Brevet FR2500716A2 — publié le 19820903

FR 2500716 A2 19820903 FR 8104455 A 19810302 Ilous avons déposé le 29 Septembre 1980, en Erance, une demande de brevet d'invention qui à été enregistrée sous le NO 80-21 085. Invention intitulée : Digesteur modulaire å déplacement pour la production en continu de biométhane à partir de substances organiques. La présente addition se rapporte à cette invention. DOMAINES TECHNIQUES AUXQUELS L'ADDITION SE RM > POilTE Cette addition concerne un appareil destiné à produire en continu du biométhane à partir de substances organiques contenues dans des déchets provenant essentiellement de l'agriculture ou des industries dérivées de celle-ci. Elle concerne également les systèmes d'épuration des effluents fortement chargés de matières organiques puisque la digestion métha nogènes s'accompagne d'une forte réduction de la D B 0 5 , MOYENS MIS EN OEUVRE La demande de brevet principal décrivait un digesteur composé d'un certain nombre d'éléments bien définis. La présente addition a pour but de décrire un autre mode de réalisation, qui permet de donner naissance à toute une famille d'appareils aux caractéristiques différentes les uns des autres.Pour cela le digesteur modulaire à déplacement est composé d'une unité centrale de type modulaire com, piétée par des équipements périphériques les uns obligatoires, les autres facultatifs ; c'est la présence ou l'absence de 1 ou de plusieurs de ces équipements périphériques facultatifs qui donne au digesteur ces caractéristiques. L'unité centrale de type modulaire sert à contenir les produits en cours de digestion. Cette unité est toujours conçue de la meme façon, mis à part qu'étant modulaire elle comportera, suivant chaque cas particulier, un nombre de cellules de digestion variable, proportionnel au volume de digestion nécessaire dans chaque installation. Autour de l'unité centrale de digestion, on a un certain nombre d'équipements périphériques : - Les uns obligatoires à savoir - Une pompe pour assurer les mouvements des produits, - Des vannes pour diriger les fluides dans les endroits souhaités, - Un dispositif pour controler la température du bain marie et assurer son réchauffage. - Les autres facultatifs à savoir - Des cellules destinées à assurer la préfermentation. Rappelons que la préfermentation est une phase de fer indentation aérobie qui précède la phase de fermentation anaérobie. - Des échangeurs de chaleur destinés à récupérer des ca lories sur les produits sortants afin d ' assurer le pré chauffage des produits frais entrants. - Un dispositif de mesure et de régulation automatique du Ph. - Un dispositif de commande automatique des vannes. Les moyens mis en oeuvre dans la présente variante sont essentiellement : ( Nous excluons de la description tous les éléments périphériques facultatifs sauf les éléments servant à la mesure et à la régulation du Ph dont nous préciserons la position et les conditions de fonctionnement) - Un ensemble de cellules "14" en nombre variable selon le vo lume de digestion à assurer. Ces cellules sont toutes sembla bles, ce qui donne un ensemble modulaire. Ces cellules sont de préférence disposée pour des raisons d'économie de bâtiments selon un carré, mais pas obligatoirement. L'adaptation au volu me de digestion souhaité se fait donc principalement par la va riation du nombre de cellules et secondairement dans des cas particuliers par la variation du volume des cellules, mais dans tous les cas, les cellules ont, dans un même appareil le même volume. - Les produits en digestion sont maintenue à la température de digestion (mésophile ou thermophile) par transfert de chaleur à travers la paroi des cellules, celles-ci plongeant jusqu'au lj3 de leur hauteur dans un bainmarie matenu à température constante. - Une bache souple "36" entoure la partie supérieure des cellules, l'étanchéité est assurée par un joint hydraulique "37" le bord de la bache plongeant dans l'eau du bain-marie. Cette ba- che souple délimite un espace ónmun de récupération du gaz commun à l'ensemble des cellules. Le gaz produit est évacué par une canalisation "409 qui part verticalement. - Les produits avant leur introduction ont pu être s - Préfermentés c' est-à-dire avoir subi une phase de fermen- tation aérobie, - Préchauffés par prélèvement de calories sur les produit sortants dans un échangeur de chaleur. - Les produits avant leur introduction sont obligatoirement mis à la température de digestion afin que la constance de la température du bain-marie ne soit pas perturbée par les introductions ce qui entrainerait des variations de température pour les produits en digestion. Circulation des produits - Tous les mouvements de produits sont assurés par la po pue "23", - Les produits frais (à digérer) passent par la canalisation "24" et leur introduction est commandée par l'ouverture de la vanne "30", - Les produits en digestion circulent de cellules "14" en cel- - lules "14". Ils passent par toutes les cellules et séjournent un temps égal dans chaque cellule, ce temps de séjour est sensiblement égal au temps de rétention dans le digesteur divisé par le nombre de cellules de digestion moins une (Il y a en effet une cellule qui reste vide à l'intérieur du digesteur pour permettre les transferts).Si le nombre des collures est trop élevé, l'ensemble des cellules sera organisé en unités autonomes sur le plan hydraulique de façon à limiter le nombre des transferts et permettre un temps de séjour suffisant dans chaque cellule. - Le rejet des produits digérés est commandé par l'ouverture de la vanne "31" les produits passant par la canalisation "25". - En début de digestion les produits frais entrants sont ense menacé - Par mélange avec 10 , environ de produits en fin de di gestion, - Ces produits destinés à l'ensemencement sont prélevés par la canalisation "18" dans la zone situé au dessus du 1/4 inférieur de la cellule contenant les produits plus anciens. - Lors du passage d'une cellule à l'autre les produits 8ont en semences - Lors du passage d'une cellule de rang n à une cellule de rang (n + 1) 10 % environ des produits de la cellule (n + 1) servent à ensemencer les produits provenant de la cellule de rang n, - Ces produits destinés à l'ensemencement des produits de la cellule de rang n sont prélevés par la canalisation "18" dans la zone située au dessus du 1/4 inférieur de la cellu le de rang (n + 1), - En cours de digestion : - Si le digesteur est équipé d'une régulation automatique du Ph celui-ci pourra être régulé. - Après digestion : - Si le digesteur est équipé d'un échangeur de chaleur, des calories seront récupérées sur les produits digérés sortants afin de préchauffer les produits frais entrants. AVANTAGES APPORTES PAR L' INVENTION ET PLUS PBRTICULIEREMENT PAR L'ADDITION - Ce sont tout d'abord les avantages signalés dans la demande de brevet principal à savoir en résumé - Homogénéité de la digestion, - Meilleures conditions d'anaérobiose, - Solution du problème de la crotte et des boues denses qui ont tendance à sédimenter au fond du digesteur. Possibilité de mesures fiables de Ph et donc possibilits de corriger le Ph de façon sûre, - Avantages dus à la construction modulaire en ce qui con cerne les prix de revient. - Avantages supplémentaires apportés par la présente addition : - Possibilité de construire à partir d'une unité centrale de digestion toujours identique à elle mSme et d'équipe ments périphériques en nombre variable (du fait des équipe ments facultatifs) des digesteurs aux caractéristiques diffé rentes sur le plan des performances, du controle des paramè tres de la digestion, du degré d'automatisme. Digesteurs qui pourront satisfaire au mieux les exigences de chaque cas particulier d'installation. - Possibilité avec seulement 2 conduites par cellule' d' as- surer l'alimentation de chaque cellule et sa vidange å 2 niveaux différents par la réversibilité des flux de produit dans les conduites "18". ENONCE DES FIGURES - figure 1 planche 1 : - C'est une coupe verticale passant par l'axe d'une rangée de cellules. Le plan de coupe dA est représenté sur la fi gure 2 planche 2. - figure 2 planche 2 - C'est une vue en plan schématique montrant la disposition des principaux éléments. - figure 3 planche 3 - C'est une coupe verticale, le plan de coupe passe par l'axe de symétrie de la pompe "23". - figure 4 planche 4 - C'est le diagramme de circulation des produits. - Remarque : - Les figures ont été représentées avec 9 cellules, mais il est bien évident que ce n'est qu'un cas particulier puisque le nombre de cellules est variable. DESCRIPTION DETAILLEE - Sur la figure 1 Planche 1 qui est une coupe verticale passant par l'axe d'une rangée de cellules sont représentées - Les éléments assurant la protection générale de l'uns tallation B savoir, une dalle "1" qui supporte l'ensemble de l'installation. cette dalle est coulée sur le sol. Tout autour de oette dalle se trouve un rebord"? de protection. Les parois latérales externes sont constituées par un bsr- dage "3". La partie supérieure de l'installation constituée essentiellement par la couverture et l'isolation de la partie haute est supportée par des piliers externes "4" et des piliers internes "5". La couverture est constituée par des poutrelles "6", un support d'étanchéité "7" et une étanché Ité "8" (La couverture de l'installation peut être assuré également par toute toiture en pente) la présence des piliers "5" permettant d'avoir de faibles portées pour les charpentes. - Les éléments assurant la protection thermique à savoir une couche d'isolant "9" qui est interposé entre la dalle "1" et la dalle "26" où sont noyées toutes les canalisations une couche d'isolant "10" pour isoler les parois latérales. des couches d'isolant "11" et "12" pour isoler les canalisations latérales et les vannes, une couche d'isolant "1Ç" pour isoler la partie supérieure. - Les éléments permettant de contenir les produits en cours de digestion et qui sont constitués par des cellules "14" ouvertes vers le haut. - Les éléments permettant le transport de produits sont les suivants : du point le plus bas de chaque cellule part une canalisation de vidange "17", dans chaque cellule une canalisation mixte alimentation vidange "18". Toutes les canalisations "18" sont reliés au collecteur général d'alimentation "19", toutes les canalisations "17" et "18" sont reliées au collecteur général de vidange "20". Toutes les canalisations passant sous les cellules sont noyées dans une dalle "26". Les vannes sont commandées par un dispositif "39". - Les éléments permettant d'assurer le maintient de la température de digestion sont : le bain-narie qui est contenu par la paroi "52" ; une sonde thermique "33" permettant la mesure de la température du bain-marie qui est maintenu à un niveau constant "34". - Les éléments permettant de récupérer le biogaz is:;u de la fermentation anaérobie sont la bache souple de récupération "35" qui délimite un espace de récupération "55" eomm m à l'ensemble des cellules, l'étanchéité est assuré par un joint hydraulique "37", la poussée sur la bache due à la légère supression est contenue par la cloison "38" contre laquelle la bache s'appuie, le gaz est évacué par la con duite "40". - L'espace "41" est destiné à recevoir les équipements pé- riphériques dont il a été question précédemment, sauf les équipements de chauffage qui pour des raisons de sécurité sont placés à l'extérieur dans un petit local annexe. - Sur la figure 2 planche 2 qui est une vue schématique montrant la disposition des principaux éléments sont représentés les t - Eléments de protection : Le bardage latéral"3", les pi liers supports externes "4", les piliers supports internes "5" . - Eléments de protection thermiques : l'isolation thermique latérale "10", l'isolation des vannes "Il". - Eléments permettant de contenir les produits : les cellu les de digestion "14". - Eléments de transport des produits : La canalisation géné rale d'alimentation des cellules "19" la canalisation géné rale de vidange "20". La canalisation générale de vidan ge "Z0" et la canalisation générale d'alimentation "lgn sont reliées à l'unique pompe de transfert n 23 n - Sont représentés également la paroi latérale "32" qui permet de contenir le bain-marie et la conduite "40" d'évacuation du gaz. - Sur la figure 3 planche 3, sont représentés - La canalisation générale "1j" d'alimentation des cellules, la canalisation générale "20" de vidange des cellules, cette canalisation communique par la conduite "44" avec le réser voir "45". Ce réservoir est équipé d'un contrôle de niveau "47", il est relié à l'aspiration de la pompe "23" par la canalisation "46". - La Pom2e "z" refoule dans le réservoir "49" par l'inter mediaire de la couduite "48", ce réservoir met en charge la canalisation générale d'alimentation " 19 " par 1' intermé- diaire de la canalisation "58". - Le réservoir "49" est équipé d'un certain nombre d'élé mente : Un controle de niveau "57" permet d'arr8ter la pom pe "23" lorsque le liquide atteint dans le réservoir "49" le niveau "51" qui est le niveau de remplissage prévue pour les cellules de digestion. La canalisation "56" met en rela tion le réservoir "49" avec 1' espace "35" situé au-dessus des cellules de digestion, les niveaux en fin de remplissa ge sont donc les mêmes dans le réservoir "49" et dans les cellules de digestion. - Le réservoir "49" est en outre équipé d'une goulotte demi cylindrique mobile "52" qui pivote autour d'un axe "62", l'inclinaison de la goulotte "52" permet à volonté de diri ger ou non le liquide sortant de la canalisation "48" sur une sonde de Ph "53". La sonde de Ph "53" est nettoyée par un jet de liquide sous pression amené par la canalisation "54". Le Ph est corrigé par une base qui est introduite par une canalisation "55". - La canalisation "60" permet au gaz emprisonné dans le ca nal "20" de s'échapper par l'ouverture d'une électrovanne "61". - Sur la figure 4, planche 4 qui est un diagramme général mon- trant la circulation des produits sont représentés - Les cellules de digestion "14", de chaque cellule part une canalisation "17" qui sert uniquement à la vidange et une canalisation mixte "18" qui sert à la vidange et à l'a limentation. Toutes les canalisations "18" sont reliées à la canalisation générale "19", toutes les canalisations mixtes "18" sont reliées aux canalisations générales "19" et "20", les transferts se font gracie à la pompe "23", l'alimentation en produits frais en provenance de i' exté- rieur se fait par la canalisation "24". le rejet à 1 'exté- rieur des produits digérés se fait au la canalisation "25". Les vannes "27" commandent l'alimentation de chaque cellule. Les vannes "28" commandent la vidange de chaque cellule à un niveau situé au 1/4 inférieur. Les vannes "29" commandent la vidange des cellules par le fond. La vanne 50" commande l'admission générale des produits. La vanne "51" commande le rejet en dehors des produits. La conduite générale "20" dé bouche dans le réservoir "45" qui est relié à l'aspiration de la pompe "23" par la canalisation "46". La conduite géné- rale d'alimentation "19" est alimentée par la pompe "23" par l'intermédiaire du réservoir "49". REVENDICATIONS Etevendication N 1 - Digesteur modulaire à déplacement pour la production en continu de biométhane à partir de subtances organiques caractérisé s - En ce que les produits se trouvant à l'intérieur du digesteur sont contenus dans un nombre variable de cellules cylindriques appelées cellules de digestion, sn n ce que les produits au cours de la digestion passent de cel- lule en cellule, - En ce que les cellules de digestion sont disposées de façon à pouvoir être insérées dans un hagard bardé dont la surface au sol se rapproche le plus possible d'un carré, - En ce que les cellules de digestion sont entourées par un bain-marie maintenu à température constante, - En ce qu'un réseau de canalisation permet de relier n'importe quelle cellule de digestion à n'importe qu'elle autre, ~ En ce qu'un ensemble de vannes permet depuis n'importe quelle cellule de digestion de faire passer les produits dans n'importe quelle autre, d'admettre des produits frais venant de l'extérieur ou de rejeter à l'extérieur les produite qui y sont contenus, - En ce que le controle du niveau de remplissage des cellules de digestion est assuré par un seul dispositif qui est commun à l'en- semble des cellules de digestion, et que le controle de vidange des cellules de digestion est assuré par un seul dispositif qui est commun à l'ensemble des cellules de digestion. - En ce que le biométhane est collecté pour l'ensemble des cellules par une bache souple qui détermine au dessus des cellules de digestion un espace unique de récupération commune à l'ensemble des cellules de digestion. Revendication N 2 - Appareil selon la revendication 1 comprenant des cellules de digestion "14" caractérisée - En ce qu'elles sont toutes identiques, elles ont en particulier le même volume, - En ce qu'elles sont constituées d'une virolle circulaire dont le bord latéral inférieur est encastré de quelques centimètres dans le massif de béton qui sert également à encastrer les canalisations d'ali- mentation et de vidange, - En ce que le fond des cellules de digestion constitué par le massif de béton qui vient autre cité est en forme de tronc de cône, - En ce que les cellules de digestion sont totalement ouvertes à leur partie supérieure, - En ce que le nombre des cellules de digestion est,avec un type de cellules de digestion déterminé, fonction du volume maxima des produits en cours de digestion en mdme temps dans l'appareil. Revendication NO 3 - Appareil selon la revendication 1 où la circulation des produits de cellules de digestion en cellule de digestion est caractérisée : - En ce que le temps de séjour des produits dans chaque cellule de digestion est à peu près le même, - En ce que si le nombre de cellules de digestion est supérieur à 9, les cellules de digestion sont regroupées en unités indépendan- tes, en ce qui concerne la circulation des produits, chaque unité indépendante fonctionne de façon autonome, elle reçoit ses produits frais directement de l'extérieur, les produits circulent de cellules de digestion en cellules de digestion dans toutes les cellules de digestion de l'unité puis ils sont rejetés è l'extérieur. L'autonomie de ces ensembles se limite strictement à ceci. le nombre des cellules de digeation d'une unité indépendante est comprise entre 5 et 8. - En ce que les produits frais entrants sont ensemencés avec un certain pourcentage des produits dont la digestion est termln 6 - En ce que lors du passage des produits d'une cellule de digeation de rang n à une cellule de digestion de rang (n+ 1) les produits en provenance de la cellule de digestion de rang n sont ensemencés avec un certain pourcentagE de produits provenant de la cellule de digestion de rang (n + 1), - En ce que, à l'ensemble des cellules de digestion nécessaire pour contenir le volume total des produits en cours de digestion à l'intérieur du digesteur on ajoute une cellule de digestion supplémentaire afin de permettre à chaque transfert la vidange complète d'une cellule de digestion dans une autre cellule de digestion. Revendication NO 4 - Appareil selon la revendication 1 comprenant des structures de protection des cellules de digestion caractérisées : - En ce qu'une cloison verticale délimite deux voluies parai- lélipipédiques - un qui regoit les cellules de digestion et qui est isolé de façon continue sur toutes ses face, - un qui reçoit les équipements périphériques à l'exception de l'appareil de chauffage qui est placé à l'extérieur du di gesteur, - En ce que la partie aupérieurede la protection constitue principalement par l'isolation et la couverture, est soutenue par des piliers disposés latéralement mais aussi par des piliers prenant appui sur le massif de béton entre les espaces restant libres entre les cellules de digestion, - En ce que les cellules de digestion reposent sur un socle constitué de bas en haut d'une dalle de béton prenant appui sur le sol, d'une couche continu d'isolant, et d'un massif de béton dans lequel sont encastrées toutes les canalisations de transport de produits mis en digestion, de fluide caloporteur et d'évacuation de biométhane. Revendication NO 5 - Appareil selon 1 comprenant un système de chauffage des oel- lules constitué par un bain-marie caractérisée - En ce que toutes les cellules de digestion ont leur surface latérale externe baigné par le bain-mario sur une hauteur égale envi ron au 1/5 de la hauteur totale des cellules de digestion, - En ce que le bain-marie est contenu à l'intérieur d'un réservoir parallélipipédique dont les quatre faces latérales ceinturent l'ensemble des cellules de digestion, le fond de ce réservoir étant constitué par le massif de béton sur laquelle reposent les cellules. Revendication NO 6 - Appareil selon la revendication i comprenant un réseau de Ca- nalisations caractérisé : - En ce que du point le plus bas de chaque cellule de digestion part une conduite de vidange aboutissant à une unique canalisation générale de vidange, - En ce que de chaque cellule de digestion part une canalisation mixte alimentation vidange, dans chaque cellule de digestion, le départ de cette canalisation est constitué par un tube vertical dressé dans une zone tangente à la zone centrale, la longueur du tube à 1' in- térieur de la cellule de digestion est égale à environ le 1/4 de la hauteur de celle-ci, à l'autre extrémité cette canalisation mixte aboutit d'une part sur l'unique canalisation générale de vidange et d'autre part sur l'unique canalisation générale d'alimentation, - En ce que la canalisation générale d'alimentation et la canalisation générale de vidange sont constituées chacune par une canalisation parallélipipédique; ces 2 canalisations sont déposées côte à côte dans la partie basse de 1' espace réservé aux équipements périphérisques, toutes les liaisons entre les canalisations générales d4 ali- mentation et de vidange et les canalisations allant aux cellules se font à travers la face inférieure des canalisations générales d'alimentation et de vidange, - En ce que de la face supérieure de la canalisation générale de vidange part une conduite qui permet grâce à une électrovanne situé au dessus du niveau maximum atteint par les produits dans les cellules de digestion de libérer les gaz éventuellement emprisonnés dans la canalisation générale de vidange, en établissant une communication avec l'espace situé au dessus des cellules de digestion, - En ce que la canalisation générale de vidange débouche dans un réservoir situé entièrement en dessous du point le plus bas de cette canalisation, - r.n ce que tous les transferts de produits sont effectués par une seule pompe qui est en charge par rapport à la canalisation gené- rale de vidange, - En ce que la pompe refoule à la partie supérieure d'un réservoir dont le plan médian horizontal coincide avec la surface libre des produits en digestion quand les cellules sont pleines au maxumun. - En ce que ceréservoir communique avec la canalisation générale d'alimentation et le met en charge et en ce que ce réservoir communique avec l'espace libre situé au dessus des cellules de digestion. Revendication N 7 - Appareil selon la revendication i comprenant un ensemble de vannes caractérisées - En ce que à chaque jonction entre les canalisations de vidange venant de chaque cellule et la canalisation générale de vidange se trouve une vanne, - En ce que à chaque jonction entre une canalisation mixte d'alimentation vidange et la canalisation générale d'alimentation se trouve une vanne et en ce que å chaque jonction entre une canalisation mixte alimentation vidange et la canalisation générale de vidange se trouve une vanne, - En ce qu'une vanne est disposée de telle façon que la pompe puisse aspirer des produits soit en provenance des cellules de digestion soit des produits frais en provenance de l'extérieur, - En ce qu'une vanne 3 voies est placée immédiatement à la sor tie du refoulement de la pompe de façon que la pompe refoule les produits soit à la partie supérieure du réservoir de mise en charge de la canalisation générale d'alimentation, soit vers l'extérieur. Revendication NO 8 - Appareil selon la revendication i comprenant un système de contrôle des niveaux de remplissage et de vidange des cellules de digestion caractérisé - En ce que en fin de remplissage le niveau des produits dnns le réservoir de mise en charge de la canalisation générale d ' alimen- tation est le même que dans la cellule en cours de remplis wDe et que ce niveau identique est controlé par un unique dispositif de contrôle des niveaux situé dans le réservoir de misc en cll de la canalisation générale d'alimentation, - an ce que le point le plus bas du fond de chaque cellule de digestion est à un niveau supérieur au réservoir de mise en charge de la pompe et que ce réservoir est équipé d'un dispositif de contrS- le des niveaux. Revendication NO 9 - Appareil selon la revendication 1 comprenant un système de récupération du biométhane caractérisé - En ce que l'unique bache souple de récupération du biométhans a la forme d'une cloche de forme parallélipipédique ou cubique, - En ce que 1' étanchéité est assuré par un joint hydraulique le bord inférieur de la bache souple de récupération plongeant dans le bain-marie qui entoure la base des cellules de digestion, - En ce que l'évacuation du biométhane vers l'extérieur se fait par une canalisation dont le début est un tube vertical qui part de l'intérieur de l'espace de récupération,ce tube traverse le bainmarie puis est encastré dans le massif de béton qui supporte les cellules, il n'a aucun contact avec la bache souple de récupération. Revendication NO 10 - Appareil selon la revendication 6 comprenant un réservoir de mise en charge de la canalisation générale d'alimentation qui peut facultativement être équipé d'un dispositif de mesure et de régulation du Ph qui est caractérisé - - En ce qu'une goulotte semi-cylindrique peut par rotation au- tour d'un axe horizontal dévier à la demande les produits sortant de la canalisation d'amenée afin de les mettre en contact ou non avec la sonde de Ph, - En ce qu'une canalisation débouche près de la sonde de Ph pour permettre son nettoyage hydraulique, - En ce que la sonde de Ph est fixée a' la partie supérieure du réservoir de façon qu'elle soit encore entièrement au dessus de la surface libre des produits dans le réservoir lorsque ceux-ci atteignent leur niveau maximum dans leditréservoir, - En ce qu'une canalisation d'apport de bases débouche au voi- sinage du départ de la canalisation de vidange du réservoir.