Brevet FR2477363A1 — publié le 19810911

On connaît le principé des digesteurs de lisier, qui permet, en mettant à profit la fermentation anaérobie des déjections animales et/ou des détritus végetaux, de produire du gaz méthane et en même temps de dépolluer les lisiers, notamment des porcs. La mise en application de ce principe connu n'a toutefois jamais éte réalisée sur un plan industriel, car les digesteur connus ntont jamais fonctionné de manière satisfaisante, étant généralement sujets à de très fréquentes pannes, parce que mal con çus, notamment en ce qui concerne le réchauffage du lisier en cours de traitement et son homogénéisation. L'invention entend remédier à ces inconvénients rédhibitoires en étant donc relative à un digesteur de lisier constitué par une enceinte qui est apte à contenir le lisier frais destiné à la fermentation, qui est munie d'un dispositif d'alimentation en lisier frais, et, d'un dispositif d'extraction du lisier après fermentation. L'enceinte comprend une cuve externe, a l'intérieur de laquelle est disposé un cylindre a axe vertical, cependant que l'ouverture d'admission du lisier a l'intérieur de l'enceinte débouche a l'intérieur du cylindre et qu'un conduit d'extraction est raccordé à la cuve en une zone, qui est contenue dans le plan diamétral du cylindre passant par ladite ouverture d'admission et qui est située sur la partie de la cuve intersectée par ledit plan diamétral qui est la plus éloignée de cette ouverture d'admission. Certaines dispositions particulières sont préférées - l'axe de ladite ouverture d'admission est sensiblement horizontal et orienté radialement par rapport au cylindre - l'ouverture d'admission est située sensiblement à égales distances des extrémités du cylindre - un conduit d'injection de fluide chaud débouche à la partie inférieure du cylindre et a son ouverture orientée vers la paroi de ce cylindre - le cylindre constitue.un échangeur de chaleur comprenant une virole externe et une virole interne coaxiale à la virole externe et d'un diamètre inférieur, de maniere à ménager entre elle-même et cette virole externe un espace annulaire de circulation de fluide, fermé a ses parties inférieure et supérieure - deux profilés en U, courbés, ont leurs branches disposées horizontalement et fixées par soudure étanche aux parties inférieure et supérieure de la face interne de la virole externe, respectivement, cependant que les lisières inférieure et supérieure de la virole interne sont soudées aux branches supérieure du profilé inférieur et inférieure du profilé supérieur, respectivement, et que des encoches, réalisées dans lesdites branches, établissent la communication entre ledit espace annulaire -compris entre les deux viroles et, d'une part, le volume annulaire inférieur délimité par le profilé inférieur et la virole externe, -d'autre part, le volume annulaire supérieur délimité par le profilé supérieur et la virole externe, lesdits volumes annulaires inférieur et supérieur étant raccordés à des conduits d'alimentation en fluide chauffant et de retour dudit fluide refroidi après échange de chaleur. L'invention sera-mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous a titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe schématique d'un digesteur de lisier conforme l'invention ; - la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure l; - les figures 3 et 4 sont des coupes de détails des conduits d'alimentation en lisier et d'extraction du lisier de l'en- ceinte du digesteur de la figure 1 - la figure 5 est une coupe axiale du cylindre, échangeur de chaleur, contenu dans l'enceinte -du digesteur de la figure 1 ; et, - les figures 6 et 7 sont des coupes, respectivement, suivant VI-VI et VII-VII de la figure.5. L'ensemble représenté comprend - une fosse 1 de réception du lisier non traitEf provenant d'un ensemble de porcheries (non représenté) par une rigole 2, - "ne dalle 3, qui s'étend à la partie-supérieure de la fosse I, en étant interrompue uniquement par une ouverture 4, par ailleurs recto verte par une plaque amovible de fermeture 5, - une enceinte 6, qui comprend une cuve externe 7, munie de pieds 8 par lesquels elle repose sur le sol 9, - un génerateur de chaleur 10, tel aucune chaudière. La fosse 1 est munie d'un dispositif de prétraitement du lisier non traité, qui est constitué par - une pompe lI, qui est immergée dans la fosse 1, et dont le rotor a la caractéristique de pouvoir hacher les débris solides de lisier, tels que les morceaux de paille qu'il contient, - le conduit d'aspiration 12 de la pompe de hachage ll aspire en dessous de la surface libre 14 du lisier dans la fosse 1, - le conduit de refoulement 15 de la pompe Il, qui est rigidement fixé à la plaque 5, d'irone part en y étant soudé (16) à sa première traversée, d'autre part, en étant maintenu par un gousset 17 soudé (18) a la fois à ce conduit et à la plaque, et, qui retraverse la plaque 5, de manière que son embouchure coudée 19 soit disposée au-dessousde la surface 14, afin que soit engendré un courant de brassage interne. - une première vanne 20, disposée sur le conduit de refoulement 15 et munie d'un tiroir coulissant 21 de commande de son ouverture, - un conduit de liaison 22, qui est raccordé en dérivation au conduit de refoulement 15, entre la pompe Il et la première vanne 20, - une deuxième vanne 23, disposée sur ce conduit de liaison et munie d'un tiroir coulissant 24 de commande de son ouverture, - un levier 25 basculant autour d'ut axe 26, auquel les tiroirs 21 et 24 sont attelés, et qui, dans la position re présente e ferme la première vanne 20 et owre la deuxième vanne 23, fermant au contraire la deuxième vanne 23 et ouvrant la pre mièvre vanne 20, dans l'autre position extrême de basculement (en traits interrompus), - des premier et deuxième contacteurs électriques 27 et 28, qui sont associés auxdites première et deuxième vannes 20 et 23, respectivement, et dont les fonctions sont respectivement pour le contacteur 27, actionné par le levier basculant 25 en meme temps que la première'vanne 20 est fermée et la deuxième vanne 23 ouverte, de commander le fonctionnement de la pompe ll pendant un laps de temps déterminé par une minuterie 29, pour le contacteur 28, actionné par le levier 25 en neume temps que la deuxième vanne 23 est fermée et la pre mière vanne 20 ouverte, de connsnder le fonctionnement continu de la pompe ll. A observer que le conduit de liaison 22 est raccordé a un conduit 31, qui est soudé a la cuve externe 7, et, qui débouche a l'intérieur de cette cuve externe par un tronçon horizontal 32 dirigé radialement vers l'intérieur et placé approximativement à mi-distance entre les fonds inférieur 33 et supérieur 34 de cet- te cuve. Il y a également lieu de noter qu'un cylindre 30, à axe vertical 35, est placé coaxialement a la cuve externe 7, et est maintenu en position a l'intérieur de cette cwepar deux groupes de pattes d'attaches 36. Les tranches extrêmes inférieure 37 et supérieure 38 du cylindre 30 sont ouvertes. Ce cylindre a, par ailleurs, une fonction : c'est un échangeur de chaleur ; et pour remplir cette fonction, il a la constitution particulière suivante - une virole externe cylindrique 39, - deux profilés en V 40 et 41, dont les btanches sont horizontales, et qui sont cintrés, ont leurs branches inférieures 40a, 41a, et leurs branches supérieures 40b, 41b, soudées (42) sur la face interne 43 de la virole externe 39, le profilé inférieur 40 étant disposé à la partie inférieure de la virole et le profilé supérieur 41 étant disposé à la partie supérieure de cette virole, constituant, respectivement, des volumes annulaires 40c et 41c, - une virole interne 44, qui est cylindrique, qui a un diamètre légèrement inférieur è celui de la virole externe 39, de manière que, placée coaxialement à cette virole externe, elle ménage entre elle-même et la virole externe 39 un espace annulaire 45 permettent la circulation d'un fluide caloporteur, et qui s tend entre les profiles en U, ayant ses tranches extrêmes soudées (48), l'une, a la branche supérieure 40b du profilé inférieur 40, l'autre, a la branche inférieure 41a du profilé supérieur 41. Des conduits d'alimentation 46 en fluide chaud et de retour 47 de fluide après son passage dans l'espace annulaire 45 relient la chaudiere 10, l'un, 46, au volume annulaire inférieur 40c en étant fixé à la branche inférieure 40a du profilé 40, l'autre 47, au volume annulaire supérieur 41c en etant fixé à la branche supérieure 41b du profilé 41. Des encoches 40d et 41d sont ménagées dans les branches supérieure 40b du profilé inférieur 40 et inférieure 41a du profilé supérieur 41 et établissent la communication entre l'espace annulaire 45 et, les volumes annulaires inférieur 40c et supérieur 41c, respectivement. Un conduit d'extraction 49 est raccordé à la cuve externe 7 afin de permettre l'évacuation en service du lisier déjà traité à l'intérieur de la cuve 7. On note que l'embouchure 50 de ce conduit d'extraction est contenue dans le même plan transversal 51, perpendiculaire a l'axe 35, que celui qui contient l'embouchure 52 du tronçon 32. Cette embouchure 52 débouche à l'intérieur du cylindre échangeur de chaleur 30, a proximité de la face interne de ce cylindre. Il est bon de noter que l'embouchure 50 du conduit d'extraction 49, qui est située à proximité de la face interne de la cuve 7, que d'ailleurs elle affleure, est disposée sensiblement sur le prolongement du diamètre du cylindre 30 suivant lequel est orienté le tronçon 32 et son embouchure 52.Elle est en outre disposée sur la zone de la cuve 7, qui est la plus éloignée de l'embouchure 52 par rapport au plan diamétral, dont la trace sur la figure 1 est constituée par l'axe 35, qui est perpendiculaire audit diamètre passant par les embouchures 50 et 52 (dont la trace sur la figure 1 est constituée par la ligne 51). Naturellement, I'enr bouchure 50 débouche dans la cuve 7, mais à l'extérieur du cylindre 30. Des pattes de fixation 53 assurent le montage sur le cylindre 30, au niveau de la tranche supérieure 38 du cylindre 30, d'une sorte d'entonnoir présentant un tronc de cane 54 convergent vers le bas, prolongé par un tronçon cylindrique 55, le tout coaxial à l'axe 35. La section extrême supérieure du tronc de cône 54 est située, normalement, en dessous de la surface 56'du lisier contenu dans la cuve 7, et au-dessus de la tranche supérieure 38 du cylindre 30. On note également qu'une pompe de brassage 57 du lisier contenu dans la cuve 7, fixée à la partie basse de la cuve 7, a son conduit d1aspiration 58 raccordé (59) en bas de la partie cy lindrique de la cuve 7, en dessous de la tranche inférieure 37 du cylindre 30, cependant que son conduit de refoulement 60 s'élève au-dessus de la surface 56 du lisier contenu dans la cuve 7, pour, après un coude, déboucher (61) coaxialement au tronc de cône 54, à l'intérieur de ce tronc de cane, dont l'embouchure 61 est orientée vers la base de la cuve 7. Au point le plus bas du fond inférieur 33 de la cuve 7,est raccordé (62) un conduit 63 de vidange par gravité de la cuve 7. Par ailleurs, un "trou d'homme" 64, muni de sa trappe amovible de fermeture 65, est disposé a la partie basse de la partie cylindrique de la cuve 7. Deux détails de réalisation concernant la constitution des conduits d'alimentation 31 et d'extraction 49, dont les parties supérieures sont coudées en epingle à cheveux, sont disposées audessus du niveau de la surface 56 du lisier contenu dans la cuve 7 et sont munies de conduits d'aération 79, qui débouchent a l'air libre, en étant orientés vers le haut. Ainsi, les espaces 80, compris entre les surfaces 81, 82 du lisier dans ces conduits et les coudes desdits conduits, mis à l'air libre, évitent-ils des phénomènes de siphonnage avec le lisier contenu dans la cuve 7, qui autrement auraient pu se produire. On notera encore que le gaz méthane, dégagé par le lisier contenu dans la cuve 7, s accumule dans l'espace 83 de cette cuve, situé au-dessus de la surface 56 du lisier, et peut être évacué hors de cet espace par un raccord 84 dont est muni le fond supérieur 34. A ce raccord, peut etre relié un conduit 85 communiquant avec un gazomètre de réception du gaz méthane produit. Enfin, compte tenu du chauffage du lisier à l'intérieur de la cuve 7 par l'eau chaude (700 C) circulant dans le cylindre 30, le contenu de la cuve 7 est chauffé en permanence, et, pour éviter des déperditions de chaleur, un revêtement 86 d'isolation thermique recouvre la totalité de la face externe 87 de la cuve 7. Les avantages du digesteur qui vient d'être décrit vont maintenant être vus. Le grand mérite de ce digesteur est de fonctionner de manière satisfaisante. Ainsi, en ce qui concerne son dispositif de commande, les manoeuvres sont simples et sures. La préparation du lisier dans la fosse 1 permet, grace à la pompe de hachage 11, d'obtenir un mélange homogène qui circulera bien dans les divers conduits, et n'engorgera aucun conduit, ni aucune enceinte (cuve 7, cylindre 30, entonnoir 54u55). Après l'homogénéisation désirée, le lisier de la fosse 1 est injecté dans la cuve 7. Pour ce faire, le levier 25 est basculé vers la gauche, ouvre la vanne 23, ferme la vanne 20, et, appuyant sur le contacteur 27, met en service pendant une durée déterminée, la minuterie 29. Pendant cette durée déterminée, la pompe-ll refoule le lisier dans le conduit de liaison 22, jusqu'à l'intérieur du cylindre 30. Au-delà de cette durée, la minuterie interrompt l'alimentation en énergie électrique du moteur électrique d'entraînement de la pompe 11. De plus, tant que le levier est maintenu basculé vers la gauche, l'alimentation en énergie électrique reste interrompue, ce qui évite de remettre en marche la pompe et de refouler dans la cuve 7 une trop grande quantité de lisier à traiter. En dehors de l'opération précédente, de chargement de la cuve 7, le levier 25 est basculé vers la droite, ouvrant la vanne 20, fermant la vanne 23, et, appuyant sur le contacteur 28, permet le fonctionnement continu de la pompe de hachage 11, qui assure la préparation du lisier. Pendant le chargement de la cuve 7 en lisier provenant de la fosse 1, le lisier pénètre à l'intérieur du cylindre 30 qui, interposé entre les embouchures 52 et 50, interdit le passage direct du lisier qui sort du tronçon 32 vers le conduit d'extraction 49. La surface 56 s'élève momentanément et le lisie-r qui a déjà été traité dans la cuve 7 et qui se trouve en regard de l'embouchure 50 est poussé par gravité dans le conduit d'extraction 49 et est ainsi expulsé hors de la cuve 7. Quant au traitement du lisier à l'intérieur de la cuve 7, il résulte du maintien d'une température optimale à l'intérieur de la cuve 7 et de la réalisation.d'un brassage satisfaisant du lisier. Le fluide chaud arrivant par le conduit 46 a une température d'environ 70" C. Cette limitation est nécessaire, car au delà se produit une prolifération bactérienne qui, se fixant sur les parois du cylindre 30, provoquent rapidement une détérioration très importante de lé'change de chaleur. Pour compenser cette température maximale relativement modérée, il a fallu concevoir un échangeur ayant une grande surface d'échange, d'ou la forme et la constitution préconisées du cylindre 30. Le brassage est assuré par la pompe 57. Il y a cependant lieu de noter que 11 effet de circulation ainsi réalisé est doublé par l'effet de succion résultant de la présence du tronc de cône 54 et du tronçon cylindrique 55 qui le prolonge. En effet, pour un débit refoulé par la pompe 57 et traversant l'embouchure 61 -(fleches G) égal, par exemple, à 1 000 litres par minute, un débit secondaire (flèches H3 est aspiré dns le cone 54 et est aussi égal à i 000 litres par minute, environ.Comme par ailleurs, ce débit secondaire est prélevé sur la quantité de lisier voisine de ltem- bouchure supérieure 54a du tronc de cône 54, qui, elle-même est voisine de la surface 56 du lisier, on comprend qu'aucune croûte ne puisse se former en surface, et, que le brassage soit satisfaisant. Compte tenu de l'important débit brassé, projeté à l'intérieur du cylindre 30 du haut vers le bas, des remous importants accompagnent le changement de direction du lisier à la partie inférieure du cylindre 30, au moment où le lisier remonte dans la cuve entre le cylindre 30 et la cuve 7 (flèches K). Ces remous ont pour effet d'éviter la formation et l'accumulation de dépôts sur le fond inférieur 33 de la cuve 7. L'invention n'est pas limitée à la réalisation decrite, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Digesteur de lisier constitué par une enceinte qui est apte a contenir le lisier frais destiné à la fermentation, qui est munie d'un dispositif d'alimentation en lisier frais, et, d'un dispositif d'extraction du lisier après fermentation, caractérisé en ce que cette enceinte comprend un cuve externe, à l'intérieur de laquelle est disposé un cylindre à axe vertical, cependant que l'ouverture d'admission du lisier à l'intérieur de l'enceinte débouche à l'intérieur du cylindre et qu'un conduit d'extraction est raccordé à la cuve en une zone, qui est contenue dans le plan diamétral du cylindre passant par ladite ouverture d'admission et qui est située sur la partie de la cuve intersectée par ledit plan diamétral qui est la plus éloignée de cette ouverture d'admission. 2 - Digesteur de lisier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de ladite ouverture d'admission est sensiblement horizontal et orienté radialement par rapport au cylindre. 3 - Digesteur de lisier selon la revendication 2, carac térisé en ce que l'ouverture d'admission est située sensiblement à égales distances des extrémités du cylindre. 4 - Digesteur de lisier selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce qu'un conduit d'injection de fluide chaud débouche à la partie inférieure du cylindre et a son ouverture orientée vers la paroi de ce cylindre. 5 - Digesteur de lisier selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que le cylindre constitue un échangeur de chaleur comprenant une virole externe et une virole interne coaxiale à la virole externe et d'un diamètre inférieur, de manière à ménager entre elle-ême et cette virole externe un espace annulaire de circulation du fluide, fermé à ses parties inférieure et supérieure. 6 - Digesteur de lisier selon la revendication 5, carac térisé en ce que deux profilés en U, courbés, ont leurs branches disposées horizontalement et fixes par soudure étanche aux parties inférieure et supérieure de la face interne de la virole externe, cependant que les lisieres inférieure et supérieure de la virole interne sont soudées aux branches supérieure du profilé inférieur et inférieure du profilé supérieur, respectivement, et que des encoches, réalisées dans lesdites branches, établissent la communication entre ledit espace annulaire compris entre les deux viroles et, d'une part, le volume annulaire inférieur délimi- té par le profilé inférieur et la virole externe, d'autre part, le volume annulaire supérieur délimité par le profilé supérieur et la virole externe, lesdits volumes annulaires inférieur et supérieur et la virole externe, lesdits volumes annulaires inférieur et supérieur etant raccordés à des conduits d'alimentation en fluide chauffant et de retour dudit fluide refroidi après échange de chaleur.