Brevet FR3055814A1 — publié le 20180316

Description La présente invention concerne un dispositif de préparation de matières en vue de leur méthanisation. La méthanisation, ou digestion anaérobie, est la décomposition par des microorganismes, en l'absence d'oxygène, de la matière organique contenue dans les effluents à traiter. Cette décomposition de la matière organique aboutie au dégagement de gaz, principalement du méthane. La digestion anaérobie par voie fluide des effluents, c'est à dire des effluents contenant au maximum 25% de matière sèche, tels que des boues de stations d'épuration, des effluents industriels ou agricoles, des fumiers ou certain déchets végétaux ou organiques, se déroule à l'intérieur de grands réservoirs hermétiquement clos et à l'intérieur desquels sont prévus des systèmes d'agitation ou de brassage du substrat et des systèmes de régulation de la température. Dans ces procédés, la difficulté réside dans l'incorporation des matières, qui sont parfois « solides » au départ. La préparation des matières requiert donc souvent soit un broyage, soit un moyen divers de « liquéfier » celle ci. L'une des principales difficultés des procédés de méthanisation en « phase liquide » réside dans cette préparation qui doit permettre : - de mélanger intimement des différents intrants en une soupe homogène et pompable. - de réaliser un broyage de la matière en particule de petites dimensions, d'une part pour faciliter mécaniquement le process, mais aussi pour améliorer la biodégradabilité des particules. Dans le cas d'une méthanisation de matière agricole, notamment contenant des fibres végétales comme par exemple de la paille, ou du fumier, la difficultés du broyage réside dans le fait de réussir avec peu d'énergie à défibrer les brins de paille. C'est à dire séparer les fibres ligneuses de la cellulose et des hémicelluloses. La cellulose séparée ainsi forme dans l'eau un hydrocolloïde en suspension (gonflement). Aujourd'hui différents processus sont mis en oeuvre. Certains consistent en un broyage de la fraction solide contenant la cellulose avant le mélange. Ces process font appel à des systèmes de rotor proche des épandeurs à fumier. Certains utilisent des « broyages par chaînes en rotation dans un contenant métallique pour disloquer les blocs de fumiers et ensuite les incorporer dans le liquide. D'autres système consiste à mélanger le solide et le liquide puis à faire passer le mélange dans des broyeur à couteau/ contre-couteau. Il existe de nombreuses variantes de ce principe. Le système que nous proposons vise à réaliser cette opération en répondant à plusieurs problématiques : - réduire le coût d'investissement avec un système multifonction assurant le mélange et le broyage. - réduire la consommation d'énergie, - mélanger intimement les matières, - défibrer les tiges végétales pour séparer la cellulose de la lignine. 2 3055814 La présente invention consiste à installer dans une cuve (100) 2 types d'équipements complémentaires (Figure 1). - D'une part un système de bullage (120) permettant l'agitation du mélange sans éléments 5 mécaniques fragile. - d'autre part, un ou des broyeurs-défibreurs immergées (101). Une des caractéristiques de l'invention est qu'elle est basée sur un fonctionnement en phase liquide. 10 Le broyeur défibreur est conçu pour accepter des matières contenant des corps étrangers et abrasifs. Le broyeur se compose sur le principe d'un ensemble de 2 plaques (102 et 103) par exemple en 15 acier entre lesquelles tournent des éléments flexibles (104) , par exemple des chaînes marines fixées sur un arbre central (105) , lui même mu par un dispositif d'entraînement, par exemple un moteur électrique (106). Le dispositif est conçu de telle sorte que l'extrémité des éléments flexibles (par exemple des 20 chaînes) affleure à 1 'extérieur des doubles-plaques, en certain point de révolution, et reste incluse entre les doubles-plaques en d'autre point de la révolution. Les doubles-plaques présentent un espacement permettant la rotation libre des éléments flexibles, tout en étant proche de ceux ci. 25 Dans le jeu de doubles-plaques, une des doubles-plaques, avantageusement la plaque supérieure est munie d'une ouverture centrale (107) d'un diamètre suffisant pour permettre l'aspiration centrifuge du mélange à broyer. L'ouverture en partie supérieure favorise l'aspiration des éléments flottants. 30 L'écartement entre les doubles-plaques sera maintenu et réglé au moyen de tout dispositif adapté (Figure 5), par exemple des tiges filetés (113). La configuration de la cuve et la disposition du broyeur et des systèmes de bullage sont conçus pour permettre une circulation de la matière dans l'ensemble du contenant. 35 Avantageusement, la circulation des matières sera ascendante dans certaines zones, avec le bullage, et descendante dans d'autres zone avec l'aspiration du broyeur. Dans une cuve rectangulaire, le broyeur sera d'un coté et le bullage de l'autre, permettant ainsi une circulation de toute la matière. 40 La disposition globale permet le passage de blocs de matière solide en entrée et les disloquent vers les sorties. Les fibres et tiges végétales sont prises en sandwich entre les doubles plaques et le fléau flexible de telle sorte que celle ci s'ouvre et s'écrase dans le sens de la longueur. 45 Le dispositif de broyage est avantageusement conçu de la manière suivante (Figure 3) : - une plaque de fond (102) muni d'un « logement-moyeux » (112) d'accueil de l'arbre moteur - un jeu de fléaux flexibles (104), par exemple composé de chaînes marines fixées sur l'arbre moteur (105). - une plaque supérieure (103), munie d'une ouverture centrale autour de l'axe (107). - l'axe moteur et les fléaux sont démontables pour être retiré par le dessus. - La forme des plaques permet que les fléaux puissent en certains points de leur rotation dépasser 3 3055814 à l'extérieur des plaques, par exemple c'est le cas avec des plaques rectangulaires (Figure 2). Le système de bullage est conçu d'un ensemble de points d'injection d'air sous pression (120). Celui-ci permet de réaliser d'une part une agitation de la cuve, d'autre part une mise en 5 mouvement complète des blocs de solides (par exemple de fumier) en mélange dans le liquide. Le système de bullage, par les remous qu'il provoque permet aussi « d'arroser » la matière solide flottante et de l'humidifier. Dans une variante de l'installation la taille de la cuve est réduite de telle sorte que le mélange à 10 broyer y entre et ressort en continu. Au moyen de pompes. Dans une autre variante, les plaques sont au nombre de 3 avec 2 jeux de fléaux. Par exemple, une plaque centrale, et deux plaques externes munies d'ouvertures. 15 Dans une variante (figure 4), permettant un broyage fin, les doubles plaques sont montées selon un dispositif permettant le broyage grossier entre les deux premières plaques (102 et 103), au moyen des fléaux (104). Puis sur un des coté des plaques rectangulaire un déflecteur 108 entraîne la matière sortante vers le centre de telle sorte qu'une partie soit aspirée dans un second jeu de doubles-plaques (109 et 20 110) avec des fléaux (111). Avantageusement, le second jeu de doubles-plaques présente un écartement plus réduit pour un broyage-défibrage plus fin. 4 REVENDICATIONS1. Dispositif de broyage de matières cellulosiques et solides en suspension dans un liquide, composé d'un jeu de fléaux flexibles (par exemple chaine marine) (104) en rotation autour d'un axe et dont la rotation s'effectue entre 2 plaques parallèles (102 et 103) dont l'écartement permet le passage des matières les plus grosses . 2. Dispositif selon la revendication numéro 1, caractérisé en ce que les plaques ont une forme permettant au fléaux fléxibles de dépasser de celle ci en certains points de rotation, par exemple des plaques rectangulaires. 3. Dispositif selon les revendications 1-2 , caractérisé en ce que le dispositif est immergée dans une cuve (100) pleine du mélange à broyer. 4. Dispositif selon les revendications 1-2-3, caractérisé en ce que le dispositif est fixé sur un axe de rotation vertical (105). 5. Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif est muni sur la plaque supérieure d'une ouverture (107) permettant l'aspiration des matières provenant du haut de la cuve. 6. Dispositif selon les revendications de 1-5, Caractérisé en ce que le dispositif est complété en d'autres point de la cuve d'un dispositif de bullage (120) permettant de favoriser la circulation de matière, et disloquer les blocs. 7. Dispositif selon les revendications de 1-5, Caractérisé en ce que le dispositif est muni de 2 jeux de doubles-plaques (102 et 103) plus (109 et 110) et un déflecteur (108) permettant le broyage plus fin en deux étapes au moyen de deux jeux de fléaux flexibles de tailles différentes (104 et 111). 3055814 5 Figure 1 Figure 2 3055814 6 Figure 3 112 102 105 107 103 104 3055814 Figure 4 Figure 5 bn^ oek-msa>.-^-0----M-^-0-^- .oe...oe...0-_-0-_-0---i b- 0-_-0._-0-_-.«.._.e. 7