Brevet FR3069239A1 — publié le 20190125

DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine de la méthanisation e concerne plus particulièrement le digesteur, appelé également par l'homme de métier "cuve de méthanisation" ou « cuve de digestion ». Au sein d'une unité de méthanisation, le digesteur désigne le volume où la matière organique est stockée pour subir une dégradation. Le digesteur selon l'invention concerne les procédés de digestion en infiniment mélangé par voie liquide. FAT DE LA TECHNIQUE La méthanisation des matières organiques est un processus naturel connu qui transforme une partie de la matière organique fermentescible en biogaz. Ce biogaz est essentiellement composé de méthane (CH4), et de dioxyde de carbone (CO2). Ce processus naturel est accéléré et optimisé dans les unités de 15 méthanisation qui ont comme fonction principale de digérer la matière organique présente dans les intrants, et de valoriser le méthane présEr dans le biogaz. Les intrants peuvent comprendre des végétaux, notamment des déchets végétaux (tontes, herbes, feuillages), des bio-déchets alimentaires (biscuits, 20 légumes), des effluents d'élevages (lisier, fumier), et des cultures énergétiques ensilées. Pour dégrader la matière organique des intrants, il est nécessaire que ceux-ci soient stockés un certain temps (de 15 à 50 jours) dans un environnement hermétique, étanche à l'air, étanche à l'eau, et chauffé (à plus de 37°C ou à plus de 55°C selon le process de méthanisation). Cet environnement est désigné sous le nom de « digesteur », ou de « cuve de digestion », ou de « cuve de méthanisation ». C'est au sein de cet environnement que se fait la digestion de la matière organique. Après un certain temps de séjour des intrants dans le digesteur, un digestat 30 dont la consistance est proche de celle des intrants est récupéré, stocké e souvent épandu sur les terres agricoles. Selon la consistance des intrants dans le digesteur la digestion est dft - par voie liquide (pour les :rit:rants sous forme liquide ou pâteuse - ou par voie solide (exemple le fumier) 35 Le digesteur proposé selon l'invention permet une digestion par voie liquide. Selon la fréquence d'introduction des intrants dans le digesteur la digestion est dite : - coi nue (introduction journalière) - ou discontinue tnducticn tous les 15 jours voir plus 2 Les inventions actuelles concernant les unités de méthanisation ne permettent pas que la voie de digestion continue/discontinue change selon a nature des intrants sur un même site de production. Le digesteur proposé selon ri ivention permet une digestion par voie liquide continue et discontinue au sein de la même unité de méthanisation. Le mode d'introduction peut être changé à tout instant selon la nature des intrants. La digestion par voie liquide ou par voie sèche se fait généralement dans un digesteur comprenant une cuve de digestion ou plusieurs, en acier ou en béton, enterrée(s) ou non 10 - En voie liquide les intrants mélangés à l'intérieur de la cuve ou des cuves sont maintenus homogènes grâce à un brassage continu qui a également comme fonction d'éviter la formation de la croûte en surface, d'éviter la sédimentation des matières et de faciliter le dégazage. En voie solide, les intrants sont le plus souvent laissés en tas,ou brassé lentement. La construction de ces digesteurs nécessite de gérer e plus souvent une phase de génie-civil longue et coûteuse. Le digesteur proposé selon l'invention ne nécessite aucune phase de génie-7o civil pour la construction du digesteur. L'invention permet également d'éviter tout brassage mécanique au sein du digesteur. Le plus souvent, sur les installations existantes en voie liquide, une couverture comprenant une bâche souple simple peau ou double peau, est mise en place pour stocker le biogaz sur le digesteur. Cette couverture est à 25 changer régulièrement suite à l'agressivité du rayonnement solaire. Le digesteur proposé selon Iinvention n'a aucune couverture de ce type réduisant ainsi les charges financières et techniques liées à la présence de celle-ci. RÉSUME DE L'INVENTION 30 L'invention vise à résoudre les inconvénients précités des digesteurs existants actuels. L'objectif principal est de permettre de mettre en place un digesteur monobloc, complètement réalisé en atelier qui ne nécessite aucun génie civil pour sa mise en place et son fonctionnement. Ce digesteur est à la fois simple, fiable, efficace, robuste, rapide à installer, 35 et permet une évolution du volume de digestion dans un temps extrêmement court sur des installations existantes. Ce digesteur monobloc est structurellement constitué par un conteneur rectangulaire en acier de type « conteneur high cube 40 pieds ». Une variante de ce digesteur pourrait être réalisée avec un matériau autre pour 40 sa structure, tel que résine, bois, fibre de verre, matériaux composites ou béton. Ce conteneur est constitué de 2 volumes : - un volume de digestion où la matière organique se dégrade en générant du biogaz ; - un volume technique permettant d'introduire et d'évacuer la matière organique, d'acheminer l'eau chaude nécessaire au chauffage du volume de digestion, et de collecter le biogaz. On accède à ce volume par une double-porte en bout de conteneur. Au niveau du volume de digestion : - celui-ci est isolé intérieurement sur l'ensemble de ses faces, sol 10 compris. Cette technique permettra d'éviter tout pont thermique, reproduisant l'effet « thermos ». - celui-ci est presque totalement rempli sur sa hauteur par les matières à digérer. La partie supérieure est dédiée au stockage du biogaz sur 20 à 50 c 15 - Celui-ci est couvert intérieurement par une peinture/résine an 1- acide/anti-base. Dans une variante, H aroi intérieure en inox ne nécessite pas de peiriture/résine. Celui-ci est hermétique à l'air et étanche à l'eau. Pour que le brassage par aspiration/refoulement de la matière organique soit 20 particulièrement efficace : le volume de digestion est séparé par une paroi médiane longitudinale intérieure sur toute la longueur du conteneur sauf en bout de celui-Cette conception permet à la matière de tourner autour de cette paroi par aspiration/refoulement. Cette paroi médiane forme un « T » avec 25 le fond du volume technique. - Deux bouches de refoulement sont d'un côté de la paroi médiane - Deux bouches d'aspiration sont de l'autre côté de la paroi médiane - Les 4 bouches d'aspiration/refoulement sont disposées afin que l'accumulation de sédiments et de croûte soit minimisée dans le 30 conteneur. Pour assurer une montée et un maintien en température efficace des intrants, la paroi médiane est équipée d'un réseau de chaleur eau chaude. La chaleur diffuse donc de l'intérieur vers l'extérieur du conteneur. DESCRIPTION DES FIGUREe La figure 1 schématise en vue tridimensionnelle les divers espaces du conteneur autonome de méthanisation selon un mode de réalisation préféré de l'invention La figure 2 schématise, en vue de dessus, le conteneur selon un mode de réalisation de I'inventH 4 La figure 3 schématise, selon une vue en coupe transversale, ie contene La figure 4 et 5 schématisent le flux possible des intrantslorsqu'il y a plusieurs Conteneurs Autonomes de Méthanisation (CAM). DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Tel qu'illustré en figure 1, 2 et 3, le conteneur autonome de méthanisation comprend un volume de digestion (1), et un volume technique (3). '.e volume de digestion (1) est séparé par une paroi médiane (2) qui ne va pas jusqu'au bout du conteneur afin que la matière puisse passer d'un côte du digesteur à l'autre. Cette paroi médiane forme un « T » avec le fond du 10 volume technique (3). Le volume technique (3) est accessible par une double porte (4) en bout du conteneur. Le volume de digestion (1) est étanche à l'ail et à l'eau et les parois (5) sont isolées. 15 Sur la paroi médiane (2) court un réseau tubulaire (12) permettant à de l'eau chaude de circuler pour réchauffer les intrants. La diffusion de la chaleur se fait à l'intérieur du conteneur et se diffuse vers l'extérieur. La matière organique entre dans le digesteur grâce au réseau (9) dont le diamètre minimum sera de 150 mm. Ce réseau débouche dans le volume de 20 digestion (1) par 2 tubes (7) (l'un en bas du digesteur, l'autre en hauteur). La matière organique sort du digesteur par le réseau (10). Ce réseau aspire la matière dans le volume de digestion par 2 tubes (8) (l'un en bas du digesteur, l'autre en hauteur). La matière à l'intérieur du volume de digestion circule autour de la paroi 25 médiane (2) grâce à une pompe (se situant dans le local technique (20) ou tout autre emplacement) qui aspire par les bouches (8) et refoule par les bouches (7). Ceci permet d'avoir une agitation efficace au sein du digesteur. Le niveau des intrants (11) iie prend pas toute la hauteur du digesteur permettant une réserve de b ogaz intégrée au conteneur, et son évacuation 30 par le réseau (13). Les 4 vannes (14) par conteneur autonome de méthanisation permettent de gérer efficacement le brassage du flux du liquide, notamment lorso,, cil y a plusieurs conteneurs associés. Grâce à leurs présences, il est possible de générer un flux uniquement en haut du digesteur, ou uniquement en bas du 35 digesteur, ou un flux croisé. Selon la puissance de brassage recherchée il est possible d'ouvrir toutes les bouches en même temps (2 d'aspiration et 2 de refoulement), ou seuleme,V 2 bouches (une d'aspiration, une de refoulement). Tel qu'illustré en figure 4, le réseau de gestion des fluides et la zone de 40 digestion de plusieurs conteneurs autonomes de méthanisation liés les uns aux autres, permettent de réalise i une méthanisation dite « à piston » avec 5 des temps de séjour différents. Ce mode de gestion avec des temps séjour pouvant être différents est unique. Il est en effet possible de faire passer la matière organique d'un conteneur à in autre sur la durée totale de digestion en faisant transiter la matière avec des fréquences différentes. Les intrants entrent par le local technique (20) et transitent dans le conteneur (25), puis dans le conteneur (24), puis dans le conteneur (23) où ils sortent digérés pour être stockés à l'extérieur des digesteurs. La période de transition peut être par exemple de 30 jours. 10 Mais sur le même site avec des intrants nécessitant une durée plus longue de digestion, il est possible de faire transiter les intrants sur 50 jours du conteneur (21) au (22). Tel qu'illustré en figure 5, il est également posiùle de gérer quelques conteneurs en digestion par voie liquide discontinu et d'autres en digeçtir-1 15 par voie liquide continu. Les intrants entrent par le local technique (20) et transitent dans le conteneur (23), puis dans le conteneur (24), puis ils sortent digérés pour être stockés. La période de digestion totale peut être par exemple de 30 jours. 70 Mais sur le même site avec des intrants nécessitant une durée plus courte de digestion avec un approvisionnement intermittent, il est possible de charger le conteneur (21) et de laisser les intrants toute la durée digestion de 20 jours. Il est possible de faire de même avec le conteneur (22) en laissant la 25 matière séjourner 30 jours. Ce mode de digestion différencié est unique et possible uniquement par cette invention. Cette possibilité est fort utile car elle optimise les investissements sur le volume de digestion selon la durée réelle de digestion de chaque intrant. 30 Pour mettre en oeuvre ce mode différencié de digestion avec les conteneurs objets de cette invention il suffit d'installer 2 pompes dans le local technique (20). REVENDICATIONS1. Digesteur monobloc 44) en conteneur pour une méthanisation par voie liquide, constitué u une paroi médiane (2) formant un « T » avec le fond de l'espace technique (3), qui permet une agitation des intrants sans brasseur mécanique, par circulation de ceux-ci autour de la paroi médiane. 2. Digesteur monobloc en conteneur selon la revendication 1, dans lequel l'espace technique est intégré (3) et permet de mettre en place 10 plusieurs conteneurs autonomes de méthanisation en série ou en parallèle. 3. Digesteur monobloc en conteneur selon la revendication 1, dans lequel la réserve et le stockage de biogaz (5a) est interne au conteneur, sans contact avec le rayonnement solaire, sans membrane externe. 15 4. Digesteur monobloc en conteneur selon la revendication 1, avec [ réseau de chaleur (12) installé des 2 cotés de la paroi médiane. 5. Digesteur monobloc en conteneur selon la revendication 1, avec une isolation interne (5) sur l'ensemble des parois permettant un effet « thermos ». 6. Digesteur monobloc ert conteneur selon la revendication 1 à 5, ne nécessitant aucun travdux de génie rivil pour sa mise en place, ni ajout d'un ciel gazeux.