Brevet FR2483946A1 — publié le 19811211

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant l'utilisation des déchets organiques végétaux ou animaux pour la production de gaz combustible utilisable comme source d'énergie. Il existe des dispositifs provoquant la méthanisation des dé clients organiques . Il s'agit d'installations fixes généralement assez ru dimentaires constituées par une cloche , rigide ou souple, dans laquelle sont introduits les déchets à fermenter où iis sont soumis à l'action des micro-organismes, le gaz ainsi produit étant directement utilisé . De tels dispositifs présentent l'inconvénient d'absence de contrôle du processus de fermentation par absence de contrôle de la nature même du mélange destiné à la production du gaz v D'autre part le gaz lui-meme ainsi produit est très pauvre n'ayant subi aucune épuration qui retienne les différents éléments gazeux indésirables simultanément produits . En outre le résidu de la fermentation ainsi obtenue est difficilement utilisable directement comme élément fertilisant, l'humus ainsi constitué ne présentant pas l'équilibre biologique nécessaire en substances azotées. Le procédé objet de la présente invention et le dispositif qui le met en oeuvre permettent d'éviter ces inconvénients . Selon ce procédé en effet les matières à fermenter , préalablement broyées afin d'assurer une plus grande surface d'attaque des micro-organismes font l'objet d'un mélange de matières végétales et animales et de matières azotées homogénéisées au sein d'un liquide , afin d'obtenir une suspension équilibrée de matières azotées et carbonées qui présentent un pH correspondant à l'état de plus grand développement et d'action optimale des microorganismes Le dessin annexé, donné à titre d'exemple seulement, montre un mode de réalisation du dispositif mettant en oeuvre le procédé objet de la présente invention , sous forme d'une vue cavalière de l'ensemble dudit dispositif présenté sous sa forme mobile , seul le gazomètre à cloche se trouvant présenté écorché Tel qu'il est représenté, et selon le procédé objet de l'in vention , le dispositif comporte une cuve de fermentation close et calorifugée 1 , dans laquelle est introduit le mélange destiné à la production du gaz méthane , ce mélange étant débité par le broyeur 2 de type connu, à marteaux ou autre, et d'autre part par la pompe à lisier 3 dont l'action dosée permet d'introduire dans la cuve 1 le produit du broyeur 2 mélangé à des matières organiques de récupération , telles que des déchets animaux, des lisiers, etc.., dans une proportion connue L'aspiration de ladite pompe à lisier 3 est reliée par l'inter médiaire d'une vanne à trois voies soit au broyeur 2, soit à la cuve 1 par l'intermédiaire de la tubulure 4 ; et son refoulement peut de même être relié soit au sommet de la cuve 1 par l'intermédiaire de la tubulure 5 , soit assurer le vidange de l'appareil, ce qui permet d'utiliser cette même pompe soit au remplissage de la cuve à travers le tube 4 , soit à sa vidange , soit enfin au brassage du produit qu'elle contient par remontage à travers les tubulures 4 et 5 Le dispositif est complété par un gazomètre à cloche humide 6 qui comporte une chambre de barbotage 7 où le gaz produit par la cuve 1 est introduit par le tube 8, cette cloche jouant aussi le rôle de clapet anti-retour .Ce gazomètre est suivi par une enceinte 9 dans laquelle le gaz produit traverse une couche de charbon de bois pulvérisé 10 et une couche de paille de fer 11 qui parfait son épuration Après quoi le gaz est envoyé dans le réservoir 12 qui est constitué par une vessie gonflable de forme générale de préférence cubique, où le gaz produit est stocké et d'où il est prélévé par l'intermédiaire du compresseur 13 pour être emmagasiné sous pression dans les réservoirs 14 Le contrôle de la production de gaz est obtenu grâce à la présence de la ceinture de réchauffage 15 qui enveloppe la cuve 1 et dans laquelle circule l'eau qui transporte les calories produites par le réchauffeur à gaz 16 .Les sondes 17 placées sur la porte de visite 18 permettent par ailleurs le contrôle de la température et du pH au moyen de l'appareillage 19 Le dispositif étant ainsi constitué, le procédé d'utilisation des déchets organique s végétaux et animaux par gazéification consiste à pulvériser à l'aide du broyeur 2 les éléments solides végétaux qui cons tituent les matières carbonées que l'on trouve sur place dans les exploi tations agricoles ou forestières et à les envoyer dans la cuve de gazéifi cation 1 qui reçoit par ailleurs au moyen de la pompe à lisier 3 les élé ments liquides ou pateux qui constituent les matières azotées , tels qu-e déchets d'animaux, fiantes, lisier, boue d'épuration des eaux usées, etc. Le pH et la température du mélange ainsi obtenu et éventuellement addi tionné d'eau sont contrôlés en 19 au moyen de l'information fournie par les sondes 17 de façon à assurer les conditions optimales de fermenta tion en vue de la formation de la plus grande quantité de méthane, le ré chauffeur 16 permettant de maintenir la température nécessaire pour la rapidité de la réaction Du calcaire pulvérisé et des oligo-éléments peuvent être aussi additionnés au mélange contenu dans la cuve 1 de façon à jouer le rôle de tampon en vue du maintien du pH nécessaire L'ensemencement artificiel est opéré lors de la mise en route de l'appareil .Par la suite c'est le pied de cuve qui est laissé lors de son vidage qui constitue la semence nécessaire Comme il a été dit la pompe à lisier 3 est utilisée non seulement pour le remplissage des produits liquides , mais aussi pour l'homo- genéisation de la masse en cours de fermentation, au moyen de remontages successifs à travers les tubulures 4 et 5 La même pompe, au moyen de la vanne à trois voies 20 sert aussi à la vidange de la cuve 1 Le gaz ainsi produit est épuré par barbotage dans la solution de potasse ou de soude 7 contenue dans le gazomètre à cloche 6 .Cette solution est simultanément utilisée pour assurer l'étanchéité hydraulique du gazomètre ainsi constitué et pour fixer l'oxyde de carbone et l'hydrogène sulfuré qui sont tous deux indésirables Le gaz traverse ensuite la masse de charbon de bois pulvérisé 10 qui absorbe les gaz ammoniac, sulfureux, sulfhydrique, chlorhydrique, protoxyde d'azote, et d'autres produits gazeux qui peuvent avoir été élaborés au cours de la fermentation qui ne présentent aussi aucune utilité et réduiraient la capacité calorifique du gaz utilisé Celui-ci traverse enfin la masse de paille de fer qui fixe le soufre résiduel Le gaz méthane ainsi purifié est stocké dans la poche élastique 12 d'où il est acheminé vers le compresseur 13 qui le comprime dans les bouteilles de stockage sous pression 14 Une partie du gaz produit est utilisé pour l'animation des différentes fonctions de l'appareil lui -mem e qui mettent en jeu des moteurs à gaz ou des éléments de chauffage qui ont été décrits pour le maintien de la température de la cuve 1 Un tel dispositif offre donc l'avantage de fournir une source d'énergie sous forme de gaz partout où on dispose en quantité suffisante de déchets organique s végétaux ou animaux , mais en outre , grâce à l'équilibre biologique constamment maintenu par les contrôles exercés et par l'équilibre réalisé entre les matières carbonées et azotées , on dis pose, après la production du gaz combustible sous forme de méthane pu rifié , d'un humus parfaitement équilibré et directement utilisable à la sortie de l'appareil, sous forme liquide, ou indirectement après une opé ration supplémentaire de fermentation aérobie sur un lit de compostage afin de stériliser le produit ainsi obtenu dans le cas où la gazéification aurait été conduite à partir de déchets animaux septiques, l'humus ou le compost ainsi constitué ayant une valeur fertilisante remarquable grâ- ce à l'équilibre azoté qu'il comporte. Un tel dispositif peut constituer un poste autonome et fixe groupant dans une unité de fabrication les différents postes de travail, de contrôle et de stockage ci-dessus décrits . Mais il peut aussi, dans le but de propager l'expérimentation d'une telle utilisation biologique des déchets agricoles et forestiers, faire l'objet d'un montage sur plateforme mobile pour etre transporté en nombre sur un camion pour être implanté sur les différents lieux d'expérimentation Ladite plateforme 21 ne comporte dans ce cas , pour faciliter sa manutention en cours de transport , que les éléments nécessaires à la conduite et au contrôle de la fermentation: la cuve 1 et ses accessoires immédiats de contrôle 19 et de chauffage 16 portés par la cloison 22 les accessoires en amont tels que la pompe à lisier 3 et en aval ,tels que le réservoir à gaz 12 faisant l'objet d'un montage postérieur, après déchargement de l'ensemble, sur les plateformes accessoires 22 et 23 repliées verticalement en cours de transport, cet ensemble permettant à titre d'expérimentation la conduite normale de la fermentation des matières produites par le broyeur 2 qui reste fixé sur le camion qui peut ainsi desservit de façon économique plusieurs installations expérimentales. Il est bien entendu que l'étendue de l'invention n'est pas limi- tée à l'exemple ou aux exemples qui ont été décrits, toute variante considérée comme équivalence ne pouvant en modifier la portée, L'invention peut être utilisée pour la production d'énergie biologique et corollairement pour la production de produits fertilisants dans toutes les zones agricoles et forestières disposant en quantité suffi sante de déchets organiques de toutes sortes. REVENDICATIONS 1 ) - Procédé permettant d'utiliser les résidus organiques en vue de la production de gaz et de l'emploi des sous-produits comme humus fertilisant, Caractérisé par le fait que les matières solides telles les déchets ligneux de végétaux sont broyées finement et introduites dans une cuve close calorifugée en même temps qu une certaine quantité de résidus azotés tels que déchets d'animaux, fiant, lisier, boue d'épuration etc.. et éventuellement de l'eau, le tout dans la proportion convenable pour obtenir un mélange suffisamment liquide pour être homogénéisé par brassage , par remontage à l'aide d'une pompe, ledit mélange étant amené à présenter le pH nécessaire au meilleur développement des bactéries de fermentation, cette opération étant en outre contrôlée en température , au moyen d'un réchauffeur ; le gaz ainsi produit étant épuré par barbotage dans une solution de soude ou de potasse puis par passage à travers une masse de charbon pour retenir les gaz produits mais inutilisables, puis à travers de la paille de fer pour fixer le soufre ; le gaz ainsi obtenu étant stocké sous pression en vue de son utilisation , une partie de ce gaz étant prélevée pour le fonctionnement du moteur. qui anime les différents appareils nécessaires à la marche du dispositif mettant en oeuvre le procédé, ainsi qu'au chauffage contrôlé de la cuve de gazéification 20) - Procédé selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que le pH du mélange homogène de matières azotées et carbonées est corrigé et maintenu constant par l'addition de calcaire pulvérisé et d'oligo-éléments, les différentes caractéristiques telles que le pH et la température étant contrôlées en cours d'opération en même temps qu'il est procédé à des prélèvements de matières pour procéder à l'analyse de la flore et du gaz produit, ce qui assure non seulement la production d'un gaz de qualité constante mais en outre la production d'humus hautement fertilisant recueilli lors du vidange de l'appareil après gazéification totale et directement utilisable en pha se liquide ou mis sur lit de compostage en vue d'une fermentation aérobie en vue de sa stérilisation dans le cas où la cuve a été alimentée en déchets animaux septiques, ou dans le cas où l'épandage en phase solide s ' avère plus pratique 30) - Dispositif mettant en oeuvre le procédé conforme aux revendications 1 et 2 Caractérisé par le fait qu'il comprend un broyeur capable de pulvériser les déchets végétaux destinés à alimenter la cuve de fermen tation, le poussier de végétal ainsi obtenu étant introduit dans une cuve close en même temps que des déchets animaux, fiante, lisiers ou autres matières organiques azotées liquides ou liquéfiées par adjonction convenable d'eau , le mélange avec les matières carbonées végétales étant effectué dans la proportion convenable pour présenter un pH convenant à la meilleure fermentation du produit 4 ) - Dispositif selon la revendication 3, Caractérisé par le fait que la pompe à lisier destinée à procéder au mélange des matières organiques carbonées et azotées au cours du remplissage de la cuve permet aussi d'effectuer le brassage du produit à l'intérieur de la cuve de gazéification grâce à la mise en communication de son aspiration avec le bas de ladite cuve, son refoulement débitant au sommet de celle-ci 5e) - Dispositif selon la revendication 4, Caractérisé par le fait que la cuve calorifugée comporte une ceinture périphérique extérieure dans laquelle circule l'eau spécialement chauffée par un dispositif fonctionnant automatiquement pour maintenir constante la température de la cuve , tout au long de l'opération, 60) - Dispositif selon la revendication 5, Caractérisé par le fait queue gaz ainsi produit est amené à barboter dans une solution aqueuse de soude ou de potasse qui constitue le joint hydraulique d'un gazomètre à cloche , ledit gazomètre étant associé à une chambre traversée par le gaz successivement & travers une couche de charbon de bois pulvérisé puis à travers une couche de laine de fer qui contribuent chacune à son épuration par l'élimination des gaz peu ou pas combustibles ou même nocifs ainsi que du soufre et de ses composés. 70) - Dispositif selon la revendication 6, Caractérisé par le fait qu'il comporte un réservoir élastique et étanche de préférence parallélépipédique recueillant le gaz produit et servant d'élément tampon entre la cuve de gazéification et le compresseur haute pression grâce auquel le gaz épuré est emmagasiné sous pression dans des bouteilles de stockage 80) - Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 à 7, Caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de contrôle de la pression à l'intérieur de la cuve , un dispositif de contrôle de la température du produit et de son pH en cours de fermentation , un dispositif de prélèvement du liquide fermentescible en vue de l'analyse de la flore et enfin du gaz produit afin de s'assurer de sa qualité définitive. 90) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, Caractérisé par le fait que l'énergie nécessaire au fonctionnement du dispositif lui-même, énergie mécanique ou énergie calorifique est produite par le gaz lui-mûne prélevé sur le gaz produit 100) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, Caractérisé par le fait que l'ensemble des éléments constituant la station de gazéification des déchets organique s agricoles et forestiers est groupé sur une plateforme mobile qui peut être rapidement mise en place sur le lieu d'utilisation 110) - Dispositif selon la revendication 10, Caractérisé par le fait quren vue de l'expérimentation dudit procédé sur le lieu même de production des déchets organique s agricoles et forestiers pour l'étude et l'expansion du procédé seule la cuve calorifugée de fermentation est fixée sur une plateforme qui comporte aussi les appareils de maintien et de contrôle de la température et les moyens de contrôle du pH ainsi que le gazomètre à cloche et les filtres , les accessoires tels que la pompe à lisier d'une part et le réservoir élastique étant montés sur place sur des plate formes accessoires attenantes à la plateforme principale mais repliées verticalement par rapport à elle en vue de faciliter le transport de plusieurs unités de production sur un même moyen de transport qui comporte fixés à lui les éléments broyeur et compresseur qui sont ainsi communs à plusieurs postes d'expérimentation simulant à leur niveau une installation complète