Brevet FR3110569A1 — publié le 20211126

L’invention concerne un procédé et une installation de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues comprenant les étapes suivantes : - obtention de boues de station d’épuration - séchage desdites boues de station d’épuration de sorte à obtenir du combustible solide résiduel présentant une taux de matière sèche au moins égal à 60% ; - mélange du combustible solide résiduel avec de la matière organique présentant un taux de matière sèche au moins égal à 60% ; - pyrogazéification dudit mélange à une température comprise entre 900 et 1200°C en présence d’une faible quantité d’oxygène de sorte à obtenir un gaz de synthèse ; - autocombustion dans un réacteur d’au moins une partie dudit gaz de synthèse obtenu par pyrogazéification dudit mélange ; - séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues à partir de la chaleur des fumées et du gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur. Figure à publier : Figure 1 Procédé de production d’un engrais organique et installation correspondante Domaine de l’invention Le domaine de l’invention est celui de la valorisation des déchets, et notamment des boues de station d’épuration. Plus précisément, l’invention concerne un procédé et une installation de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues. L’invention trouve notamment une application dans la production d’engrais utilisables en agriculture biologique. Art antérieur En 2019, en France, environ 70% des boues de station d’épuration étaient épandues après traitement dans les champs. Les boues de station d’épuration restantes étaient soit incinérées, dans le cas des gisements importants de boues, soit mises en décharge. Pour pouvoir épandre des boues de station d’épuration, il faut au préalable leur appliquer un ou plusieurs traitements. Ces traitements consistent en la déshydratation, par centrifugation, par filtrage ou par ajout de réactifs chimiques, qui permet de réduire la teneur en eau des boues, le conditionnement, qui permet de stabiliser les boues en stoppant le processus de fermentation, afin de limiter les odeurs, et l’hygiénisation, par chaulage, par séchage thermique, par digestion anaérobie thermophile ou par compostage, qui permet de réduire les risques biologiques lors de l’épandage. Suite à l’épisode épidémique de SRARS-Cov-2, l’Agence nationale de sécurité sanitaire (ANSES) recommande désormais de ne pas épandre de boues de station d’épuration qui n’ont pas subi un traitement d’hygiénisation préalable. Par ailleurs du fait de la présence dans les boues de station d’épuration de micropolluants, tels que des métaux, des plastifiants, par exemple le bisphénol A, des désinfectants, des pesticides, des polychlorobiphényles, des résidus de médicaments, des retardateurs de flamme, des phénols et alkylphénols, des composés perfluorés, …, qui sont susceptibles de perturber assez fortement les écosystèmes, , ou, pour les antibiotiques et les désinfectants, de jouer un rôle majeur dans la dissémination de l'antibiorésistance, il existe une réticence de plus en plus forte à épandre des boues de station d’épuration présentant des quantités relativement élevées de micropolluants. Il existe donc un besoin d’offrir de nouveaux débouchés aux boues de station d’épuration, et notamment aux boues de station d’épuration non hygiénisées. On a ainsi proposé des techniques de gazéification des boues de station d’épuration, aussi appelées techniques de pyrogazéification, qui permettent de transformer des boues de station d’épuration en du gaz de synthèse, aussi appelé syngas, utilisable par exemple dans des turbines à gaz ou dans des installations de co-génération, pour produire de l’électricité et de la chaleur. Un inconvénient de ces techniques connues de pyrogazéification est qu’il est complexe d’obtenir un gaz de synthèse à fort pouvoir énergétique à partir de boues de stations d’épuration. Un autre inconvénient est de ces techniques connues est que le coût de l’électricité produite est important. On connait également des techniques de valorisation des boues de station d’épuration par méthanisation ou par brûlage dans des cimenteries, par exemple. La capacité des installations de méthanisation ou des cimenteries est cependant limitée et ne permet pas de traiter une proportion importante des boues de station d’épuration, dont la quantité générée augmente régulièrement avec l’essor de la population. Objectifs de l’invention L’invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus. Plus précisément l’invention a pour objectif de fournir une technique de production d’engrais qui offre un débouché aux boues de station d’épuration et notamment aux boues de station d’épuration non hygiénisées. Un objectif de l’invention est également de fournir une telle technique qui permette de produire de l’engrais organique avec un coût de revient réduit. Un autre objectif de l’invention est de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en œuvre. Encore un objectif de l’invention est de fournir une telle technique qui soit fiable. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l’aide d’un procédé de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues comprenant les étapes suivantes : - obtention de boues de station d’épuration - séchage desdites boues de station d’épuration de sorte à obtenir du combustible solide résiduel présentant une taux massique de matière sèche au moins égal à 60% ; - mélange du combustible solide résiduel avec de la matière organique présentant un taux massique de matière sèche au moins égal à 60% ; - pyrogazéification dudit mélange à une température comprise entre 900 et 1200°C en présence d’une faible quantité d’oxygène de sorte à obtenir un gaz de synthèse ; - autocombustion dans un réacteur d’au moins une partie dudit gaz de synthèse obtenu par pyrogazéification dudit mélange ; - séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues à partir de la chaleur des fumées et du gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur. Ainsi, de façon inédite, l’invention propose de produire de la chaleur à partir de la pyrogazéification de boues de station d’épuration mélangée avec de la matière organique, en particulier des déchets de bois, suivie d’une autocombustion du gaz de synthèse pour sécher et ainsi valoriser du compost et/ou des macroalgues, notamment des macroalgues d’échouage, sous forme d’engrais. Ce procédé s’avère particulièrement efficace au point de vue énergétique, car on évite une fusion des cendres, dont résulte la formation de mâchefer qui obstrue les foyers de combustion et entraîne une dégradation du brûlage des boues. Ce procédé est par ailleurs peu couteux car le combustible principal mis en œuvre dans ce procédé est tiré de boues de station d’épuration, qui est sont des déchets sans valeur marchande. De façon avantageuse, ladite étape de séchage desdites boues de station d’épuration est mise en œuvre avec de la chaleur produite par une chaudière bois. On utilise ainsi une source d’énergie renouvelable. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, ladite étape de pyrogazéification est une étape de pyrogazéification sur lit fluidisé. Il peut notamment s’agir d’une pyrogazéification sur lit fluidisé circulant. Dans des variantes de ce mode de réalisation de l’invention, il peut être envisagé de mettre en œuvre une pyrogazéification en lit fixe à contre-courant ou co-courant ou une pyrogazéification en lit entraîné. Selon un aspect préférentiel de l’invention, ladite étape de séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues est mise en œuvre dans un sécheur à bandes. On sèche ainsi le compost et les algues à une température basse, ce qui préserve les qualités nutritionnelles du compost et des algues. Avantageusement, ledit combustible solide résiduel présente un taux de matière sèche supérieur ou égal à 85%, ou en d’autres termes une siccité inférieure ou égale à 15%. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, un procédé de production d’un engrais organique tel que décrit ci-dessus comprend en outre une étape de récupération des cendres de ladite chaudière bois et des cendres produites lors de ladite étape de pyrogazéification. On peut ainsi notamment valoriser ces cendres sous forme de potasse et de source de calcium pour l’amendement des sols. Selon un aspect particulier de l’invention, ladite étape de pyrogazéification est mise en oeuvre avec de l’air à pression atmosphérique. Dans des variantes de ce mode de réalisation de l’invention, il peut être prévu d’utiliser un mélange d’air et de vapeur d’eau ou d’oxygène et de vapeur d’eau comme agent de gazéification. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, un procédé de production d’un engrais organique tel que décrit ci-dessus comprend une étape de préchauffage de l’air utilisé pour la pyrogazéification à partir de la chaleur des fumées et du gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur. On optimise ainsi la récupération de la chaleur sur les fumées et le gaz de synthèse résiduel sortant du réacteur. De façon avantageuse, ladite matière organique comprend des déchets de bois. Dans des variantes de ce mode de réalisation de l’invention, il peut être envisagé que ladite matière organique comprend des déchets verts, et par exemple des issues de produits agricoles. L’invention concerne également une installation de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues. Selon l’invention, une telle installation de production d’un engrais organique comprend : - des moyens de séchage de boues de station d’épuration de sorte à obtenir du combustible solide résiduel présentant une taux de matière sèche au moins égal à 60% ; - des moyens de mélange du combustible solide résiduel avec de la matière organique présentant un taux de matière sèche au moins égal à 60% ; - une unité de pyrogazéification dudit mélange à une température comprise entre 900 et 1200°C en présence d’une faible quantité d’oxygène de sorte à obtenir un gaz de synthèse ; - un réacteur configuré pour l’autocombustion d’au moins une partie dudit gaz de synthèse obtenu par pyrogazéification dudit mélange ; - des moyens de séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues comprenant des moyens d’échange de chaleur avec les fumées et le gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur. Liste des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : est une représentation schématique d’un exemple de mode de réalisation d’une installation de production d’un engrais organique selon l’invention ; détaille l’unité de pyrogazéification de l’installation présentée en référence à la figure 1 ; est une représentation, sous forme de diagramme bloc, des étapes d’un exemple de mode de réalisation d’un procédé de production d’un engrais organique selon l’invention mis en œuvre dans l’installation présenté en référence à la figure 1. Description détaillée de l’invention On a illustré sous forme schématique sur la figure 1 un exemple de mode de réalisation d’une installation 10 de production d’un engrais organique selon l’invention à partir de compost et d’algues d’échouage . Cette installation 10 comprend une trémie 11 de réception de boues de station d’épuration transportées par camion-citerne depuis une station d’épuration jusqu’au site de l’installation 10. Dans ce mode de réalisation particulier de l’invention, la capacité de la trémie 11 est de 180m 3 . Cette trémie 11 alimente en boues de station d’épuration un sécheur à air chaud 12 par l’intermédiaire d’un tapis de convoyage 13. Le sécheur 12 utilise pour sécher les boues de l’eau chaude à 90°C chauffée par une chaudière à bois 14 capable de fournir 1,6MWh d’énergie. On notera qu’une partie de l’air chaud du sécheur 12 est transférée vers la trémie de stockage 15 des plaquettes forestières destinées à alimenter la chaudière 14, afin de sécher les plaquettes en dessous d’un taux d’humidité de 20 à 30% de sorte à améliorer le rendement de combustion de la chaudière 14. Par ailleurs, les fumées de la chaudière 14 sont traitées à l’aide d’un filtre cyclone et d’un électrofiltre. Les cendres sont aspirées dans le foyer de la chaudière 14 et rejetées au niveau d’une plateforme de stockage 16, pour être exploitées comme amendement des sols, du fait de leur teneur en élevée en potasse et en calcium. Dans le sécheur 12, les boues de station d’épuration, dont la siccité, c’est-à-dire le pourcentage massique de matière sèche, lorsqu’elles sont introduites dans le sécheur est de 21%, sont séchées à une température de 70°C pendant une durée supérieure à 1 heure, jusqu’à atteindre une siccité de 85% dans ce mode de réalisation particulier de l’invention. Il convient de noter que pour limiter les nuisances olfactives, l’air chaud rejeté par le sécheur est traité dans un laveur à l’acide sulfurique (non représenté sur la figure 1). Les boues séchées forment un combustible solide résiduel de Pouvoir Calorifique Inférieur brut égal 12M/kg, qui est transféré par un convoyeur 17 jusqu’à une zone de stockage 18, où il est mélangé avec des déchets de bois présentant un taux massique de matière sèche supérieur à 60%, dans une cuve équipée d’un malaxeur 19. Ce mélange est introduit par un convoyeur à vis 21 dans une unité de pyrogazéification 110, présentée en détail sur la figure 2. Comme on peut le voir sur la figure 2, le mélange injecté dans le réacteur 22 de l’unité pyrogazéification 110 est dispersé en lit fluidisé dense dans le foyer 23 où la température est de 950°C, où il subit une pyrolyse et se décompose sous forme de gaz de synthèse, ou syngas. Dans ce mode de réalisation particulier de l’invention, de l’air préchauffé dans l’échangeur préchauffeur 25 est injecté en petite quantité dans le réacteur 22. Par ailleurs, un brûleur 24 est prévu pour le démarrage de l’unité de pyrogazéification 110. Le réacteur 22 présente par ailleurs une deuxième chambre 26 où une partie substantielle du syngas émis dans le foyer 23 connait une combustion spontanée à une température supérieure à 800°C. Cette auto-combustion du syngas permet avantageusement de récupérer l’énergie du syngas au niveau de l’unité de pyrogazéification. Environ 95% des fumées de combustion sortant du réacteur 22 sont dirigées vers un échangeur de chaleur fumées/eau 27 destiné à chauffer l’air circulant dans le sécheur à bandes 111 à une température de 66°C, puis rejetées à l’atmosphère après avoir circulé au travers d’un filtre à manches 28. Le restant des fumées de combustion est envoyé dans l’échangeur préchauffeur 25. Il convient de noter qu’une partie des fumées sortant du filtre à manches 28 est réinjectée vers le foyer du réacteur 22 à l’aide du ventilateur 29. Le sécheur à bandes 111 est alimenté par une trémie 112 dans laquelle on a mélangé du compost et des algues d’échouage, dont le taux d’humidité est d’environ 80%. 1540kg par heure de ce mélange est injecté en continu dans le sécheur 18, ce qui permet d’obtenir 360kg/heure d’un mélange de compost et d’algues dont le taux d’humidité été ramené à 15%, directement utilisable comme engrais organique. On a résumé sur la figure 3 les étapes du procédé de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues mis en œuvre dans l’installation 10, de façon synoptique. Dans une étape 32, on sèche dans le sécheur 12 les boues de station d’épuration livrées dans une étape 31 par camion-citerne sur le site de l’installation 10. On mélange le combustible solide résiduel obtenu après séchage avec des déchets de bois dans une étape 33. Il s’ensuit dans une étape 34 une pyrogazéification du mélange qui génère du gaz de synthèse, dont une partie s’autocombure dans la deuxième chambre 26 du réacteur 22. La chaleur des fumées et la chaleur du gaz de synthèse résiduel sortant du réacteur 22 sont récupérées en grande partie dans l’échangeur de chaleur 27 et transférées à un circuit d’eau chaude alimentant le sécheur à bandes 112 dans lequel le compost et les macroalgues qui sont introduits sont séchés jusqu’à présenter un taux d’humidité inférieur à 15%, dans une étape 35. Procédé de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues comprenant les étapes suivantes : - obtention de boues de station d’épuration ; - séchage desdites boues de station d’épuration de sorte à obtenir du combustible solide résiduel présentant une taux massique de matière sèche au moins égal à 60% ; - mélange du combustible solide résiduel avec de la matière organique présentant un taux massique de matière sèche au moins égal à 60% ; - pyrogazéification dudit mélange à une température comprise entre 900 et 1200°C en présence d’une faible quantité d’oxygène de sorte à obtenir un gaz de synthèse ; - autocombustion dans un réacteur d’au moins une partie dudit gaz de synthèse obtenu par pyrogazéification dudit mélange ; - séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues à partir de la chaleur des fumées et du gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur. Procédé de production d’un engrais organique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de séchage desdites boues de station d’épuration est mise en œuvre avec de la chaleur produite par une chaudière bois. Procédé de production d’un engrais organique selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite étape de pyrogazéification est une étape de pyrogazéification sur lit fluidisé. Procédé de production d’un engrais organique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape de séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues est mise en œuvre dans un sécheur à bandes. Procédé de production d’un engrais organique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit combustible solide résiduel présente un taux de matière sèche supérieur ou égal à 85%. Procédé de production d’un engrais organique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de récupération des cendres de ladite chaudière bois et des cendres produites lors de ladite étape de pyrogazéification Procédé de production d’un engrais organique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape de pyrogazéification est mise en oeuvre avec de l’air à pression atmosphérique. Procédé de production d’un engrais organique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’elle comprend une étape de préchauffage de l’air utilisé pour la pyrogazéification à partir de la chaleur des fumées et du gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur. Procédé de production d’un engrais organique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite matière organique comprend des déchets de bois. Installation de production d’un engrais organique à partir de compost et/ou de macroalgues, caractérisée en ce qu’elle comprend : - des moyens de séchage de boues de station d’épuration de sorte à obtenir du combustible solide résiduel présentant une taux de matière sèche au moins égal à 60% ; - des moyens de mélange du combustible solide résiduel avec de la matière organique présentant un taux massique de matière sèche au moins égal à 60% ; - une unité de pyrogazéification dudit mélange à une température comprise entre 900 et 1200°C en présence d’une faible quantité d’oxygène de sorte à obtenir un gaz de synthèse ; - un réacteur configuré pour l’autocombustion d’au moins une partie dudit gaz de synthèse obtenu par pyrogazéification dudit mélange ; - des moyens de séchage dudit compost et/ou desdites macroalgues comprenant des moyens d’échange de chaleur avec les fumées et le gaz de synthèse résiduel sortant dudit réacteur.