à diffôrentes hauteurs de celui-ci, les @nduits (13, 14) situés en partie basse et intermôdiaire ôtant tournés vers le haut et les conduits (15) situés en partie haute ôtant tournes vers le bas. 8. - Installation selon l'ensemble des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le circuit forme par les tubulures permettant au digesteur de remplir ses différentes fonctions, est tel que comporte une pompe unique pour - évacuer les boues a partir du fond du digesteur en passant par le réchauffage de la cuve de préparation, - recycler la masse en partie haute pour pousser la croate derrière le barrage, - recycler la crotte au coeur du digesteur, - alimenter le digesteur, - réchauffer la masse en préparation, - réaliser le brassage de la masse réactionnelle. 9. - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la tubulure (34) d'échappement de gaz débouchant en partie haute du digesteur est équipée d'une soupape tarée à une pression de 6 x 105 Pascal et présente une double enveloppe (35) permettant la circulation d'un fluide de refroidissement.