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INSTALLATION POUR LA PRODUCTION DE METHANE ET D'ENGRAIS NATURELS.
La présente invention a pour objet une installation pour la pro- duction de méthane et d'engrais naturels.
Vers 1935 deux ingénieurs français, Messieurs DUCELLIER et ISMAN, ont pensé qu'il pouvait être intéressant de récupérer, à partir des fumiers, le gaz qui s'en dégageait et d'utiliser celui-ci comme combustible.
De savantes recherches et de multiples essais ont permis d'établir qu'un mètre cube de fumier mis en fermentation dans des conditions détermi- nées peut produire en 24 heures :
30 litres de gaz de fumier pour une température de la masse de
10 ..
200 litres de gaz de fumier pour une température de la masse de
20 .
1.000 litres de gaz de fumier pour une température de la masse de
30 .
2. 000 litres de gaz de fumier,pour une température de la masse de
40 .
De plus, la durée de production est inverse de la température.
C'est ainsi qu'un mètre cube de matières en fermentation à 30 peut produi- re 1.000 litres de gaz pendant 60 jours alors que si la température est de
40 la production ne sera que de 30 jours.Dans les deux cas, le m3 de ma- tière fournira 60m3 de gaz.
Il importe donc de pouvoir extraire le maximum de gaz soit 60m3 dans le minimum de temps et en cela:
1/ le facteur température joue un rôle important.
2/ le froid est à combattre.
Pour tendre à ce résultaton a fait usage de cuves en fer, en béton ordinaire à parois épaisses ou en béton vibré à parois minces, mais toutes ces cuves sont prévues en élévation à la surface du sol afin de bé- IMPRIME et EDITE le 8 MAI 1953. PRIX; : 20 Fr.
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néficier au maximum du rayonnement solaire. Contre le froid, divers systè- mes de calorifugeage ou de réchauffage sont employés.
On n'est toutefois jamais parvenu jusqu'à présent à maintenir jour et nuit, durant toute l'année même dans des régions à climat favorables une température constante suffisante pour un rendement élevé.
La présente invention a pour but la réalisation d'installations de conception simple dans lesquelles une température voisine de 40 puisse être maintenue constamment et économiquement.
A cet effet, conformément à l'invention, on fait usage de cuves qui au lieu d'être installées en surface sont enfouies dans le sol et sont munies de moyens permettant d'y maintenir une température de 40 environ.
Dans ces conditions a) si l'on perd le bénéfice de l'apport de chaleur dû aux températures ex- térieurs élevées, on obtient une protection efficace contre le froid. b) dans le sol, la température moyenne de l'année est peut-être quelque peu inférieure à la température moyenne extérieure.,, mais les variations y était très faibles, on peut se baser sur une température à vaincre quasi uniforme.
Afin d'assurer la résistance aux diverses pressions possibles tant extérieurs qu'intérieures, les cuves ainsi enfouies sont métalliques et en- castrées dans des cuves en béton de préférence en béton hydrofugé et armé, de faible densité et de parois très épaisses et l'on peut de préférence prévoir encore une cuve métallique extérieure.
Grâce à la combinaison des différentes mesures décrites ci-dessus, on obtient : a/ une température de contact pratiquement uniforme dans le temps et rela- tivement élevée. b/ une isolation permanente et efficace de la température extérieure.
Sur la figure 1 des dessins ci-joints, on a présenté la partie de l'installation destinée à être utilisée pour la fermentation méthani- que.
Elle comprend deux fosses de fermentation A et B (fig.l) enfouies dans le sol et un gazomètre C.
Chacune des fosses de fermentation est construite comme le montre la figure 2 et comprend une cuve métallique intérieure 1 et une cuve mé- tallique extérieure 2 entre lesquelles est prévue une masse épaisse 3 d' isolation (béton cellulaire ou autres produits).
La matière située à l'intérieur de la cuve 1 est couverte vers le haut par une tôle perforée amovible 4 reposant sur le bord de la cuve 1.
Un joint périphérique 5 sépare le couvercle de fermeture herméti- que constitué par une tôle bombée 6 recouverte d'un isolant fixé à demeure.
Pour le chauffage., on fait usage d'une chaudière 8 (figol) qui est dispo- sée dans une cave 9 contiguë aux cuves de fermentation et au gazomètre.
De cette chaudière 8 part part une canalisation 10 munie de branchements 11 aboutissant à des serpentins prévus dans le fond de chacune des cuves A-B.
Le gazomètre C peut comporter également un moyen de chauffage et à cet effet on pourra prévoir un branchement 12 sur la conduite 10.
En 13 (fig. 1) on a représenté une conduite de retour d'eau froide avec branchements 14.
Les serpentins 15 de chauffage des fosses A'et B sont habituelle- ment disposés dans une citerne 16 (fig.2) formée sur la périphérie du fond de la cuve à fermentation par la tôle intérieure 1, la tôle correspondante 1' du fond et par une ou des tôles inclinées et perforées 17 prenant appui sur les tôles 1 et 1'.
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Un type de gazomètre pouvant être utilisé avantageusement a été représenté par la figure 3 sur laquelle on a représenté en 18 l'arrivée du gaz provenant des fosses,
19 un robinet d'isolation,
20 la canalisation de distribution.,
21 un collecteur.,,
22 un purgeur.,
23 la tuyauterie d'arrivée du gaz dans la cuve du gazomètre cette tuyauterie servant également de,tuyauterie de départ,
24 la cuve du gazomètre encastrée dans un lit de béton 24', cons- tituant le fond.
25 la cloche du gazomètre dont le guidage est assuré par des sail- lies 26 munie de galets 27 prenant appui sur des poutrelles ou des rails 28 disposés verticalement et encastrés dans le sol.
Au départ de la fermentation,, la température de la masse de matiè- re est portée rapidement par 1?intervention de l'agent de chauffage à la température de 40 . Grâce à 19isolation prévue la masse ne devra être ré- chauffée qu'une fois durant toute la durée de fermentation.
La durée de cette fermentation étant dans les conditions prévues d'un mois environ,, la chaudière 8, sera mise en fonctionnement environ toutes les quinzaines et l'agent de chauffage envoyé dans chacune des deux cuves de fermentation portera la première cuve à la température adéquate de 40 environ et agira dans la seconde pour rétablir la température.
Une installation ainsi réalisée est susceptible d'assurer une tem- pérature continue élevée, été comme hiverdans les cuves de fermentation.
Elles assurent une production journalière très élevée et partant une fer- mentation rapide dans le temps.
La production économique de combustible et l'amélioration certai- ne de l'engrais naturel sont des éléments qui devraient donc favoriser 1' extension des installations à gaz de fumier; mais il est à craindre que la jalousie que porte le fermier à son fumier ainsi 'que la pénurie croissan- te de cet engrais ne freinent cette extension souhaitable cependant pour 1' amélioration du confort rural.
Une solution plus favorable à cette extension est l'extraction du méthane à partir des fumiers artificiels c'est-à-dire de la paille.
Le gaz méthane provenant de la décomposition des matières organi- ques en l'occurrence de la transformation de la cellulose contenue dans les pailles et non de la décomposition des matières excrémentielles, il est apparent 1/ qu'une tonne de paille prête à fermentation doit contenir infiniment plus de méthane quune tonne de fumier.On estime généralement 40% minimum de surplus.
2/ qu'en traitant la paille directement, il est possible, non seulement de produire plus de gaza mais aussi de fabriquer un engrais naturel de grande valeur. Après fermentation,, les pailles' constituent en effet un fumier ar- tificiel plus riche en humus que le. fumier naturel.La paille devient-ainsi un précieux engrais de complément.
Pour réaliser ce genre d'exploitation, il est nécessaire de com- pléter l'installation exposée ci-dessus par : . @ 1/ Une citerne à eau 30 (fig.5) recouverte dune aire en béton sur laquelle sont installés : a) une calandre 31 (fig.4 et 5) pour l'écrasement des pailles b) un réservoir 32 d'humidification.
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2/ Une citerne et una fumière pour la fermentation aérobie et autres fer- mentations secondaires susceptibles de nuire à la fermentation méthanique et devant précéder cette dernière.,
La matière préparée dans ces appareils se trouve dans des condi- tions idéales pour subir la fermentation méthanique dans des cuves à tem- pérature constante.
Comme fumière on fera usage avantageusement de celle décrite et revendiquée par le brevet belge au nom du même demandeur N 506.728 du 27 octobre 1951 et comprenant (fig.6) une citerne 33 enfouie dans le sol et au-dessus de laquelle est prévu un réservoir 34 de fermentation avec couvercle 34'.
Le fond 35 du réservoir 34 sert en même temps de couvercle pour la citerne et est muni de perforations 36.
De plus., des cheminées 37 solidaires du fond 35 s'étendent verticalement à l'intérieur du réservoir 34 de telle sorte que l'air pénétrant au-des- sus du liquide contenu dans la citerne par des bouches 38 prévues à la sur- face de la citerne est aspiré au travers de toute la masse de matière con- tenue dans la cuve 34 en passant par les trous 36 et par les cheminées 37.
Comme le montrent plus spécialement les figures 1, 4 et 5, un grou- pe moto-pompe 40 situé dans la cave 9 et une canalisation générale 41 assu- rent aux époques et aux moments voulus les différents transvasements de li- quides et notamment l'aspiration du ferment liquide de la citerne 33 (par le tuyau 42) et son refoulement (par un tuyau 43) vers un dispositif d'ar- rosage automatique 44 (fig.6) dispersant ce ferment uniformément sur la mas- se de matière contenue dans la cuve 34.
Les différentes phases du traitement seront les suivantes :
La paille sèche amenée sur l'air en béton au-dessus de la citer- ne 30 est passé dans la calandre 31 pour y être écrasée.
Cette opération a pour but de faciliter l'humidification des pail- les, de les rendre moins perméables à l'air et d'augmenter le pouvoir d' adhérence des microbes.
Les pailles sont ensuite placées dans le réservoir à eau 32 pour être humidifiées. De là elles passent dans la fumière 33-34 où elles sont arrosées de façon homogène par l'appareil 44 aux températures voulues et les plus favorables pour les fermentations qu'elles doivent y subir.
De la fumière les pailles vont dans les gazogènes A et B où elles sont noyées pour subir la fermentation méthanique. Le gaz est dirigé vers le gazomètre C.
Après fermentation la paille retirée des gazogènes constitue un engrais naturel riche en humus.
La chaudière de chauffage 8 est raccordée à toutes les citernes: gazogènes A-B, gazomètre C, fumière 33-34 (serpentin 51 - fig.6) et citer- ne à eau 30 de telle sorte que par un système de vannes, il est possible de chauffer à tous moments l'un ou l'autre appareil suivant les nécessités.
La citerne à eau 30 qui reçoit les .eaux pluviales est également raccordée à l'eau de ville.
Enfin, le groupe moto-pompe 40 est raccordé également à tous les appareils ainsi qu'au réservoir à eau 32 (tuyau 45) pour les transvase- ments de liquide.
Exemple : Lorsqu'une fermentation méthanique est terminée, le gazogène correspondant doit être vidé de son liquide (tuyaux 46) pour faciliter l'enlèvement de la matière.
Ce liquide sera envoyé dans le réservoir à humidification 32 et retour- nera au gazogène pour réensemencer la nouvelle matière qui y aura été apportée. Selon les nécessités, d'autres transvasements peuvent devoir
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être opères. Ils seront effectués grâce au groupe moto-pompe 40 par la seule manoeuvre de vannes et d'interrupteurs.
Tous les appareils de contrôle de mesure ou de sécurité ther- momètre, manomètre et autres plongent de la cave dans les cuves et sont ainsi sous' examen facile et à 19abri des intempéries
Une potence orientable 50 placée entre les gazogènes permet le déplacement des couvercles de ces derniers.
Les diverses phases de la fabrication sont nettement séparées tout en s'opérant simultanément.
Elles permettent un cycle complet dans un temps minimum et avec une utilisation de main découvre très limitée.
La disposition de l'ensemble est très concentrée et des plus rationnelles.
Enfin, la disposition prévue est particulièrement simple et ra- tionnelle et de surveillance ainsi que de conduite aisées.
Il y a lieu de remarquer qu'en ce qui concerne l'installation d' ensemble elle pourrait être réalisée entièrement en surface notamment dans les régions chaudes. Le domaine de l'invention s'étend également à cette réalisation.
REVENDICATIONS.- l.- Installation pour la production de gaz méthane caractérisée en ce qu'elle comprend des cuves de fermentation enfouies dans le sol mu- nies de moyens permettant d'y maintenir une température de 40 environ.
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PLANT FOR THE PRODUCTION OF METHANE AND NATURAL FERTILIZERS.
The present invention relates to an installation for the production of methane and natural fertilizers.
Around 1935 two French engineers, Messrs DUCELLIER and ISMAN, thought that it could be interesting to recover, from the manures, the gas which was released from it and to use it as fuel.
Clever research and numerous tests have made it possible to establish that a cubic meter of manure fermented under specific conditions can produce in 24 hours:
30 liters of manure gas for a mass temperature of
10 ..
200 liters of manure gas for a mass temperature of
20.
1,000 liters of manure gas for a mass temperature of
30 .
2,000 liters of manure gas, for a mass temperature of
40.
In addition, the production time is the inverse of the temperature.
Thus, a cubic meter of fermentation material at 30 can produce 1,000 liters of gas for 60 days, whereas if the temperature is
40 production will only be 30 days. In both cases, the m3 of material will provide 60m3 of gas.
It is therefore important to be able to extract the maximum amount of gas, i.e. 60m3 in the minimum time and in this:
1 / the temperature factor plays an important role.
2 / the cold is to be fought.
To tend to this result, we have used iron tanks, ordinary concrete with thick walls or vibrated concrete with thin walls, but all these tanks are provided in elevation on the surface of the ground in order to be PRINTED and EDITED on MAY 8 1953. PRIZES; : 20 Fr.
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take advantage of solar radiation as much as possible. Against the cold, various thermal insulation or heating systems are used.
Until now, however, it has never been possible to maintain day and night, throughout the year, even in regions with favorable climates, a constant temperature sufficient for a high output.
The object of the present invention is to provide installations of simple design in which a temperature in the region of 40 can be maintained constantly and economically.
For this purpose, in accordance with the invention, use is made of tanks which, instead of being installed on the surface, are buried in the ground and are provided with means making it possible to maintain a temperature of approximately 40 therein.
Under these conditions a) if the benefit of the heat input due to the high outside temperatures is lost, effective protection against the cold is obtained. b) in the ground, the average temperature of the year is perhaps somewhat lower than the average outside temperature. ,, but the variations there were very small, we can base ourselves on a temperature to be overcome almost uniform.
In order to ensure resistance to the various possible pressures, both external and internal, the tanks thus buried are metallic and embedded in concrete tanks, preferably of water-repellent and reinforced concrete, of low density and very thick walls and the it is also preferably possible to provide an outer metal tank.
Thanks to the combination of the various measures described above, we obtain: a / a contact temperature which is practically uniform over time and relatively high. b / permanent and effective insulation from the outside temperature.
In Figure 1 of the accompanying drawings, the part of the plant intended to be used for the methane fermentation has been shown.
It includes two fermentation pits A and B (fig.l) buried in the ground and a gasometer C.
Each of the fermentation tanks is constructed as shown in FIG. 2 and comprises an inner metal tank 1 and an outer metal tank 2 between which is provided a thick mass 3 of insulation (cellular concrete or other products).
The material inside the tank 1 is covered at the top by a removable perforated sheet 4 resting on the edge of the tank 1.
A peripheral seal 5 separates the hermetic closure cover consisting of a domed sheet 6 covered with an insulator permanently fixed.
For heating, use is made of a boiler 8 (figol) which is arranged in a cellar 9 contiguous to the fermentation tanks and to the gasometer.
From this boiler 8 starts a pipe 10 provided with connections 11 leading to coils provided in the bottom of each of the tanks A-B.
The gasometer C can also include a heating means and for this purpose a connection 12 can be provided on the pipe 10.
At 13 (fig. 1) there is shown a cold water return pipe with connections 14.
The heating coils 15 of the pits A 'and B are usually arranged in a tank 16 (fig. 2) formed on the periphery of the bottom of the fermentation tank by the inner sheet 1, the corresponding sheet 1' of the bottom and by one or more inclined and perforated sheets 17 bearing on the sheets 1 and 1 '.
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A type of gasometer which can be used advantageously has been represented by FIG. 3 in which there is shown at 18 the arrival of gas from the pits,
19 an isolation valve,
20 the distribution pipe.,
21 a collector. ,,
22 a trap.,
23 the gas inlet piping in the gasometer tank, this piping also serving as the outgoing piping,
24 the tank of the gasometer embedded in a concrete bed 24 ', constituting the bottom.
25 the bell of the gasometer, the guidance of which is provided by projections 26 provided with rollers 27 bearing on beams or rails 28 arranged vertically and embedded in the ground.
At the start of the fermentation, the temperature of the mass of material is raised rapidly by the intervention of the heating agent to the temperature of 40. Thanks to the insulation provided, the mass will only have to be reheated once during the whole fermentation period.
The duration of this fermentation being under the conditions provided for about a month, the boiler 8 will be put into operation approximately every fortnight and the heating agent sent to each of the two fermentation tanks will bring the first tank to the temperature of about 40 and will act within 1 second to restore the temperature.
An installation thus produced is capable of ensuring a continuous high temperature, summer and winter, in the fermentation tanks.
They ensure a very high daily production and therefore rapid fermentation over time.
The economical production of fuel and the improvement of some natural fertilizer are elements which should therefore favor the expansion of manure gas installations; but it is to be feared that the jealousy of the farmer for his manure as well as the growing shortage of this fertilizer may slow down this extension, which is however desirable for the improvement of rural comfort.
A more favorable solution for this extension is the extraction of methane from artificial manure, that is to say from straw.
The methane gas coming from the decomposition of organic matter in this case from the transformation of the cellulose contained in the straws and not from the decomposition of excremental matter, it is apparent 1 / that a ton of straw ready for fermentation must contain infinitely more methane than a ton of manure. It is generally estimated that there is a minimum of 40% surplus.
2 / that by treating the straw directly, it is possible not only to produce more gaza but also to manufacture a high-value natural fertilizer. After fermentation, the straws constitute in fact an artificial manure richer in humus than the. natural manure, making straw a valuable supplemental fertilizer.
To carry out this type of operation, it is necessary to complete the installation described above with:. @ 1 / A water tank 30 (fig. 5) covered with a concrete area on which are installed: a) a calender 31 (fig. 4 and 5) for crushing the straws b) a humidification tank 32.
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2 / A tank and a manure for aerobic fermentation and other secondary fer- mentations liable to interfere with methane fermentation and which must precede the latter.,
The material prepared in these devices is under ideal conditions to undergo methane fermentation in tanks at constant temperature.
As manure, use will advantageously be made of that described and claimed by Belgian patent in the name of the same applicant N 506,728 of October 27, 1951 and comprising (fig. 6) a cistern 33 buried in the ground and above which is provided a tank 34 fermentation with lid 34 '.
The bottom 35 of the tank 34 serves at the same time as a cover for the tank and is provided with perforations 36.
In addition, chimneys 37 integral with the bottom 35 extend vertically inside the tank 34 so that the air entering above the liquid contained in the tank through outlets 38 provided at the top. face of the tank is sucked through all the mass of material contained in the tank 34 passing through the holes 36 and through the chimneys 37.
As shown more specifically in FIGS. 1, 4 and 5, a motor-pump unit 40 located in the cellar 9 and a general pipe 41 ensure at the times and at the desired times the various transfers of liquids and in particular the 'suction of the liquid ferment from the tank 33 (through the pipe 42) and its discharge (through a pipe 43) towards an automatic watering device 44 (fig. 6) dispersing this ferment uniformly over the mass of material contained in the tank 34.
The different phases of the treatment will be as follows:
The dry straw fed onto the concrete air above the tank 30 is passed through the shell 31 to be crushed there.
The purpose of this operation is to facilitate the humidification of the straws, to make them less permeable to air and to increase the adhesion power of microbes.
The straws are then placed in the water tank 32 to be moistened. From there they pass into the manure 33-34 where they are watered homogeneously by the apparatus 44 at the desired temperatures and the most favorable for the fermentations they must undergo there.
From the manure the straws go to gasifiers A and B where they are flooded to undergo methane fermentation. The gas is directed to the gasometer C.
After fermentation, the straw removed from the gasifiers constitutes a natural fertilizer rich in humus.
The heating boiler 8 is connected to all the tanks: gasifiers AB, gasometer C, manure 33-34 (coil 51 - fig. 6) and water tank 30 so that by a system of valves, it is possible to heat one or the other device at any time as required.
The water tank 30 which receives the rainwater is also connected to the city water.
Finally, the motor-pump unit 40 is also connected to all the devices as well as to the water tank 32 (pipe 45) for the liquid transfers.
Example: When a methane fermentation is completed, the corresponding gasifier must be emptied of its liquid (pipes 46) to facilitate the removal of the material.
This liquid will be sent to the humidification tank 32 and will return to the gasifier to reseed the new material which will have been introduced there. Depending on requirements, other transfers may have to
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to be operated. They will be carried out thanks to the motor-pump unit 40 by the sole operation of valves and switches.
All thermometer, pressure gauge and other measuring or safety control devices are placed from the cellar into the tanks and are thus easily inspected and protected from the elements.
An orientable bracket 50 placed between the gasifiers allows the lids of the latter to be moved.
The various phases of production are clearly separated while operating simultaneously.
They allow a complete cycle in a minimum time and with a very limited use of hands.
The layout of the whole is very concentrated and most rational.
Finally, the planned arrangement is particularly simple and rational and easy to monitor and to operate.
It should be noted that, as regards the overall installation, it could be carried out entirely on the surface, in particular in hot regions. The field of the invention also extends to this embodiment.
CLAIMS.- 1.- Installation for the production of methane gas characterized in that it comprises fermentation tanks buried in the ground provided with means making it possible to maintain a temperature of approximately 40 therein.