Brevet FR2519652A1 — publié le 19830718

FERMENTEUR DE PRODUCTION INDUSTRIELLE DE GAZ VEGETAL POUR FUMIERS ET MATIERES ANALOGUES La présente invention a pour objet de diminuer le plus possible les temps de manutention des produits employés de même que les arrêts de production das au chargement et au déchargement des produits dans un fermenteur méthanogène. Elle est particulièrement adaptée au procédé de fermentation DUCELLIER ISMAN, qui consiste à faire précéder la phase de fermentation anaérobie productrice de méthane, d'une phase de préfermentation aérobie dans des fermenteurs à alimentation discontinue fonctionnant par cuvaisons successives. Le fermenteur, objet de l'invention, est conçu de telle sorte que la cuve le constituant est soit entièrement exécutée en usine, suivant des méthodes et avec des outillages éprouvés, et facilement transportable par chemin de fer et sur route, ses dimensions ne dépassant pas les gabarits imposés pour les transports non exceptionnels, soit soudée sur le site à équiper, par modules exécutés en usine, si l'accès n'en est pas possible pour les semi-remorques ou les fortes grues. Ce fermenteur est fait d'une cuve cylindrique à génératrice horizontale, dont la partie supérieure est amovible, formant couvercle en plusieurs parties pour un maniement aisé. Elle tourillonne suivant un axe horizontal grâce à des rails formés en circonférence totale en extérieur de virole de cuve. Chaque rail circonférentiel repose sur trois galets solidaires d'une fondation en béton armé. L'entrafnement en rotation est opéré par un motoréducteur à grand rapport entratnant par un petit pignon denté une chaÎne solidaire de la cuve guidée par l' me d'un rail. La cuve comporte un plancher en grille, surélevé par rapport au fond et les sorties par tubes nécessaires à son fonctionnement. Sur le pourtour de la partie supérieure se trouve un dispositif d'étanchétté à joint d'eau dans lequel viennent s'emboiter les couvercles. Ceux-ci comportent une grille empêchant les matières flottantes de monter plus haut que le niveau maximum de liquide, ainsi que les sorties par tubes nécessaires. Toutes les sorties sont équipées d'une vanne et d'une embase de raccord rapide. Ce dispositif permet de n'utiliser qu'une seule machinerie générale pour la batterie de cuves nécessaires à une production regulifre de gaz. Toutes les parties métalliques internes du fermenteur sont recouvertes d'une peinture à 98% de zinc revêtues extérieurement de goudron et de polystyrène, isolant thermique, et d'un bardage de protection en tôles mince. Avant rotation de la cuve pour vidage, les secteurs en isolant thermique comblant les passage de rails sont enlevés et sont replacés une fois la cuve en position verticale de chargement. Les différents volumes utiles possibles avec ce type de fermenteur cylindrique horizontal modulaire couvrent les productions de matières fermentesci blés venant des exploitations agricoles françaises possèdant un troupeau de bovins de 100 unites et plus de gros bétail . La production de gaz végétal les rendrait autonomes quant à leurs besoins énergétiques, aussi bien chauffage habitation, poulailler, porcherie, laiterie, que traction des tracteurs. Nous décrivons ci-dessous une réalisation étudiée dans le détail: c'est la cuve représentée à la Planche I : (à 3 modules). Des viroles au module de 2m de longueur, en tôle d'acier de 3m de diamètre (1)de-longueur totale pouvant varier de 4 à 12 mètres, sont soudées électriquement en machine automatique avec le nombre de modules désirés pour faire la longueur demandée. Cette virole développe 270". Les extrêmités(2)sont en tôle renforcée formant l'avant et l'arrière. Des couvercles amovibles(33en tôle plane, au même module de 2 mètres que les viroles de cuve, comportent des tôles verticales(4)formant joint d'eau avec les tôles verticales de la cuve(5). La partie inférieure, formant la cuve proprement dite, est renforcée de rail en U 6) 6)roulies et soudés au même diamètre que l'extérieur de la virole. Des tôles (7) formant renforts d'écartement sont soudées au voisinage des rails et donnent les joints d'eau avec la contrepartie fixée aux couvercles. Une tuyauterie (8) soudée au niveau haut des joints d'eau sert à l'évacuation du trop plein des liquides, lors du remplissage de la cuve en début anaerobie, et de sécurité en cas de surpressioi de gaz. Deux tuyauteries latérales (9) servent à l'arrosage des matieres en phase anaérobie lors du recyclage. Un'isolant thermique (10) de haute qualité est fixé sur toutes les surfaces extérieures et est protégé par une tôle de bardage (11). Le plancher de la cuve est forme d'une grille (12) reposant horizonta liement sur des profilés (13) assurant la tenue des matières qui emplissent la cuve. Une tuyauterie (14) sert à la prise du liquide lors du recyclage qui, par l'intermediaire d'une pompe, est envoyé aux tuyauteries (9). La même tuyauterie (14) permet, au point bas de la cuve, 1 'évacuation des liquides, tandis qu'une autre tuyauterie (15) admet l'injection d'air pendant la phase aérobie. Indépendants de la cuve sur lesquels elle repose, 3 galets (16) sont fixés sur des poutrelles reposant sur des murets bétonnés qui laissent entre eux un vide vertical suffisant pour admettre remorque ou panier recueillant le fertilisant en fin de fermentation. Une grille (17) fixée à la hauteur inférieure des joints d'eau de couvercle empeche le fumier entrainé par les liquides de monter à l'inte- rieur des couvercles. Un tube collecteur de gaz (18) est placé à la verticale du plafond ainsi qu'un anneau (19) servant à la prise du couvercle lors des manutentions Des verrous (20) solidaires de la cuve empêchent le couvercle de se déplacer en hauteur sous la poussée interne des gaz. Fonctionnement d'un fermenteur Les couvercles otés et posés au sol par la potence fixée au transpalette ou tout autre moyen, la cuve inclinée à 15 degres est chargée en fumier ou matieres analogues, par le renversement de paniers chargés de fumiers pouvant venir d'une certaine distance, grace au transpalette monté sur pneus. Une fois la cuve remplie de matière jusqu'à hauteur des tôles de joint d'eau, les couvercles (3) sont remis en place par le même moyen qu'a la depose.Les verrous (20) sont mis en action. Un ventilateur extérieur (non- représenté) souffle par les tubes (15) l'air nécessaire a la montée en température des matières en phase aérobie. Cet air s'échappe par les joints d'eau alors à sec et la sortie de trop plein (8). Au bout d'un temps déterminé, le fumier est noyé dans un pied de cuve (purin dilué éventuellement avec de l'eau) amené par la tubulure (14) d'une pompe extérieure (non représentée). En fin de remplissage, les joints d'eau (4) et (7) sont remplis par le liquide montant, le purin en excédent s 'écou- lant par les tubulures de trop plein (8) et rejoignant une fosse à purin générale. La phase aerobie commençant, la pompe extérieure est amenée à envoyer du purin pris en (14), sous le fumier maintenu par la grille (12), dans le collecteur (9) qui arrose le fumier retenu en hauteur par les grilles (17). Si besoin est, le purin est réchauffé par intermittence grâce à un changeur monté dans le circuit de la pompe. Le gaz produit sort du fermenteur par les tuyauteries (18) au point le plus haut des couvercles. En fin de phase aérobie, le purin est pompé par le point bas (14), la vanne commandant le tuyau de vidange (21) des joints d'eau est ouverte et le liquide rejoint la fosse générale de purin ou la 4ème cuve, si la batterie en comprend ce nombre, puis les couvercles (3) sont retirés. Une fois les vidanges achevées, le motoréducteur (non représenté) agit sur le petit pignon d'entrainement (22) de la chatne (23) (Planche 2) reliée au premier rail (6) et ayant même centre de rotation que le galet central (16) jusqu'à ce que la cuve ait parcouru un arc de 180 degrés. Des galets (24) conservent la tension de la chaÎne et permettent un enroulement correct sur le galet d'entraÎnement (22). Les galets latéraux (16) sont reliés au sol bétonné par des goussets soudés sur des contreventements (25). Toute la matière résiduelle contenue par la cuve est tombée alors par gravite, soit dans la fosse, où elle sera reprise à la fourche ou à la sauterelle, soit dans des remorques plates a ridelles basses ou les paniers servis par le transpalette. Dans le cas où l'exécution d'une fosse ne serait pas possible ou non désirée, la rotation de la cuve pour le dechargement peut être arretée à tout moment. A partir de 100 degrés de rotation, la partie supérieure ouverte de la cuve a dépassé la verticale et le déchargement peut être exécute au niveau du sol, par tout moyen mécanique dont on dispose. La cuve une fois vidée est ramenée par le motoréducteur en position de depart, et l'opération suivante peut commencer. Pour obtenir une production de gaz ininterrompue, la plus régulière possible, 4 cuves, qui seront chargées successivement, avec un décalage convenable dans le temps, sont installées a demi en sous-sol et peuvent prendre des dispositions variees, suivant la configuration du terrain, la place disponible et les désirs de l'utilisateur. La disposition figurée à la planche 3 parait la meilleure.Il est représenté : Rampes d'accès pour le chargement et le déchargement, en coupe (aa). Vue en plan des 4 cuves. Coupe en fonctionnement des 4 cuves, soit - enlèvement du couvercle pour le F1 - cycle aérobie ou anaérobie-pour le F2 - chargement pour le F3 - déchargement pour le F4 En effet, les déblais retirés pour former le dessous de la cuve sont utilisés, en remblai entre deux cuves mitoyennes pour le chargement de l'une et de l'autre. Ce remblai comporte une rampe a 15 , de même qu'une rampe a 15 servira le dessous de cuve. Le service le meilleur et le plus rapide est le transpalette qui peut déplacer, même sur des distances importantes, par exemple entre des fermes qui auraient mis en pool leur production de fumier et de gaz, par paniers chargés chez chaque intéresse au fur et a mesure du nettoyage des étables. Le même transpalette transporte le fertilisant issu de la cuve en fin de cuvaison sur les lieux d'épandage. Le dispositif Panier et Transpalette est porté sur la planche 4. Le panier une longueur de 2 metres, une largeur de 2,50 mètres valable pour la circulation sur routes et un poids en charge inférieur à 7 tonnes. Il est consitué de tôles lisses galvanisées, maintenues extérieurement par des cornières, des fers en T et des fers plats. La partie supérieure est de section rectangulaire, jusqu'aux cornières (25) fixées à 30 de l'horizontale, qui recevront les fourches du transpalette. En dessous de ces cornières, des fers plats (26) formes en circonférence permettront la rotation du panier et assurent une bonne tenue mécanique. Toutes les tôles (27) sont lisses intérieurement pour que les produits transportés puissent sé tasser ou glisser aisément. Les cornières, tés et plats formant le bâti sont peints à la peinture goudron. Un socle (28) léger et mobile, reçoit le panier lors de son chargement. Il est placé par exemple près des étables ou sous la cuve pour le déchargement. Ses dimensions permettent aux fourches inférieures du transpalette d'avancer pour saisir le panier. Le transpalette est constitué d'un chassis formé de 2 fourches (29) et d'une forte traverse (30) portant le groupe (non figuré) moteur à gaz embrayage - boite de vitesses - pont - cardans qui entraine les roues avant (31l. Le moteur entraine également une pompe hydraulique (non figurée). A l'arrière, des roues (32) à la même voie de 2m 50 que les roues avant, sont placées àI'extérieur des fourches (29). Les 4 pneus equipant les roues sont du type agricole. Solidaire du chassis (29) - J30) par des galets (33) et des cheminsde roulement (34) inclinés a 15 , un chassis mobile (35) se 'déplace dans le plan vertical suivant la poussée de vérins hydrauliques (36). En ava,nt des roues arrières (32) sont fixés sur les fourches (29) 2 galets (37) qui sont destinés à recevoir les febrs plats (26) du panier. Le chassis mobile porte une potence(38) possédant 2 axes (39) qui reçoivent un bâti constitué d'une traverse (40) et de 2 fourches (41). Les axes (39) peuvent être verrouillés ou dévérouillés sur la traverse (40). La poussée du vérin (42) fera osciller le bâti (0)-(41) du côté opposé à celui où l'axe (39) aura été dévérouillé. Le traverse (40) porte également une chape (43)'destinée à recevoir le tube de manutention (44) (figuré à la planche 5). Fonctionnement transpalette - panier. Le panier, chargé ou vide, repose au sol sur le socle (28). Le transpalette, en position basse, engage en même temps ses fourches inférieures de chaque cte du socle et ses fourches supérieures dans les cornières (25) du panier. Les verins (36) lèvent le panier, le transpalette fait marche arrière et revient en position basse. Le panier repose alors sur les 2 galets (37) à l'arrière, et sur toute sa longueur sur les fourches supérieures (41!, maintenues par la traverse (40) et les 2 axes (39). S'il s'agit de placer le panier vide sous la cuve pour un remplissage de fertilisant, le transpalette déposera par manoeuvre inverse le panier sur socle a l'endroit désiré. S'il s'agit de remplir un module de la cuve avec le fumier ou les matières que contient le panier, une fois arrivé au droit de l'emplacement de la cuve a charger, le transpalette sera déverrouillé de l'axe (39) opposé au cOté vers lequel doit être incliné le panier, le vérin (42) donnera sa poussée, le panier tourillonnera en prenant appui à l'avant sur l'axe (39) verrouillé, à l'arrière sur les galets (37). Le centre de gravité de l'ensemble chargé n'aura qu'un angle d'environ 450 a parcourir pour que le poids fasse s'incliner de lui-même le panier. Le vérin (42) ne devra plus que freiner le mouvement de rotation. L'inclinaison est prévue pour atteindre 30', ce qui doit être suffisant pour que toutes les matières contenues dans le panier glissent aisément par gravitation surles tolets lisses. Une fois vide, le panier est ramené à la position route par la traction du vérin (42). Pour la dépose et la pose du couvercle (planche 5) la chape (43) solidaire de la traverse (40) reçoit un tube de manutention (44) fixé par un axe (45) et un axe mobile (46) mis en place une fois que le tube est passé de l'horizontale a la verticale. Le tube (44) est équipé à son extrêmité d'un câble armé d'un crochet (47) que l'on amene depuis le poste de conduite grâce à une perche légère (non représentée) en prise avec l'anneau (19) de couvercle. Redressant de quelques degrés la potence, le couvercle est dégagé de la cuve et entreposé à un endroit prévu, les couvercles pouvant être posés les uns sur'les autres. Manoeuvre inverse pour la remise en place. Destinés à l'équipement de stations déjà importantes de production de gaz végétal, les fermenteurs présentés par cette invention sont le résultat donné par les prototypes exécutés en grandeur réelle et non en laboratoire. Sachant dorénavant parfaitement maitriser les différentes phases de la production de gaz végétal, il était nécessaire de réaliser un fermenteur d'un prix au mètre cube utile installé qui puisse être, au coût actuel du pétrole, amorti en 4 ou 5 ans et équipé pour exécuter des manutentions les plus rapides possible, abaissant ainsi le prix de revient horaire. Cette invention répond a cette condition. NOUVELLES REVENDICATIONS 1 Fermenteur méthanogéne de moyenne ou grande taille utilisant des fumiers ou matières analogues pour l'équipement de centres produisant industriellement du gaz végétal, caractérisé par le fait que la cuve qui reçoit les matières fermentescibles est cylindrique à génératrice horizontale, soit métallique soit en plastique armé. 2 Fermenteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la cuve peut Stre transportéo d'un seul bloc ou par modules assem blables sur place si le site ne permet pas l'approche aisée dun semi-remorque et d'une grue. 3 Fermenteur selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la. cuve tourillonne sur des rails circonférentiels pour per mettre un chargement et un déchargement par simple eravitation. 4 Fermenteur selon l'ensemble des revendications précédentes, carac térisé par le fait que la cuve posséde des couvercles amovibles étanches par Joint dteau. 5 Fermenteur selon l'ensemble des revendications précédentes, carac tersé en ce que la cuve est chargée et déchargée par l'intermé- diaire de paniers transportés par transpalette monté sur pneus et équipé d'un moteur à gaz pouvant fonctionner sur routes. 6 Fermenteur selon l'ensemble des revendications précédentes, carac térisé en ce que la machinerie commandant le fonctionnement d'une batterie de 4 cuves peut outre unique. 7 Fermenteur selon ensemble des revendications précédentes, carac térisé en ce que les cuves sont groupées par 4 parallélement pour faciliter chargement et déchargement.