BE1024199B1 - Tank and bio-methanation plant - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une cuve de bio-méthanisation en béton présentant des parois délimitant son volume interne et comprenant : - une entrée pour une substance chargée en matière carbonée, une sortie pour un digestat obtenu dans ladite cuve de bio-méthanisation suite à une dégradation microbienne de ladite substance chargée en matière carbonée, et - une sortie pour un biogaz produit au départ de ladite substance chargée en matière carbonée suite à une dégradation microbienne de ladite substance chargée en matière carbonée, lesdites parois délimitant le volume interne de ladite cuve étant des parois formées en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats, ledit béton comprenant : - au moins 95% en poids de ciment Portland par rapport au poids total dudit béton, - au moins un agent superplastifiant, au moins une résine formaldéhyde, de l'hydroxyéthylcellulose et/ou de l'hydroxyalkylcellulose, et des fibres métalliques, par exemple des fibres en acier.The present invention relates to a concrete bio-methanization tank having walls defining its internal volume and comprising: - an inlet for a substance loaded with carbonaceous material, an outlet for a digestate obtained in said bio-methanation tank following a microbial degradation of said substance loaded with carbonaceous material, and - an outlet for a biogas produced from said substance loaded with carbonaceous material following a microbial degradation of said substance charged with carbonaceous material, said walls delimiting the internal volume of said tank being walls formed of a concrete comprising or not aggregates and / or aggregates, said concrete comprising: at least 95% by weight of Portland cement with respect to the total weight of said concrete, at least one superplasticizer, at least one formaldehyde resin, hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose, and metal fibers, example of steel fibers.
Description
Cuve et installation de bio-méthanisationTank and bio-methanation plant
La présente invention se rapporte à une cuve de biométhanisation en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats, ladite cuve présentant des parois délimitant son volume interne et comprenant : - une entrée pour une substance chargée en matière carbonée, - une sortie pour un digestat obtenu dans ladite cuve de biométhanisation suite à une dégradation microbienne de ladite substance chargée en matière carbonée, et - une sortie pour un biogaz produit au départ de ladite substance chargée en matière carbonée suite à une dégradation microbienne de ladite substance chargée en matière carbonée.The present invention relates to a biomethanization tank made of a concrete, comprising or not aggregates and / or aggregates, said tank having walls delimiting its internal volume and comprising: - an inlet for a substance loaded with carbonaceous material, - an outlet for a digestate obtained in said biomethanization tank following a microbial degradation of said carbonaceous material-loaded substance, and - an outlet for a biogas produced from said carbonaceous material-laden substance following a microbial degradation of said material-laden substance. carbon.
De nombreuses cuves de bio-méthanisation sont connues de l’état de la technique et sont utilisées afin de produire du biogaz au départ de substances chargées en matière carbonée, comme par exemple au départ d’eaux usées (issues des déchets de laiteries, de brasseries, d’abattoirs ou encore de sucreries) mais aussi au départ de lisiers issus des exploitations agricoles.Many bio-methanation tanks are known from the state of the art and are used to produce biogas from substances loaded with carbonaceous material, such as for example from wastewater (from waste from dairies, from breweries, slaughterhouses or sweets) but also from manure from farms.
Parmi ces cuves, on distingue essentiellement celles en acier et celles en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats. Toutefois, les cuves en acier sont coûteuses et particulièrement sensibles aux variations de températures auxquelles elles sont soumises dès lors qu’elles sont exposées aux conditions de températures extérieures. Ceci a un impact direct sur le rendement de l’installation de bio-méthanisation puisque les populations bactériennes responsables de la bio-méthanisation présentent un optimum de rendement directement lié à la température de travail. Par ailleurs, ces cuves en acier occupent un volume considérable, par exemple au sein d’une exploitation agricole, et il en résulte donc une perte d’espace non négligeable.Among these tanks, there are essentially those of steel and those of a concrete with or without aggregates and / or aggregates. However, steel tanks are expensive and particularly sensitive to temperature variations to which they are subjected when they are exposed to outdoor temperature conditions. This has a direct impact on the performance of the biogas plant since the bacterial populations responsible for bio-methanisation have an optimum yield directly related to the working temperature. In addition, these steel tanks occupy a considerable volume, for example within a farm, and therefore results in a significant loss of space.
Les cuves en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats, quant à elles, peuvent être placées dans le sol puisqu’elles présentent des parois extérieures pouvant résister aux conditions humides rencontrées sous terre, ceci au contraire des cuves en acier. Par conséquent, les cuves en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats placées dans le sol sont moins encombrantes et également nettement moins soumises aux variations de températures.Concrete tanks with or without aggregates and / or aggregates, for their part, can be placed in the soil since they have external walls that can withstand the wet conditions encountered underground, unlike steel tanks. Consequently, tanks made of a concrete with or without aggregates and / or aggregates placed in the ground are less bulky and also much less subject to temperature variations.
Concernant la bio-méthanisation, une première technique de bio-méthanisation repose sur une utilisation, dans une cuve telle que celle indiquée ci-dessus, de lits bactériens composés par exemple de scories ou de matériaux synthétiques servant d’éléments de support à des populations bactériennes. La présence d’éléments de support pour des populations bactériennes permet de fixer ces dernières, ce qui permet d’en augmenter la concentration dans les cuves utilisées pour la production de biogaz au départ de substances chargées en matière carbonée. On parle alors de digesteurs (réacteurs) à cultures fixées ou à lits fixés.As regards bio-methanisation, a first bio-methanisation technique relies on the use, in a tank such as that indicated above, of bacterial beds composed for example of slag or synthetic materials serving as support elements for populations. bacterial. The presence of support elements for bacterial populations makes it possible to fix the latter, which makes it possible to increase the concentration thereof in the tanks used for the production of biogas from substances loaded with carbonaceous material. We then speak of digesters (reactors) fixed cultures or fixed beds.
Une seconde technique repose quant à elle sur un mélange continu du substrat (substance chargée en matière carbonée) avec des populations bactériennes au sein de la cuve. On parle alors de réacteurs (digesteurs) « infiniment mélangés » dans lesquels, en présence de populations bactériennes, le substrat (la substance chargée en matière carbonée) est homogénéisé continuellement par brassage mécanique ou par brassage au gaz. Généralement, que l’une ou l’autre de ces deux techniques soit utilisée, les cuves recevant les substances chargées en matière carbonée font partie d’une installation de traitement anaérobie pour produire à la fois du biogaz mais aussi pour épurer simultanément ladite substance. A ce titre, un exemple non limitatif est l’épuration des eaux d’abattoirs avec une production simultanée de biogaz.A second technique is based on a continuous mixture of the substrate (substance loaded with carbonaceous material) with bacterial populations in the tank. These are referred to as "infinitely mixed" reactors (digesters) in which, in the presence of bacterial populations, the substrate (the material loaded with carbonaceous material) is continuously homogenized by mechanical stirring or by gas mixing. Generally, either of these two techniques is used, the tanks receiving the carbonaceous material loaded substances are part of an anaerobic treatment plant to produce both biogas but also to simultaneously purify said substance. As such, a non-limiting example is the purification of slaughterhouse water with a simultaneous production of biogas.
Plus particulièrement, une production de biogaz repose sur une dégradation bactérienne, généralement par au moins deux types principaux de populations bactériennes distinctes, de la matière carbonée présente dans une substance (dans un fluide). Il s’agit en fait d’une fermentation méthanique qui implique deux phases successives de transformation du carbone organique d’abord en gaz carbonique (C02) puis en méthane (CH4). La première phase est réalisée sous l’action de bactéries acidogènes qui dégradent (hydrolysent) les molécules organiques en acides gras volatils (AGV), principalement en acide acétique et en acide propionique, cette première dégradation étant accompagnée d’un dégagement de gaz carbonique. La seconde phase a lieu sous l’action de bactéries méthanogènes qui transforment les AGV précédemment obtenus en méthane et en gaz carbonique.More particularly, a biogas production relies on bacterial degradation, generally by at least two main types of distinct bacterial populations, of the carbonaceous material present in a substance (in a fluid). It is in fact a methane fermentation that involves two successive phases of transformation of organic carbon first carbon dioxide (CO2) and then methane (CH4). The first phase is carried out under the action of acidogenic bacteria that degrade (hydrolyze) organic molecules to volatile fatty acids (VFA), mainly acetic acid and propionic acid, this first degradation being accompanied by a release of carbon dioxide. The second phase takes place under the action of methanogenic bacteria which transform the previously obtained AGV into methane and carbon dioxide.
Cependant, il existe un problème récurrent lié au processus de fermentation inhérent à la bio-méthanisation, ce problème étant connu sous les termes d’« attaque biogène ». Il s’agit plus spécifiquement d’un phénomène de « corrosion » biogène dû à la formation et à la présence d’acide sulfurique (H2SO4), lequel attaque et ronge les parois des cuves de bio-méthanisation, que ces dernières soient en acier ou en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats. Il en résulte que les parois des cuves deviennent poreuses et présentent des fissures laissant s’écouler le fluide (substance) chargé en matière organique hors des cuves.However, there is a recurring problem associated with the fermentation process inherent in bio-methanization, which is known as a "biogenic attack". It is more specifically a phenomenon of biogenic "corrosion" due to the formation and the presence of sulfuric acid (H2SO4), which attacks and corrodes the walls of bio-methanation tanks, that they are steel or in a concrete with or without aggregates and / or aggregates. As a result, the walls of the tanks become porous and have cracks allowing the fluid (substance) loaded with organic material to flow out of the tanks.
Cette « corrosion » biogène est directement liée à la dégradation microbienne anaérobie de substances organiques dans les cuves des installations de production de biogaz. En effet, cette dégradation microbienne anaérobie libère non seulement les composants principaux que sont le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (C02) mais aussi de l’hydrogène sulfuré (H2S) dont la quantité produite dépend, entre autres, de la nature des substrats employés et peut varier de quelques ppm à plusieurs milliers de ppm (ce qui est notamment le cas lors de la fermentation de lisiers, de déchets alimentaires et de déchets biologiques).This biogenic "corrosion" is directly related to the anaerobic microbial degradation of organic substances in the tanks of biogas plants. Indeed, this anaerobic microbial degradation releases not only the main components that are methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) but also hydrogen sulphide (H2S) whose quantity produced depends, among other things, on the nature substrates employed and may vary from a few ppm to several thousand ppm (which is particularly the case during the fermentation of slurry, food waste and biological waste).
Or, des bactéries (des thiobacilles), dans la zone de gaz (c’est-à-dire dans la partie haute de la cuve, au-dessus de la partie où se trouve la substance chargée en matière carbonée) et sur la surface humide de l'élément de construction en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats, transforment l'hydrogène sulfuré (H2S) en acide sulfurique (H2SO4). Cet acide sulfurique réagit avec les composants du béton (principalement avec l'hydroxyde de calcium pour se transformer en gypse) et il en résulte que le béton (comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats) est altéré et érodé par l'eau de condensation qui ruisselle. Par exemple, en l'espace de quelques années, il est estimé que des couches de béton de l’ordre de 5 mm d'épaisseur sont enlevées aux endroits exposés à de telles attaques biogènes.However, bacteria (thiobacilli), in the gas zone (that is to say in the upper part of the tank, above the part where the substance is loaded with carbonaceous material) and on the surface wet of the building element into a concrete with or without aggregates and / or aggregates, convert hydrogen sulfide (H2S) to sulfuric acid (H2SO4). This sulfuric acid reacts with the concrete components (mainly with calcium hydroxide to turn into gypsum) and as a result the concrete (whether or not containing aggregates and / or aggregates) is altered and eroded by the water runny condensation. For example, in the space of a few years, it is estimated that layers of concrete of the order of 5 mm thick are removed in places exposed to such biogenic attacks.
De cette problématique liée aux attaques biogènes, il résulte que les cuves en acier ou en un béton (comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats) actuellement utilisées pour la production de biogaz et/ou l’épuration de substance (fluide) chargée en matière carbonée, doivent être remplacées ponctuellement. Ceci est particulièrement contraignant dès lors qu’il faut mettre à l’arrêt la production de biogaz, vider les cuves et en reconnecter de nouvelles sur l’installation existante. En outre, pour les cuves qui seraient placées dans le sol, il conviendrait de les déterrer, ce qui, à nouveau, est particulièrement contraignant. Ceci concerne plus particulièrement les cuves en béton puisque les cuves en acier ne sont généralement pas placées sous terre pour des raisons d’oxydation des parois de la cuve.From this problem related to biogenic attacks, it follows that steel or concrete tanks (with or without aggregates and / or aggregates) currently used for the production of biogas and / or the purification of substance (fluid) charged in carbonaceous material, must be replaced punctually. This is particularly restrictive when it is necessary to stop the production of biogas, empty the tanks and reconnect new ones on the existing installation. In addition, for tanks that would be placed in the ground, they should be dug, which, again, is particularly restrictive. This relates more particularly to concrete tanks since the steel tanks are generally not placed underground for reasons of oxidation of the walls of the tank.
Par ailleurs, malheureusement, avec les cuves en béton actuelles (le béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats), il est observé que la résistance des parois des cuves est faible face à la pression exercée par le fluide (substance) chargé en matière organique y étant contenu. A ce jour, il existe donc un réel besoin de disposer de cuves en béton (comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats) pouvant être placées dans le sol afin d’être moins soumises aux variations de température (c’est-à-dire des cuves enterrées) et résistant aux « attaques biogènes », c’est-à-dire résistant au phénomène de « corrosion » biogène dû à la formation et à la présence d’acide sulfurique (H2S04). En outre, il existe également un besoin de procurer des cuves plus résistantes à la pression exercée sur leurs parois par le fluide (substance) chargé en matière organique y étant contenu.Moreover, unfortunately, with the present concrete tanks (concrete including or not aggregates and / or aggregates), it is observed that the resistance of the walls of the tanks is low in the face of the pressure exerted by the fluid (substance) loaded in organic matter being contained therein. To date, there is therefore a real need for concrete tanks (whether or not including aggregates and / or aggregates) that can be placed in the soil in order to be less subject to temperature variations (ie ie buried tanks) and resistant to "biogenic attacks", that is to say, resistant to the phenomenon of biogenic "corrosion" due to the formation and the presence of sulfuric acid (H2SO4). In addition, there is also a need to provide tanks that are more resistant to the pressure exerted on their walls by the fluid (substance) loaded with organic matter contained therein.
En ce sens, l’invention a pour but de pallier les inconvénients de l’état de la technique en procurant une cuve en un béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats qui est plus résistante (c’est-à-dire qui résiste mieux) au phénomène de « corrosion » biogène (« attaque biogène ») et qui présente une résistance optimale à la pression exercée sur leurs parois par le fluide (substance) chargé en matière organique y étant contenu.In this sense, the object of the invention is to overcome the drawbacks of the state of the art by providing a tank made of a concrete with or without aggregates and / or aggregates which is more resistant (that is to say which resists better) to the phenomenon of biogenic "corrosion" ("biogenic attack") and which has an optimal resistance to the pressure exerted on their walls by the fluid (substance) loaded with organic matter contained therein.
Pour résoudre les problèmes connus de l’état de la technique, il est prévu, suivant l’invention, une cuve en béton comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats telle qu’indiquée au début, caractérisée en ce que lesdites parois délimitant son volume interne sont des parois formées en un béton comprenant : - au moins 95% en poids de ciment Portland par rapport au poids total dudit béton, - au moins un agent superplastifiant, - au moins une résine formaldéhyde, - de l’hydroxyéthylcellulose et/ou de l’hydroxyalkylcellulose, et - des fibres métalliques, par exemple des fibres en acier.To solve the known problems of the state of the art, according to the invention, there is provided a concrete tank with or without aggregates and / or aggregates as indicated at the beginning, characterized in that said walls defining its internal volume are walls formed of a concrete comprising: at least 95% by weight of Portland cement relative to the total weight of said concrete, at least one superplasticizing agent, at least one formaldehyde resin, hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose, and - metal fibers, for example steel fibers.
Avantageusement, selon l’invention, ledit béton présente des caractéristiques physiques répondant au moins aux valeurs minimales prescrites par la norme NBN EN 206-1. Plus particulièrement, selon l’invention, le béton est un béton répondant à la dénomination CEM I, en particulier à la dénomination C60/75 EE4 EA3 S4 D14 CEM I 52,5 R HES qui comprend en outre d’autres constituants : superplastifiant, résine formaldéhyde, hydroxyéthylcellulose et/ou de hydroxyalkylcellulose, et fibres métalliques.Advantageously, according to the invention, said concrete has physical characteristics that meet at least the minimum values prescribed by the NBN EN 206-1 standard. More particularly, according to the invention, the concrete is a concrete corresponding to the name CEM I, in particular to the name C60 / 75 EE4 EA3 S4 D14 CEM I 52.5 R HES which further comprises other constituents: superplasticizer, formaldehyde resin, hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose, and metal fibers.
Par les termes « caractéristiques physiques », on entend notamment, au sens de la présente invention, la résistance du béton, sa consistance et le rapport eau/ciment en masse (E/C).For the purposes of the present invention, the term "physical characteristics" particularly refers to the strength of the concrete, its consistency and the water / cement ratio by weight (W / C).
Au sens de la présente invention, le béton dont les caractéristiques physiques répondent au moins aux valeurs minimales prescrites par la norme NBN EN 206-1, est un béton qui peut donc soit répondre aux valeurs minimales définies par cette norme pour I les caractéristiques physiques, soit présenter des valeurs supérieures aux valeurs minimales de cette norme pour ces mêmes caractéristiques physiques.For the purposes of the present invention, the concrete whose physical characteristics meet at least the minimum values prescribed by the NBN EN 206-1 standard, is a concrete which can therefore either meet the minimum values defined by this standard for the physical characteristics, or present values higher than the minimum values of this standard for these same physical characteristics.
Contre toute attente, alors que les bétons comprenant ou non des granulats et/ou des agrégats sont tous reconnus comme étant particulièrement sensibles aux attaques biogènes, il a été démontré, dans le cadre de la présente invention, qu’une cuve selon l’invention dont les parois sont formées en un béton comprenant au moins 95% en poids de ciment Portland par rapport au poids total dudit béton, au moins un agent superplastifiant, au moins une résine formaldéhyde, de l’hydroxyéthylcellulose et/ou de l’hydroxyalkylcellulose, et des fibres métalliques, par exemple des fibres en acier, résiste plus efficacement au phénomène de « corrosion » biogène dû à la formation et à la présence d’acide sulfurique (H2SO4). En effet, il a été déterminé que les cuves suivant l’invention peuvent être utilisées durant de nombreuses années, c’est-à-dire pendant plus de 10 ans, sans avoir à être remplacées puisque leurs parois ne sont pas altérées par les « attaques biogènes ». Par conséquent, des cuves suivant l’invention peuvent assurer qu’une installation restera en place de nombreuses années sans avoir à procéder à un remplacement ponctuel des cuves de bio-méthanisation.Against all expectations, whereas concretes comprising or not aggregates and / or aggregates are all recognized as being particularly sensitive to biogenic attacks, it has been demonstrated, in the context of the present invention, that a vessel according to the invention whose walls are formed of a concrete comprising at least 95% by weight of Portland cement relative to the total weight of said concrete, at least one superplasticizer, at least one formaldehyde resin, hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose, and metal fibers, for example steel fibers, more effectively withstand the phenomenon of biogenic "corrosion" due to formation and the presence of sulfuric acid (H2SO4). Indeed, it has been determined that the tanks according to the invention can be used for many years, that is to say for more than 10 years, without having to be replaced since their walls are not affected by the " biogenic attacks ". Therefore, tanks according to the invention can ensure that an installation will remain in place for many years without having to perform a one-time replacement of biogas tanks.
Par ailleurs, selon l’invention, afin d’assurer que les cuves présentent une résistance optimale, le béton en formant les parois comprend des fibres métalliques, en particulier des fibres en acier. Or, il est reconnu que les fibres en acier placées dans les bétons classiques connus de l’état de la technique sont particulièrement sensibles à la corrosion, ceci d’autant plus lorsqu’elles sont présentes dans un béton qui est lui-même en contact un fluide (substance) chargé en matière organique comme c’est le cas dans les cuves de biométhanisation. Cependant, de façon surprenante, dans le cadre de la présente invention, il a été déterminé qu’un béton comprenant au moins 95% en poids de ciment Portland par rapport au poids total dudit béton, au moins un agent superplastifiant, au moins une résine formaldéhyde, de l’hydroxyéthylcellulose et/ou de l’hydroxyalkylcellulose, permet d’éviter ou du moins de minimiser significativement la corrosion des fibres métalliques, en particulier des fibres en acier. En effet, il a été observé que les fibres métalliques présentes (inclues) dans un béton selon l’invention se corrode nettement moins voire pas du tout.Furthermore, according to the invention, in order to ensure that the tanks have optimum strength, the concrete forming the walls comprises metal fibers, in particular steel fibers. However, it is recognized that the steel fibers placed in conventional concretes known in the state of the art are particularly sensitive to corrosion, all the more so when they are present in a concrete which is itself in contact. a fluid (substance) loaded with organic matter as is the case in the biomethanisation tanks. However, surprisingly, in the context of the present invention, it has been determined that a concrete comprising at least 95% by weight of Portland cement relative to the total weight of said concrete, at least one superplasticizer, at least one resin formaldehyde, hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose makes it possible to avoid or at least significantly minimize the corrosion of metal fibers, in particular steel fibers. Indeed, it has been observed that the metal fibers present (included) in a concrete according to the invention corrode significantly less or not at all.
De plus, il a également été mis en évidence, dans le cadre de la présente invention, qu’un béton suivant l’invention permet d’assurer que les fibres métalliques, en particulier les fibres en acier, ne sédimentent pas lors du coulage et de la formation des cuves dans des moules. Il en résulte une distribution tout à fait homogène des fibres métalliques dans le béton selon l’invention, ce qui contribue d’une part à l’optimisation de la résistance des parois des cuves à la pression et, d’autre part, à l’obtention de cuves formées en un béton auto-plaçant. Par les termes « béton auto-plaçant », on entend, au sens de la présente invention, un béton pour lequel il n’est pas nécessaire de procéder à une étape spécifique, par exemple à une étape de vibration réalisée par l’intermédiaire d’aiguilles, lors de son coulage pour qu’il se répartisse de façon homogène,.In addition, it has also been demonstrated, in the context of the present invention, that a concrete according to the invention makes it possible to ensure that the metal fibers, in particular the steel fibers, do not settle during casting and of the formation of the vats in molds. This results in a very homogeneous distribution of the metal fibers in the concrete according to the invention, which contributes on the one hand to the optimization of the resistance of the walls of the tanks to pressure and, on the other hand, to the obtaining vats formed in a self-placing concrete. For the purposes of the present invention, the term "self-placing concrete" means a concrete for which it is not necessary to proceed to a specific step, for example to a vibration step carried out via needles, when pouring so that it is evenly distributed.
Avantageusement, selon l’invention, le béton formant les parois de la cuve comprend ledit au moins un agent superplastifiant à raison de 0,8 à 1,9% en poids par rapport au poids total dudit béton.Advantageously, according to the invention, the concrete forming the walls of the tank comprises said at least one superplasticizer at a rate of 0.8 to 1.9% by weight relative to the total weight of said concrete.
Par le terme « superplastifiant », on entend, au sens de la présente invention, un polymère (de synthèse) par exemple choisi dans l’une des cinq familles de superplastifiants suivantes : (1) les sels sulfonés de polycondensés de naphtalène et de formaldéhyde, couramment appelés les polynaphtalènes sulfonates ou encore les superplastifiants à base de naphtalène ; (2) les sels sulfonés de polycondensés de mélamine et de formaldéhyde, appelés couramment les superplastifiants à base de mélamine ; (3) les lignosulfonates ayant de très faibles teneurs en sucre ; (4) les polyacrylates et (5) les produits à base d'acides polycarboxyliques.For the purposes of the present invention, the term "superplasticizer" means a (synthetic) polymer for example chosen from one of the following five families of superplasticizers: (1) the sulphonated salts of polycondensates of naphthalene and of formaldehyde commonly called polynaphthalenesulphonates or naphthalene superplasticizers; (2) sulfonated salts of polycondensates of melamine and formaldehyde, commonly referred to as melamine superplasticizers; (3) lignosulphonates having very low sugar contents; (4) polyacrylates and (5) products based on polycarboxylic acids.
De préférence, selon l’invention, le béton formant les parois de la cuve comprend ladite au moins une résine formaldéhyde à raison de 0,01 à 0,035% en poids par rapport au poids total dudit béton.Preferably, according to the invention, the concrete forming the walls of the tank comprises said at least one formaldehyde resin in a proportion of 0.01 to 0.035% by weight relative to the total weight of said concrete.
Préférentiellement, selon l’invention, le béton formant les parois de la cuve comprend ladite hydroxyéthylcellulose et/ou ladite hydroxyalkylcellulose à raison de 0,05 à 0,15% en poids par rapport au poids total dudit béton.Preferably, according to the invention, the concrete forming the walls of the tank comprises said hydroxyethylcellulose and / or said hydroxyalkylcellulose at a rate of 0.05 to 0.15% by weight relative to the total weight of said concrete.
Avantageusement, selon l’invention, le béton formant les parois de la cuve comprend lesdites fibres métalliques, par exemple des fibres en acier, à raison de 0,5 à 1% en poids par rapport au poids total dudit béton.Advantageously, according to the invention, the concrete forming the walls of the tank comprises said metal fibers, for example steel fibers, in a proportion of 0.5 to 1% by weight relative to the total weight of said concrete.
Préférentiellement, suivant l’invention, lesdites fibres métalliques, par exemple en acier, présentent une longueur comprise entre 25 mm et 75 mm, de préférence une longueur comprise entre 50 mm et 60 mm.Preferably, according to the invention, said metal fibers, for example steel, have a length of between 25 mm and 75 mm, preferably a length of between 50 mm and 60 mm.
Avantageusement, suivant l’invention, lesdites fibres métalliques, par exemple en acier, présentent un diamètre compris entre 0,5 mm et 1,3 mm, de préférence un diamètre compris entre 0,8 mm et 1 mm.Advantageously, according to the invention, said metal fibers, for example steel, have a diameter of between 0.5 mm and 1.3 mm, preferably a diameter of between 0.8 mm and 1 mm.
De telles fibres présentant de telles longueurs et/ou de tels diamètres ont été déterminées comme étant adéquates afin que les parois de la cuve selon l’invention présentent une résistance suffisante.Such fibers having such lengths and / or such diameters have been determined to be adequate so that the walls of the vessel according to the invention have sufficient strength.
De préférence, suivant l’invention, lesdites parois de la cuve sont revêtues d’un coating en une résine de type résine époxy, d’un revêtement en polyéthylène ou de tout autre revêtement résistant aux attaques acides. La présence d’un tel revêtement permet d’assurer plus encore une résistance des parois de la cuve au phénomène de « corrosion » biogène dû à la formation et à la présence d’acide sulfurique (H2SO4).Preferably, according to the invention, said walls of the tank are coated with a coating of an epoxy resin, a polyethylene coating or any other coating resistant to acid attacks. The presence of such a coating makes it possible to further ensure a resistance of the walls of the tank to the biogenic "corrosion" phenomenon due to the formation and the presence of sulfuric acid (H2SO4).
Avantageusement, la cuve de bio-méthanisation selon l’invention comprend en outre un dispositif de vidange. Ce système ou dispositif de vidange permet d’effectuer une vidange de la cuve lorsqu’il faut par exemple y effectuer une réparation ou procéder à leur nettoyage.Advantageously, the biogas tank according to the invention further comprises a draining device. This system or emptying device makes it possible to empty the tank when, for example, it is necessary to carry out a repair or to clean them.
De préférence, la cuve de bio-méthanisation selon l’invention comprend en outre un dispositif de chauffage, par exemple un dispositif de chauffage sous forme d’une résistance. Un tel dispositif de chauffage permet de maintenir de façon constante une température adéquate au sein de la cuve, ce qui permet aux populations bactériennes présentes de dégrader efficacement la matière carbonée et donc d’optimiser le rendement de l’installation.Preferably, the biogas tank according to the invention further comprises a heating device, for example a heating device in the form of a resistor. Such a heating device makes it possible to constantly maintain an adequate temperature within the tank, which enables the bacterial populations present to effectively degrade the carbonaceous material and thus to optimize the efficiency of the installation.
Avantageusement, selon l’invention, la cuve de bio méthanisation comprend en outre un couvercle étanche, par exemple un couvercle étanche en polyéthylène.Advantageously, according to the invention, the bio-methanation tank further comprises a sealed lid, for example a tight polyethylene lid.
Préférentiellement, selon l’invention, la cuve de bio méthanisation comprend en outre au moins une sonde de mesure d’un paramètre choisie dans le groupe constitué d’une sonde de température, d’une sonde mesurant la pression dans la cuve et d’une sonde mesurant le pH de ladite substance chargée en matière carbonée. Toutes ces sondes de mesure permettent de contrôler à tout moment les conditions régnant dans la cuve de bio-méthanisation et, éventuellement de les corriger, ceci toujours dans le but d’optimiser le rendement de l’installation. Par exemple, ces sondes peuvent se trouver au niveau du couvercle étanche de la cuve.Preferably, according to the invention, the bio-methanation tank further comprises at least one probe for measuring a parameter chosen from the group consisting of a temperature probe, a probe measuring the pressure in the tank and of a probe measuring the pH of said substance loaded with carbonaceous material. All these measuring probes make it possible to control at any time the conditions prevailing in the biogas tank and, if necessary, to correct them, this always with the aim of optimizing the efficiency of the installation. For example, these probes can be at the level of the sealed lid of the tank.
Avantageusement, la cuve de bio-méthanisation suivant l’invention comprend en outre au moins un support bactérien, par exemple un support bactérien sous forme d’une sphère contenant des fibres.Advantageously, the bio-methanation tank according to the invention further comprises at least one bacterial carrier, for example a bacterial carrier in the form of a sphere containing fibers.
Préférentiellement, selon l’invention, ladite substance chargée en matière carbonée est formée par des eaux usées, par exemple issues de déchets de laiteries, de brasseries, d’abattoirs ou encore de sucreries, et par des lisiers issus des exploitations agricoles et analogue. D’autres formes de réalisation d’une cuve suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.Preferably, according to the invention, said substance loaded with carbonaceous material is formed by wastewater, for example from dairies waste, breweries, slaughterhouses or even sweets, and slurry from farms and the like. Other embodiments of a tank according to the invention are indicated in the appended claims.
La présente invention porte également sur une installation de bio-méthanisation comprenant : - au moins une cuve de bio-méthanisation suivant l’invention, - au moins un dispositif d’amenée d’une substance chargée en matière carbonée dans ladite au moins une cuve de biométhanisation, - au moins un dispositif de collecte d’un biogaz produit par biométhanisation dans ladite au moins une cuve de bio-méthanisation, et - au moins une zone de collecte d’un digestat obtenu dans ladite cuve de bio-méthanisation suite à une dégradation microbienne de ladite substance chargée en matière carbonée.The present invention also relates to a bio-methanisation plant comprising: - at least one bio-methanisation tank according to the invention, - at least one device for feeding a substance loaded with carbonaceous material into said at least one tank biomethanisation, - at least one device for collecting a biogas produced by biomethanization in said at least one biogas tank, and - at least one collection zone of a digestate obtained in said biogas tank following microbial degradation of said substance loaded with carbonaceous material.
De préférence, l’installation de bio-méthanisation selon l’invention comprend une pluralité de cuves de bio-méthanisation placées en série et reliées entre elles. Dans ce cas, la zone de collecte d’un digestat est alors reliée à une sortie de la dernière cuve de la pluralité de cuves placées en série et le dispositif d’amenée d’une substance chargée en matière carbonée est relié à une entrée de la première cuve de la pluralité de cuves placées en série. Un tel placement en série de plusieurs cuves de bio-méthanisation selon l’invention permet d’exploiter de façon optimale la substance chargée en matière carbonée : le passage de cuve en cuve permet en effet de soumettre le digestat obtenu au départ d’une première cuve à des populations bactériennes différentes contenues dans une autre cuve placée en aval de la première cuve. Les différents types de matière carbonée initialement présents dans la substance chargée en matière carbonée peuvent ainsi être exploités de façon optimale, ce qui contribue au rendement d’une installation de bio-méthanisation.Preferably, the bio-methanation plant according to the invention comprises a plurality of bio-methanization tanks placed in series and interconnected. In this case, the collection zone of a digestate is then connected to an outlet of the last tank of the plurality of tanks placed in series and the device for supplying a substance charged with carbonaceous material is connected to an inlet of the first tank of the plurality of tanks placed in series. Such a series placement of several biogas tanks according to the invention makes it possible to optimally exploit the substance loaded with carbonaceous material: the passage from tank to tank makes it possible to subject the digestate obtained at the start of a first tank to different bacterial populations contained in another tank placed downstream of the first tank. The different types of carbonaceous material initially present in the substance loaded with carbonaceous material can thus be exploited optimally, which contributes to the performance of a biogas plant.
Avantageusement, l’installation de bio-méthanisation selon l’invention comprend en outre un dispositif de post-digestion placé en aval de la sortie de ladite au moins une cuve de bio-méthanisation et en amont de ladite au moins une zone de collecte d’un digestat. Il s’agit en fait d’un dispositif permettant encore, à l’issue d’une cuve ou d’une série de cuves de bio-méthanisation placées en série, d’exploiter les matières carbonées résiduelles et d’encore éventuellement produire du biogaz avant un rejet du digestat final qui serait obtenu.Advantageously, the bio-methanization plant according to the invention further comprises a post-digestion device placed downstream of the outlet of said at least one biogas tank and upstream of said at least one collection zone. a digestate. It is in fact a device that still allows, after a tank or a series of bio-methanization tanks placed in series, to exploit the residual carbonaceous materials and possibly still produce the biogas before a rejection of the final digestate that would be obtained.
Préférentiellement, l’installation de bio-méthanisation selon l’invention comprend en outre une unité de production d’énergie électrique, par exemple une unité de cogénération, alimentée par le biogaz produit dans ladite au moins une cuve de bio-méthanisation et collecté au départ de cette dernière. D’autres formes de réalisation d’une installation de biométhanisation suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.Preferably, the bio-methanisation plant according to the invention furthermore comprises a unit for producing electrical energy, for example a cogeneration unit, fed with the biogas produced in said at least one bio-methanation tank and collected at the same time. departure from the latter. Other embodiments of a biogas plant according to the invention are indicated in the appended claims.
La présente invention porte également sur une utilisation d’au moins une cuve de bio-méthanisation selon l’invention pour la production de biogaz.The present invention also relates to a use of at least one biogas tank according to the invention for the production of biogas.
La présente invention porte également sur une utilisation d’au moins une cuve de bio-méthanisation selon l’invention dans une installation de bio-méthanisation selon l’invention. D’autres formes d’utilisation d’au moins une cuve de biométhanisation suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.The present invention also relates to a use of at least one biogas tank according to the invention in a biogas plant according to the invention. Other forms of use of at least one biomethanisation tank according to the invention are indicated in the appended claims.
La présente invention porte également sur une utilisation d’une installation de bio-méthanisation selon l’invention pour une production d’énergie, par exemple pour une production d’électricité. D’autres formes d’utilisation d’une installation de biométhanisation suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins annexés.The present invention also relates to a use of a biogas plant according to the invention for energy production, for example for electricity production. Other forms of use of a biogas plant according to the invention are indicated in the appended claims. Other features, details and advantages of the invention will become apparent from the description given below, without limitation and with reference to the accompanying drawings.
La figure 1 est une vue en coupe d’une cuve de biométhanisation selon l’invention.Figure 1 is a sectional view of a biomethanization tank according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe d’une installation de biométhanisation selon l’invention comprenant trois cuves de biométhanisation en série selon l’invention.Figure 2 is a sectional view of a biogas plant according to the invention comprising three biomethanization tanks in series according to the invention.
Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.In the figures, identical or similar elements bear the same references.
La figure 1 illustre une installation 1 de bio-méthanisation comprenant une cuve 2 selon l’invention. Cette cuve 2 comprend des parois haute 3 et basse 4 et des parois latérales 5, 6 en un béton comprenant au moins 95% en poids de ciment Portland par rapport au poids total dudit béton, au moins un agent superplastifiant, au moins une résine formaldéhyde, de l’hydroxyéthylcellulose et/ou de l’hydroxyalkylcellulose, et des fibres métalliques, par exemple des fibres en acier.De telles parois en un tel béton permettent de résister plus efficacement au phénomène de « corrosion » biogène dû à la présence d’acide sulfurique mais permettent également d’assurer une résistance optimale de la cuve 2 à la pression exercée par le fluide (substance) chargé en matière organique y étant contenu, ceci sans que les fibres métalliques (par exemple en acier) ne se corrode, la répartition de ces fibres étant par ailleurs homogène dans les parois 3, 4, 5, 6 de la cuve 2. La cuve 2 est également munie d’un couvercle étanche 7, par exemple en polypropylène. Comme illustré, la cuve 2 présente en outre une entrée 8 pour une substance chargée en matière carbonée, une sortie 9 pour un digestat obtenu dans la cuve 2 de bio-méthanisation suite à une dégradation microbienne de la substance chargée en matière carbonée, et une sortie 10 pour un biogaz produit au départ de la substance chargée en matière carbonée. Un système de vidange 11 est également présent et permet de vider la cuve 2 si nécessaire.FIG. 1 illustrates a bio-methanisation installation 1 comprising a tank 2 according to the invention. This tank 2 comprises high walls 3 and low 4 and side walls 5, 6 of a concrete comprising at least 95% by weight of Portland cement relative to the total weight of said concrete, at least one superplasticizer, at least one formaldehyde resin , such as hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose, and metal fibers, for example steel fibers. Such walls made of such a concrete make it possible to resist more effectively the phenomenon of biogenic "corrosion" due to the presence of sulfuric acid but also ensure optimal resistance of the tank 2 to the pressure exerted by the fluid (substance) loaded organic matter contained therein, this without the metal fibers (for example steel) corrodes, the distribution of these fibers is also homogeneous in the walls 3, 4, 5, 6 of the vessel 2. The vessel 2 is also provided with a tight cover 7, for example polypropylene. As illustrated, the tank 2 furthermore has an inlet 8 for a substance loaded with carbonaceous matter, an outlet 9 for a digestate obtained in the biomethanisation vat 2 following a microbial degradation of the substance loaded with carbonaceous material, and an outlet 10 for a biogas produced from the substance loaded with carbonaceous material. A drain system 11 is also present and allows emptying the tank 2 if necessary.
Dans une zone A de la cuve 2 qui reçoit une substance chargée en matière carbonée, se trouvent (selon le mode de réalisation non limitatif illustré) des supports bactériens 12 sous forme de sphères contenant par exemple des fibres auxquelles se fixent des populations bactériennes responsables de la dégradation des matières carbonées. Eventuellement, à la partie basse de la zone A de la cuve 2, est positionné un caillebotis 13 maintenu à distance du fond de la cuve 2 par des éléments de support 14. Ce caillebotis 13 a pour but que les supports 12 ne reposent pas au fond de la cuve 2 où sédimentent des particules présentes dans la substance contenant des matières carbonées. La cuve 2 comporte également un élément de chauffage 15.In a zone A of the tank 2 which receives a substance loaded with carbonaceous material, there are (according to the nonlimiting embodiment illustrated) bacterial supports 12 in the form of spheres containing, for example, fibers to which bacterial populations responsible for the degradation of carbonaceous materials. Optionally, at the lower part of the zone A of the tank 2, is positioned a grating 13 kept at a distance from the bottom of the tank 2 by support elements 14. This grating 13 is intended for the supports 12 not to rest at bottom of the tank 2 where sediment particles present in the substance containing carbonaceous material. The tank 2 also comprises a heating element 15.
La dégradation des matières carbonées donne lieu à la production de méthane (biogaz) et à la production d’autres substances secondaires dont de l’hydrogène soufré converti en acide sulfurique par des bactéries dans la zone de gaz (zone B à la figure 1). Toutefois, dès lors que les parois 3, 4, 5, 6 de la cuve 2 sont formées en un béton comprenant au moins 95% en poids de ciment Portland par rapport au poids total dudit béton, au moins un agent superplastifiant, au moins une résine formaldéhyde, de l’hydroxyéthylcellulose et/ou de l’hydroxyalkylcellulose, et des fibres métalliques, par exemple des fibres en acier, la présence d’acide sulfurique les altère faiblement et la cuve 2 reste néanmoins étanche durant de longues années, c’est-à-dire au-delà de 10 ans.The degradation of the carbonaceous materials gives rise to the production of methane (biogas) and the production of other secondary substances including hydrogen sulphide converted into sulfuric acid by bacteria in the gas zone (zone B in Figure 1) . However, since the walls 3, 4, 5, 6 of the tank 2 are formed of a concrete comprising at least 95% by weight of Portland cement with respect to the total weight of said concrete, at least one superplasticizer, at least one formaldehyde resin, hydroxyethylcellulose and / or hydroxyalkylcellulose, and metal fibers, for example steel fibers, the presence of sulfuric acid weakly alters them and the tank 2 nevertheless remains tight for many years, that is to say beyond 10 years.
Bien entendu, l’entrée 8 pour une substance chargée en matière carbonée est reliée à un dispositif d’amenée (non illustré) d’une substance chargée en matière carbonée et la sortie 9 d’un digestat obtenu dans la cuve 2 de bio-méthanisation (suite à une dégradation microbienne de la substance chargée en matière carbonée) est reliée à une zone de collecte (non illustrée) du digestat. Par ailleurs, la sortie 10 de biogaz peut être reliée à un dispositif de stockage (non illustré) du biogaz produit ou être reliée à un une unité de production d’énergie électrique (non illustrée), laquelle est alimentée par le biogaz produit dans ladite au moins une cuve 2 de bio-méthanisation et collecté au départ de cette dernière.Of course, the inlet 8 for a carbonaceous material-laden substance is connected to a feed device (not illustrated) of a carbonaceous material-laden substance and the outlet 9 of a digestate obtained in the biotank 2 methanization (following a microbial degradation of the substance loaded with carbonaceous material) is connected to a collection zone (not shown) of the digestate. Furthermore, the outlet 10 of biogas can be connected to a storage device (not shown) of the biogas produced or be connected to a power generation unit (not shown), which is fed by the biogas produced in said at least one biogas tank 2 and collected from the latter.
La figure 2 illustre une installation 1 de bio-méthanisation comprenant trois cuves 2, 2’, 2" selon l’invention. Chaque cuve 2, 2’, 2” comprend les mêmes éléments que ceux que présente la cuve à la figure 1. Toutefois, comme illustré, la sortie 9 de la cuve 2 est reliée sur l’entrée 8’ de la cuve 2’ située en aval de la cuve 2. De même, la sortie 9’ de la cuve 2’ est reliée sur l’entrée 8” de la cuve 2” située en aval de la cuve 2’. Dans ce mode de réalisation, la substance chargée en matière carbonée est amenée via l’entrée 8 de la cuve 2 et le digestat final obtenu (après passage au travers des trois cuves 2, 2’, 2”) sera évacué par la sortie 9” de la cuve 2” avant de gagner une zone de collecte (non illustrée) du digestat final.2 illustrates a bio-methanisation plant 1 comprising three tanks 2, 2 ', 2 "according to the invention, each tank 2, 2', 2" comprising the same elements as those that the vessel has in FIG. However, as illustrated, the outlet 9 of the vessel 2 is connected to the inlet 8 'of the vessel 2' located downstream of the vessel 2. Similarly, the outlet 9 'of the vessel 2' is connected to the 8 "of the tank 2" located downstream of the tank 2 'In this embodiment, the carbonaceous material-loaded substance is fed via the inlet 8 of the tank 2 and the final digest obtained (after passing through three tanks 2, 2 ', 2 ") will be evacuated through the outlet 9" of the tank 2 "before reaching a collection area (not shown) of the final digestate.
Comme pour l’exemple illustré à la figure 1, pour chacune des cuves de la figure 2, la sortie 10 de biogaz peut être reliée à un dispositif de stockage (non illustré) du biogaz produit ou être reliée à un une unité de production d’énergie électrique (non illustrée), laquelle est alimentée par le biogaz produit dans ladite au moins une cuve 2, 2’, 2” de bio-méthanisation et collecté au départ de cette dernière.As for the example illustrated in FIG. 1, for each of the tanks of FIG. 2, the biogas outlet 10 can be connected to a storage device (not shown) of the biogas produced or be connected to a production unit. electrical energy (not shown), which is fed by the biogas produced in said at least one tank 2, 2 ', 2 "bio-methanization and collected from the latter.
Il est bien entendu que la présente invention n’est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.It is understood that the present invention is in no way limited to the embodiments described above and that many modifications can be made without departing from the scope of the appended claims.
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- 2015-12-04 BE BE2015/5790A patent/BE1023245B1/en not_active IP Right Cessation
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2016
- 2016-12-01 BE BE2016/5901A patent/BE1024199B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20171212 |