EP2467661B1 - Dispositif de traitement de biomasse humide par friture - Google Patents

Dispositif de traitement de biomasse humide par friture Download PDF

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EP2467661B1
EP2467661B1 EP10741999.6A EP10741999A EP2467661B1 EP 2467661 B1 EP2467661 B1 EP 2467661B1 EP 10741999 A EP10741999 A EP 10741999A EP 2467661 B1 EP2467661 B1 EP 2467661B1
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EP
European Patent Office
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tank
oil
biomass
frying
oil bath
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10741999.6A
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German (de)
English (en)
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EP2467661A1 (fr
Inventor
Didier Lecomte
Anwar Hamasaiid
Jean-Claude Poussin
Bernard Auduc
Bruno Ladevie
Med Hedi Romdhana
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Nationale Superieure Des Techniques Industrielles Et Des Mines D'Albi-Carmaux LBI-CARMAUX
Original Assignee
Ecole Nationale Superieure Des Techniques Industrielles Et Des Mines D'Albi-Carmaux LBI-CARMAUX
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Nationale Superieure Des Techniques Industrielles Et Des Mines D'Albi-Carmaux LBI-CARMAUX filed Critical Ecole Nationale Superieure Des Techniques Industrielles Et Des Mines D'Albi-Carmaux LBI-CARMAUX
Publication of EP2467661A1 publication Critical patent/EP2467661A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2467661B1 publication Critical patent/EP2467661B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/005—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by dipping them into or mixing them with a chemical liquid, e.g. organic; chemical, e.g. organic, dewatering aids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F26B5/041—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum for drying flowable materials, e.g. suspensions, bulk goods, in a continuous operation, e.g. with locks or other air tight arrangements for charging/discharging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B7/00—Drying solid materials or objects by processes using a combination of processes not covered by a single one of groups F26B3/00 and F26B5/00

Definitions

  • the invention is in the field of moist biomass treatment by frying technology. It relates more particularly to a device for such treatment.
  • biomass any material of organic type containing a high water content, especially at least 50% by weight, regardless of its origin.
  • the biomass to which the invention applies may, for example, be a sludge, originating, for example, from purification plants, a waste from the paper industry, slaughterhouses, agriculture, etc., or a waste material.
  • vegetable origin a food, a biological waste or a sedimentary material such as lignite or peat.
  • a preferred, although not limiting, field of application of the invention is that of the manufacture of solid fuel from biomass, by dehydration of the latter by frying.
  • the invention also applies in a manner similar to frying food or hygienization, for example medical biological waste, or any other type of treatment to obtain, after frying, a final material that is particularly solid , storable and transportable.
  • the document WO 2009/038252 which discloses a device comprising a dehydration unit containing an oil bath heated by a burner, into which the material to be fried is introduced, and a cooling unit of the fuel obtained.
  • a control of the residence time of the biomass in the oil is carried out by means of a worm or a conveyor belt driving the material to be fried inside a cylindrical drum filled with oil.
  • Such a device has the particular disadvantage of requiring a significant energy input to achieve the frying to form the fuel.
  • the document FR714063 which discloses a frying wet biomass processing device having the features of the preamble of claim 1.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of existing wet biomass frying treatment devices, particularly those described above, by proposing a device that requires a low energy input for its operation, and therefore has a cost of reduced operation, while allowing to obtain a solid material, separated from the frying oil, water content perfectly controlled.
  • a frying wet biomass treatment device in particular for forming a solid fuel from this biomass, comprises a first frying tank, containing a first oil bath, means capable of maintaining the oil of this first bath at a so-called frying temperature for frying the biomass, that is to say at a significantly higher temperature, for example at least 5 ° C, at the boiling temperature of the water, and means for introducing the biomass into this first tank.
  • This device comprises a second tank, said separation, forming gravity settling separation means of the solid material fried in the first oil bath and oil, the second tank containing a second lower temperature oil bath at frying temperature.
  • the first tank and the second tank are communicating volumes, so that the respective oil bath they contain are naturally in hydraulic communication one with the other.
  • the device according to the invention further comprises means for transferring the solid fried material, obtained from the biomass, from the first tank to the second tank, more specifically from the first oil bath in the second oil bath. and means for discharging the solid fried material, which has been separated from the oil by gravity settling, out of the second tank.
  • the means capable of maintaining the oil of the first bath at a frying temperature of the biomass, defined and controlled comprise means for sampling oil in the second tank, means for heating the oil thus taken and means for injection of the oil thus heated in the first tank.
  • oil includes any fluid fatty substance, and more generally any fluid having the characteristics of being immiscible with water, stable at a temperature above the boiling point of water, and of high power. heat. Particularly preferred in the context of the invention, for an implementation for the manufacture of solid fuel from wet waste, oils and fats obtained from plant and animal food waste, fats or waste wastewater treatment plants that have been previously heated and rendered liquid.
  • frying of the biomass itself is carried out in the first tank, in which the oil bath is at a temperature sufficient to ensure this frying. It produces, in a conventional manner in itself, a dehydration of the biomass by frying. This dehydration causes the release of steam in the first tank, above the oil bath.
  • the solid fuel thus obtained has, in a manner known per se, a high calorific value.
  • the oil bath of the first tank occupies about a quarter of the height of the latter.
  • the fried solid material and the bath oil are separated. This separation is facilitated by the lower temperature of the oil in the second bath, which allows stopping the boiling of the water emerging from the biomass.
  • the second oil bath there is a transfer of the heat stored in the solid material fried to the oil, which is notably enabled by the relatively long residence time of the solid fried material in the second oil bath where the separation by gravitational settling occurs, which is known to involve, by nature, a residence time of the solid in the fluid of a certain duration, in any case sufficient to ensure this heat transfer.
  • the first and second oil bath being in hydraulic communication with each other, the respective temperatures of these baths remain close.
  • the oil of the second bath being used to replenish the oil bath of the first tank, after heating, and therefore already having a relatively high temperature, the external energy input to provide to bring it to a temperature adequate to fry the biomass before injecting it into the first tank is low.
  • the recovery of the heat of the fried material occurring in the oil bath of the second tank thus advantageously reduces the energy consumption required for frying.
  • the residence time of the fried material in the second oil bath is also advantageously partly controlled by the speed of operation of the means for discharging the solid material. fried out of the tank.
  • the frying and separation tanks operating in communicating vessels, the loss of the oil taken from the second tank is compensated by a supply of oil occurring at the same time spontaneously from the first tank.
  • the volumes of oil in each of the tanks thus remain substantially constant.
  • the invention also advantageously provides means for maintaining the overall volume of oil contained in the two tanks at a substantially constant value throughout the operation of the device.
  • the oil taken from the second bath to be reinjected, after heating, in the first bath, is further clarified in the second bath, that is to say largely free of solid particles, before its circulation in the heating circuit.
  • the means for heating the oil taken from the second tank comprise means for extracting the water vapor released in the first tank during frying, and means for heat exchange between the oil taken from the second tank and the water vapor taken from the first tank.
  • the frying tank preferably comprises, in an upper part upstream of a steam extraction opening, demisters capable of removing oil residues from the water vapor escaping above the first oil bath when frying.
  • the device further comprises means for mechanically compressing the water vapor released during frying, upstream of the heat exchange means between the vapor thus compressed and the oil. driven in circulation of the second tank to the first tank.
  • the device according to the invention therefore advantageously has a relatively low energy requirement. After an initial heating of the oil in the first oil bath so as to give it a suitable temperature for frying, this device requires, in order to maintain its operation, a very small external energy input, realized in particular by means of a heating element disposed on the oil circulation circuit between the second tank and the first tank, preferably at the level of the heat exchange means with the steam. At the outlet of the device according to the invention, a fried material separated from the oil is obtained, this with a limited energy requirement, much lower than that of the devices of the prior art.
  • the operation of the device according to the invention in particular the circulation of oil between the two baths, is advantageously implemented continuously, allowing maximum energy efficiency.
  • the means for injecting biomass into the first tank, the means for transferring the fried material into the second tank, and the means for discharging this material out of the latter are also advantageously able to be operated continuously.
  • the device according to the invention for the manufacture of a solid fuel, it achieves a global energy balance quite advantageous, since it is possible to manufacture, by means involving a low consumption of energy, a solid fuel with a high calorific value.
  • the device according to the invention makes it possible to obtain a ratio between the energy consumed and the energy theoretically necessary to manufacture the fuel, linked to the latent heat of vaporization of the water contained in the biomass, which can be as low as 0 , 4, whereas in the industrial drying processes proposed by the prior art, this ratio is generally between 1.25 and 2.5.
  • the device further comprises means for controlling the residence time of the biomass in the first oil bath, allowing the control of the final water content of the fried material, and its rate of impregnation oil.
  • control means comprise a rotating vane wheel arranged in the first oil bath and able to move the biomass from an introduction zone of said biomass into the first vessel to an outlet window to the second vessel, which is preferably formed in a bottom wall of the first vessel.
  • the wheel preferably forms, between rotary blades and a perforated upper frame that it comprises, receiving and transport compartments of biomass, substantially identical shapes and reduced volumes.
  • the means for controlling the residence time of the biomass in the oil bath comprise at least one, preferably a plurality, of blades which are secured by an internal lateral edge of a central shaft articulated in rotation on itself and disposed in the first vessel substantially perpendicular to a lower wall thereof. These blades extend, from the bottom wall, into an internal volume for receiving the oil bath from the tank, and they substantially reach, by an opposite outer lateral edge, the peripheral wall of the tank also delimiting this internal volume.
  • the device according to the invention also comprises means for controlling the rotation of this central shaft.
  • the device in order to achieve all the better this objective, is preferably dimensioned so as to ensure a significant decrease in the hydraulic drive speed of the fried material and oil from the first bath on their arrival in the second bath, so that the separation by settling gravity in the second bath is improved.
  • the ratio between the volume of the second bath and the volume of the first bath is between 1.5 and 4, and preferably about 2.
  • the second tank is placed under the first tank, the pipe connects a lower wall of the first tank and an upper portion of the second tank, and the means for discharging the fried material.
  • solid out of the second vessel operate at an opposite bottom portion of the second vessel.
  • the conduit opens into an upper part of the second tank and extends inside the latter by a dip tube reaching an opposite lower part, preferably close to an opening for discharging solid material fried out of the second tank.
  • this dip tube is provided with fins inclined towards the lower part of the second tank, so as to prevent the solid material to go up towards the upper part of the tank, thus advantageously favoring the settling.
  • the device according to the invention is advantageously configured and operated so as to obtain an adequate temperature of the oil in the second tank, that is to say a temperature sufficiently low to stop the boiling of the water biomass from the first tank and thus promote the settling phenomenon, and at the same time high enough to ensure the lowest possible external energy consumption to maintain the operation of the device ..
  • the second tank also has a high height and is substantially completely filled with oil, which also promotes obtaining a suitable temperature difference between the oil located in the upper part of the tank, which is at a temperature substantially equal to that of the first oil bath contained in the first tank, and the oil located in its lower part, at the discharge opening of the solid material.
  • the device according to the invention is preferably configured and implemented so as to ensure a temperature difference of the oil between the lower part and the upper part of the second tank which is between 2 and 5 ° C.
  • the difference in pressure between the lower part of the second tank, where it is slightly higher, and its upper part, where it is lower, furthermore makes it possible to stop the boiling when the fried material reaches this lower part. .
  • the device further preferably comprises means for placing under reduced pressure inside the first tank, for example so as to obtain a pressure of about 0.5 bar therein.
  • These means for placing under reduced pressure are in particular advantageously constituted by the mechanical vapor compressor which is provided according to the invention in the circuit for recovering the energy of the water vapor released during frying.
  • the device advantageously comprises means capable of sealing the low-pressure device, in particular at the level of the means for introducing the biomass into the first tank and means for evacuating the material. fried out of the second tank.
  • sealing control means may for example be in the form of locks associated with feeding systems and / or screw extraction.
  • the circulation of oil and the circulation of the water vapor takes place in very distinct circuits.
  • the device comprises means for maintaining a substantially constant oil level in the first tank, preferably at about 25% of the internal volume of the tank, by introducing oil. cold in the second tank.
  • This introduction of cold oil is preferably slaved to an oil level indicator disposed in the first tank, and is preferably performed in a lower portion of the second tank, preferably near the outlet port. fried material, so as to help stop the boiling.
  • the means for introducing the biomass into the first vessel comprise an extrusion die disposed through a wall of this first vessel and having cutting zones on a rear face. opposed to the first oil bath, as well as feed means for this biomass die.
  • a device for treating moist biomass by frying according to the invention is represented on the figure 1 , in its normal position of use.
  • This figure in dotted lines, for the sake of clarity of explanation, is represented in the elements inside the tanks forming part of the constitution of this device.
  • This device consists essentially of elements formed of metallic material.
  • a first tank said frying 1, which preferably has a substantially cylindrical shape, and an internal volume is delimited in its bottom by a lower wall 101, and laterally by a peripheral wall 102.
  • a lid 103 At an upper end opposite to the lower wall 101, the vessel is closed by a lid 103, which is secured to it by attachment, and which preferably has a conical shape.
  • An opening 104 is pierced in this cover, preferably substantially at its center, at the top of the cone.
  • the tank 1 contains in its bottom an oil bath 108, which can for example reach a height between one quarter and one third of the height of the tank.
  • the upper level of this oil bath is designated 107 in the figure.
  • the tank 1 comprises means for controlling the residence time of the biomass in the oil. These means comprise a rotating vane wheel system disposed in the bottom of the tank 1, in the oil bath 108. This system will be described in more detail with reference to FIG. figure 2 further in the description.
  • the tank 1 is supplied with biomass by introduction means which comprise, for example, in the embodiment shown in the figure, a feed hopper 111 connected to means 112 for thrusting the biomass through a spinneret. extrusion 113 disposed in an opening provided for this purpose in the peripheral wall 102 of the vessel 1, preferably at the bottom of the latter. All means of thrusting the biomass in the tank 1 conventional in themselves are within the scope of the invention.
  • introduction of biomass may also, for example, alternatively be effected by an opening in the bottom of the vessel 1, through the bottom wall 101.
  • the tank 1 is further provided in its lower wall 101 with a window 105 which preferably defines an angular sector of the wall.
  • the window 105 is slightly peripherally offset in the vessel relative to the biomass introduction opening, illustrated by reference numeral 106 in the figure, at an angle of about 30 to 90 degrees.
  • a central rotary shaft 122 is disposed in the center of the vessel 1, so as to extend from the bottom of the vessel substantially perpendicularly to the bottom wall 101.
  • the vessel 1 is associated with controlled drive means of the shaft in rotation on itself, an embodiment of which will be described in more detail in the present description.
  • At least one blade 121 is fixed on the shaft 122, by a so-called internal lateral edge 141, so as to be integral in rotation.
  • This blade 121 is disposed in the tank so as to extend, above the lower wall 101, substantially perpendicularly to this wall, towards the top of the tank, and so that it comes substantially, by a opposite outer side edge 142, substantially against the peripheral wall 102 of the vessel.
  • the blade 121 is able to move inside the tank, driven by the rotary shaft 122 which it is integral, without exerting friction against the one hand the peripheral wall 102 and on the other hand the lower wall 101 of the tank, and while being sufficiently close to these respective walls so that there is no gap between them that is large enough to let the biomass circulate.
  • the shaft 122 has not been shown, but is illustrated by its receiving cavity 143 formed between the blades in the center of the bottom of the tank.
  • the device comprises a plurality of blades 121.
  • these blades are eight in number, but such a number is in no way limiting of the invention.
  • These blades 121 are arranged at regular angular intervals from one another, and they define between them section compartments of substantially triangular shape 144.
  • the opening 106 for introducing the biomass into the vessel 1 is disposed below the upper level of the compartments 144.
  • a wire frame which is not shown in the figures, is preferably disposed just above the blades 121, so as to delimit the compartments 144 in their upper part, and maintain the biomass in these compartments in the bottom of the tank 1, immersed in the oil bath 108.
  • An indicator of the oil level which is not shown in the figures, is disposed in the tank 1.
  • This indicator is conventional in itself, and can take any form known to those skilled in the art.
  • Deesiculators which have not been shown in the figures for the sake of clarity, are arranged in the vessel 1, in an upper part of the latter. These strippers can take any form known to those skilled in the art, for example knits or metal mattresses. They make it possible to eliminate the oil residues from the water vapor forming during the frying in the tank 1 and going towards the top of the latter, to escape through the opening 104.
  • the device comprises, under the vessel 1, means 3 for transferring the biomass to a second tank 2, called separator, disposed under the first tank 1.
  • These means are in the form of a conduit 31, preferably substantially rectilinear, connecting the window 105 of the first tank 1 to the second tank 2.
  • the duct 31 may be associated with means for cooling the oil circulating in its interior, for example in the form of a heat exchanger schematically illustrated in the figure and designated by the reference 32.
  • the separation vessel, or separator 2 preferably has a substantially cylindrical shape of large diameter. It is delimited at an upper end by an upper wall 201 and at a lower end opposite by a bottom wall in the form of a funnel 202 delimiting in its inside a substantially conical contour volume 203 in the bottom of the separator.
  • the separator 2 is shown in more detail on the figure 3 .
  • the duct 31 is extended, through the upper wall 201, by a dip tube 204 which extends substantially vertically in the separator, until reaching the conical lower volume 203 by an open lower end 205.
  • the dip tube 204 On the outer peripheral surface of the dip tube 204 are fixed fins 206, which have for example a substantially triangular flat shape flaring away from the tube 204 and inclined, from their zone of attachment to the latter, towards the lower volume 203 of the separator, at an angle which may be for example, as illustrated in the figure, approximately equal to 45 degrees. These fins are preferably dimensioned so as to extend substantially to a peripheral wall 207 delimiting the separator 2.
  • the separator comprises three rows each comprising four fins 206, arranged in addition to such that the fins of a first row are offset angularly with respect to the fins of a second row, and so on, so as to occupy together ultimately the entire circular surface of the separator. These fins advantageously prevent any solid material contained in the bottom of the separator back to its upper part.
  • the separator 2 contains an oil bath 211, which preferably fills substantially all of its internal volume, and which communicates with the first oil bath 108.
  • a reservoir 51 containing cold oil is connected to a pipe 52 which opens, at an opposite end 53, into the lower volume 203 of the separator.
  • the pipe 52 is associated, between the tank 51 and the separator 2, with a valve 54.
  • This valve is preferably automatically controlled in opening and closing, by conventional means in themselves, depending on the information reported by the level indicator disposed in the vessel 1.
  • This oil circulation circuit is represented in a simplified manner on the figure 1 , and schematically more detailed on the figure 4 .
  • the first pipe 401 is associated with a pump 405 ensuring the circulation of oil in its interior.
  • This pump is preferably chosen at a variable rate.
  • the second pipe 404 opens at a first end 406 in a lower part of a buffer tank filled with oil 407. From this first end 406, beyond the zone of intersection with the first duct 401, this second duct 404 passes through heating means of the oil circulating in its interior, for example in the form of a heat exchanger 408, before coming out, by a second end 409 opposite the first end 406 in an upper part of the buffer tank 407.
  • the circulation of oil in the second pipe 404 is provided by a pump 410, conventional in itself, and which is preferably chosen to have a high flow rate.
  • the heat exchanger 408 is preferably associated with a heating element 408 ', which constitutes an additional source of energy for heating the oil circulating in the second pipe 404.
  • This heating element can be of any type, being understood that it is preferred in the context of the invention the implementation of inexpensive means of energy supply. For example, it will be preferred to supply this heating element with solar energy sources.
  • Means 411 for preheating the oil flowing in the second pipe 404 in order to initially start the device may also be included in the device according to the invention.
  • a third pipe 412 connects, by a first end 413, an upper end of the buffer tank 407, to the tank 1 in which it opens by an opposite second end 414.
  • a flow meter 415 is disposed on the third pipe 412.
  • the direction of movement of the oil in this double circuit is indicated by the arrows corresponding to the following references on the figure 4 .
  • the oil extracted from the separator 2 is fed in the direction 416 through the first pipe 401 to the second pipe 404 at a preferably slow rate. It flows in the latter in the direction 417, that is to say from the bottom of the buffer tank 407, through the heat exchanger 408 associated with the heating element 408 ', to an upper part of the buffer tank 407. Its circulation speed in this pipe 404 is preferably fast, so as to promote heat exchange at the exchanger 408.
  • the oil finally circulates, preferably at low speed, in direction 418, from the upper end of the buffer tank 407 to the frying tank 1.
  • the third pipe 412 preferably opens into the tank 1 flush with the inner surface of the peripheral wall 102 of the latter, so that the oil injected into the tank through this pipe falls there by forming a film on the inner surface of this peripheral wall, and therefore does not disturb the surface of the oil bath 108 by creating eddies.
  • a tube 420 is fixed, by a first end 421, on the opening 104 formed at the top of the tank 1, above the mistletters.
  • This tube is intended to bring the water vapor released during the frying of the biomass in the tank 1, to a mechanical steam compressor 422, for example a lobe compressor, which compresses it, then up to heat exchanger 408 where it can be used to transfer its energy to the oil flowing in the line 404.
  • the heating element 408 ' is preferably a liquid water collection tank from the compressor 422 through the pipe 420, and provided with a heating resistor capable of heating the water to provide additional energy for the heating of the oil.
  • This tank can be equipped with an overflow system to evacuate the excess water that it could receive.
  • the circulation of the water vapor in the tube 420 takes place in the direction indicated in 423 on the figure 4 from the top of the vessel 1 to the heat exchanger 408.
  • the supply of cold oil from the tank 51 to the separator 2 takes place in the direction indicated at 55 in this figure.
  • the device according to the invention comprises means for placing under reduced pressure in the frying tank 1, preferably but not Limitatively advantageously constituted by the compressor 422 also involved in the system for recovering water vapor released during frying. It is also provided with means for sealing at low pressure.
  • Preferred means for rotating the central shaft 122 of the vessel 1 are shown very schematically on the figure 1 and in more detail on Figures 5 to 7 .
  • These means are for example, mainly for reasons of space, arranged in the upper part of the tank 1.
  • a slider 123 is disposed in the tank, substantially perpendicular to the central shaft 122, which is located by the reference 124 on the figure 5 .
  • This shaft 122 which has not been shown for reasons of clarity, extends rearward perpendicularly to the plane of this figure.
  • the slider 123 is able to be displaced in translation, in a direction perpendicular to the axis of the shaft 122, by a piston 125 actuated by a jack, for example a pneumatic cylinder, shown in FIG. figure 1 .
  • the sliding is carried out along a rail 126 supported by a ring 127, illustrated on the Figures 5 and 7 .
  • This ring 127 is fixed to the peripheral wall 102 of the tank 1, by conventional means in themselves.
  • the slide 123 On an upper face facing the top of the tank 1, the slide 123 carries two cam protruding respectively 128 and 129, whose profiles are illustrated on the figure 6 .
  • cams apparently determine a path 132 on the upper face of the slide 123, as shown in FIG. figure 6 .
  • the slider 123 is associated with a rotating disc 133 fixed around the shaft 122 so as to be integral in rotation.
  • the slider is disposed under a lower face 134 of the disc facing the bottom of the tank, so that the cams 128, 129 are able to interact with rollers 135 carried on the underside of the disk 133.
  • a single roller 135 is shown.
  • the disk actually comprises a plurality of rollers, which are arranged circularly over its entire periphery at regular intervals from one another. Each pebble is identified on the figure 5 by a pin 136 ensuring its attachment to the disk, and opening on the upper face 137 of the disc opposite the lower face 134.
  • the pitch between the rollers 135 is fixed, in connection with the dimensions and the relative position of the cams 128 and 129 relative to each other, to a value such that each translational movement of the slide 123, in a perpendicular direction to the axis of the shaft 122, in one direction or the other, causes the displacement of a roller along the path 132 formed by the cams 128 and 129, and thereby a rotational movement, according to the direction indicated in 138 on the figure 5 133.
  • This rotation drives, via the shaft 122, the displacement of the blades 121 which are integral with it in the tank 1.
  • This die 113 is in the form of a disc pierced in its center of a plurality of extrusion orifices 114.
  • a front face 115 of this disc, facing the inside of the vessel 1, is shown in plan on the figure 8 .
  • the die At the rear of the extrusion orifices 114, at a rear face 117 opposite to the front face 115, the die preferably has cutting edges 116 intended to cut the biomass before it is introduced into the vessel 1.
  • cutting edges 116 intended to cut the biomass before it is introduced into the vessel 1.
  • the invention does not exclude the fact that the introduction of the biomass into the tank is carried out through an extrusion die of any other form, especially of conventional form in itself, that is to say without cutting areas, or even directly through the opening 106 formed in the peripheral wall 102 of the vessel 1, without any extrusion die.
  • the dimensions of the device according to the invention are determined according to the type and amount of biomass to be treated, its water content, the heating value desired for the fried material and oil used, according to calculations within the skill of the art.
  • the device according to the invention is for example implemented as follows.
  • the operation parameters are chosen generally according to calculations within the reach of the person skilled in the art, depending not only on the nature of the biomass to be treated but also the desired water content for the fried material, directly related to its calorific value, and the target energy efficiency during these processing operations. Values of the operation parameters are given below by way of example only, without being in any way limiting to the invention.
  • This fluid may for example emanate from fish or meat fat waste, which have been melted beforehand. It can also be recycled oil.
  • the oil poured into the tank 1 flows naturally through the window 105 formed in the bottom of the tank, through the conduit 31, to fill the separator 2. Once it is filled, the oil level increases in the tank 1 as and when pouring.
  • the oil is poured in an amount such that it completely covers the blades 121 disposed at the bottom of the tank 1, and that its level exceeds 1.5 to 2 times the height of these blades in the tank.
  • approximately in the device is poured an amount of oil of between 1 and 2 m 3 , which is distributed between the tank 1, for a volume of about 0.2 m 3 , the separator 2, for a volume of about 0.7 m 3 , and the oil circulation circuit.
  • a reduced pressure is applied to the tank 1 by means of the compressor 422. Any other means known per se for placing under reduced pressure also comes within the scope of the invention.
  • the operating pressure is preferably selected to be about 0.5 atm.
  • the decrease in the pressure in the tank 1 causes the decrease in the temperature necessary for the boiling of the water contained in the biomass that will be introduced into the oil bath.
  • the device according to the invention can however also be operated at atmospheric pressure.
  • the temperature difference of the oil between the bottom of the separator 2 and the tank 1 is at least 10 ° C.
  • the movement of the blades 121 is initiated by the driving means of the rotary central shaft 122. With each movement of the piston 125 driving the slide 123 in translation, it is printed on the shaft 122 a rotational movement on itself. same, which causes the blades to move in the tank 1. The rotation is in the direction inducing the longest path of movement of the blades between the opening 106 for introducing the biomass into the tank 1 and the window 105 arranged in its lower wall 101.
  • the invention does not exclude the fact that the biomass is introduced into the tank 1 in any other way.
  • the biomass can be milled and introduced into the tank without any other operation, including extrusion, the general objective of the invention being to bring into the tank small elements obtained from the initial wet biomass, and having a large contact surface with the oil contained in the tank.
  • the wet biomass is introduced into the tank through the opening 106 directly into the oil bath, into one of the compartments 144 formed between two neighboring blades 121.
  • the biomass stuck in this compartment is then driven by the blade 121 delimiting the rear of the compartment, defined in the direction of advance of the blades, until it finally reaches the window 105 through which it falls, under the effect of its weight, in direction of the separator 2.
  • the biomass is dehydrated by frying, according to a phenomenon known per se, to form a material, for example a fuel, which is solid and of reduced water content relative to the initial biomass.
  • the shaft 122 is printed with a slow rotation speed of 1 revolution in 5 to 20 minutes.
  • the embodiment according to the invention incorporating a rotating blade wheel which is the subject of the figures and described above is particularly advantageous, in particular in that it allows precise control of the residence time of the biomass in the water. oil, it requires little maintenance because of its simple constitution, and it allows the reduced pressure of the tank, since only must be ensured a seal at the passage of the piston 125 through the wall of the tank.
  • the use of the rotary blade system in accordance with the invention makes it possible to obtain a large contact surface of the biomass with the oil, and a good control of the heat transfer occurring in the bath, as a result of a relatively low biomass / fluid mass ratio. This results in a very great control of the water content of the fried material.
  • the fried material is discharged from the separator by the evacuation means 210, through the opening 209 provided for this purpose at the bottom of the separator.
  • the speed of extraction of the fried material is determined, according to calculations within the reach of those skilled in the art, so as to ensure a time of the residence of this material in the separator 2 sufficient to allow the transfer of the heat it has stored when frying to the oil.
  • the operation of the device according to the invention is advantageously operated continuously, both for the introduction of the biomass in the tank 1 and for the rotation of the blades 121 and the evacuation of the solid material as it accumulates in the the bottom of the separator 2.
  • the oil contained in the device is also circulated continuously between the separator 2 and the vessel 1, via the double circulation closed circuit, under the action of the pumps 405 and 410.
  • the flow rates of these pumps are determined according to calculations within the skill of those skilled in the art, in order firstly to maintain the equilibrium of the thermal differences between the oil contained in the tank 1 and the separator 2, and secondly to allow optimum operation of the heat exchanger 408.
  • the oil taken from the upper part of the separator 2 advantageously has a high temperature, partly due to the heat it has recovered from the fried material, and only a small contribution of energy is required to bring it to a boiling point at the pressure applied in the vessel 1.
  • This energy input is partly ensured by the heat exchanger 408 which operates from the energy of the water vapor released during frying.
  • a supply of cold oil emanating from the tank 51 is automatically carried out in the separator 2.
  • This supply makes it possible to increase the level of oil.
  • the introduction of cold oil is preferably carried out in the lower part of the separator, so as to maintain an optimum temperature gradient in it and to stop the boiling of the fried material as soon as it arrives in the bottom of the separator.
  • the device according to the invention as described above advantageously makes it possible to manufacture up to 80 kg / h of a fuel that can have a lower heating value of up to 20 MJ / kg.
  • the present invention achieves the objectives it has set for itself.
  • it provides a device for treating biomass by frying, in particular to form a solid fuel, which requires only a small contribution of external energy for its operation and which makes it possible, for a low cost price, to form a fuel with high calorific value, water content very well controlled.
  • This device is an effective tool for the recovery of wet waste.

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Description

  • L'invention s'inscrit dans le domaine du traitement de biomasse humide par la technologie de friture. Elle concerne plus particulièrement un dispositif pour un tel traitement.
  • On entend dans la présente description par biomasse toute matière de type organique contenant une forte teneur en eau, notamment d'au moins 50 % en masse, quelle que soit son origine. La biomasse à laquelle s'applique l'invention peut par exemple tout aussi bien être une boue, provenant par exemple des stations d'épuration, un déchet des industries papetières, des abattoirs, de l'agriculture, etc., ou une matière d'origine végétale, qu'un aliment, un déchet biologique ou encore une matière sédimentaire telle que le lignite ou la tourbe.
  • Un domaine d'application préféré, bien que non limitatif, de l'invention, qui sera plus particulièrement décrit dans la présente description, est celui de la fabrication de combustible solide à partir de biomasse, par déshydratation de cette dernière par friture. L'invention s'applique également de manière similaire à la friture des aliments ou à l'hygiénisation, par exemple des déchets biologiques médicaux, ou à tout autre type de traitement permettant d'obtenir, après friture, un matériau final qui soit notamment solide, stockable et transportable.
  • Il a été proposé dans l'art antérieur des dispositifs de fabrication de combustible solide à partir de biomasse humide, utilisant la technologie dite de déshydratation par friture. Une telle technologie est déjà connue en elle-même. Par la mise en contact de la biomasse humide avec de l'huile à une température appropriée, elle permet d'augmenter considérablement le Pouvoir Calorifique Inférieur, ou PCI, de la biomasse frite, jusqu'à environ 15-20 MJ/kg. Ceci est notamment du à l'effet conjugué du séchage et de l'imprégnation de l'huile dans la biomasse pendant la friture. La matière solide obtenue est hygiénisée, stockable, transportable et valorisable en tant que source d'énergie.
  • On peut citer à titre d'exemple d'art antérieur le document WO 2009/038252 , qui décrit un dispositif comportant une unité de déshydratation contenant un bain d'huile chauffé par un brûleur, dans lequel est introduite la matière à frire, et une unité de refroidissement du combustible obtenu. Un contrôle du temps de séjour de la biomasse dans l'huile est réalisé au moyen d'une vis sans fin ou d'un tapis de convoyage entraînant la matière à frire à l'intérieur d'un tambour cylindrique empli d'huile. Un tel dispositif présente notamment l'inconvénient de nécessiter un apport d'énergie important pour réaliser la friture permettant de former le combustible. On peut également citer le document FR714063 , qui décrit un dispositif de traitement de biomasse humide par friture comportant les caractéristiques du préambule de la revendication1.
  • La présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs de traitement de biomasse humide par friture existants, notamment à ceux exposés ci-avant, en proposant un dispositif qui requiert un faible apport d'énergie pour son fonctionnement, et présente par conséquent un coût de fonctionnement réduit, tout en permettant d'obtenir une matière solide, séparée de l'huile de friture, de teneur en eau parfaitement maîtrisée.
  • Un dispositif de traitement de biomasse humide par friture selon l'invention, notamment pour former un combustible solide à partir de cette biomasse, comporte une première cuve, dite de friture, contenant un premier bain d'huile, des moyens aptes à maintenir l'huile de ce premier bain à une température dite de friture assurant la friture de la biomasse, c'est-à-dire à une température notablement supérieure, par exemple d'au moins 5 °C, à la température d'ébullition de l'eau, et des moyens d'introduction de la biomasse dans cette première cuve.
  • Ce dispositif comporte une deuxième cuve, dite de séparation, formant des moyens de séparation par décantation gravitaire de la matière solide frite dans le premier bain d'huile et de l'huile, cette deuxième cuve contenant un deuxième bain d'huile de température inférieure à la température de friture. La première cuve et la deuxième cuve sont de volumes communicants, de sorte que les bains d'huile respectifs qu'elles contiennent sont naturellement en communication hydraulique l'un avec l'autre. Le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens de transfert de la matière frite solide, obtenue à partir de la biomasse, de la première cuve dans la deuxième cuve, plus précisément du premier bain d'huile dans le deuxième bain d'huile, et des moyens d'évacuation de la matière frite solide, qui a été séparée de l'huile par décantation gravitaire, hors de la deuxième cuve. Les moyens aptes à maintenir l'huile du premier bain à une température de friture de la biomasse, définie et contrôlée, comportent des moyens de prélèvement d'huile dans la deuxième cuve, des moyens de chauffage de l'huile ainsi prélevée et des moyens d'injection de l'huile ainsi chauffée dans la première cuve.
  • On englobe ici par le terme huile tout corps gras fluide, et plus généralement tout fluide présentant pour caractéristiques d'être non miscible à l'eau, stable à une température supérieure à la température d'ébullition de l'eau, et de fort pouvoir calorifique. Sont particulièrement préférés dans le cadre de l'invention, pour une mise en oeuvre pour la fabrication de combustible solide à partir de déchets humides, les huiles et les corps gras obtenus à partir de déchets agro-alimentaires végétaux et animaux, les graisses ou déchets gras des stations d'épuration qui auront été préalablement chauffés et rendus liquides.
  • Selon l'invention, la friture de la biomasse à proprement parler est réalisée dans la première cuve, dans laquelle le bain d'huile se trouve à une température suffisante pour assurer cette friture. Il s'y produit, de manière classique en soi, une déshydratation de la biomasse par friture. Cette déshydratation entraîne le dégagement de vapeur d'eau dans la première cuve, au-dessus du bain d'huile. Le combustible solide ainsi obtenu présente, de manière connue en soi, un fort pouvoir calorifique.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le bain d'huile de la première cuve occupe environ un quart de la hauteur de cette dernière.
  • Il est réalisé dans la deuxième cuve une séparation de la matière solide frite et de l'huile du bain. Cette séparation est facilitée par la température plus basse de l'huile dans le deuxième bain, qui permet l'arrêt de l'ébullition de l'eau se dégageant de la biomasse.
  • Il se produit dans le deuxième bain d'huile un transfert de la chaleur emmagasinée dans la matière solide frite vers l'huile, qui est notamment permis par le temps de séjour relativement long de la matière frite solide dans le deuxième bain d'huile où se produit la séparation par décantation gravitaire, dont on sait qu'elle implique par nature un temps de séjour du solide dans le fluide d'une certaine durée, en tout cas suffisante pour assurer ce transfert de chaleur. De plus, le premier et le deuxième bain d'huile étant en communication hydraulique l'un avec l'autre, les températures respectives de ces bains restent proches. L'huile du deuxième bain étant utilisée pour réalimenter le bain d'huile de la première cuve, après chauffage, et présentant de ce fait déjà une température relativement élevée, l'apport d'énergie extérieure à fournir pour l'amener à une température adéquate pour assurer la friture de la biomasse avant de l'injecter dans la première cuve est faible. La récupération de la chaleur de la matière frite se produisant au niveau du bain d'huile de la deuxième cuve diminue ainsi avantageusement la consommation d'énergie requise pour la friture.
  • Le temps de séjour de la matière frite dans le deuxième bain d'huile, qui détermine en particulier les transferts thermiques s'y produisant, est en outre avantageusement en partie contrôlé par la vitesse d'opération des moyens d'évacuation de la matière solide frite hors de la cuve.
  • Les cuves de friture et de séparation fonctionnant en vases communicants, la perte de l'huile prélevée dans la deuxième cuve est compensée par un apport d'huile se réalisant dans le même temps spontanément depuis la première cuve. Les volumes d'huile dans chacune des cuves restent ainsi sensiblement constants. L'invention prévoit en outre avantageusement des moyens de maintien du volume global d'huile contenue dans les deux cuves à une valeur sensiblement constante tout au long du fonctionnement du dispositif.
  • En outre, les performances énergétiques du dispositif selon l'invention sont encore améliorées par le choix avantageux, pour assurer la séparation de la matière frite et de l'huile, de la technique de décantation gravitaire, basée sur le phénomène de sédimentation, qui, outre le fait qu'elle assure un temps de séjour de la matière frite dans l'huile suffisamment long pour permettre le transfert de chaleur évoqué ci-dessus, ne requiert en elle-même aucun apport d'énergie pour réaliser la séparation.
  • L'huile prélevée du deuxième bain pour être réinjectée, après chauffage, dans le premier bain, est en outre clarifiée dans le deuxième bain, c'est-à-dire largement débarrassée de particules solides, avant sa circulation dans le circuit de chauffage.
  • Un avantage supplémentaire de la technique de décantation est la simplicité mécanique du matériel mis en oeuvre, qui n'implique notamment aucune pièce en mouvement, si bien que le dispositif selon l'invention présente un coût de fabrication réduit, une solidité mécanique importante, et qu'il ne nécessite que peu d'opérations de maintenance.
  • En outre, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de chauffage de l'huile prélevée dans la deuxième cuve comportent des moyens d'extraction de la vapeur d'eau dégagée dans la première cuve lors de la friture, et des moyens d'échange thermique entre l'huile prélevée de la deuxième cuve et cette vapeur d'eau prélevée dans la première cuve.
  • La cuve de friture comporte de préférence, dans une partie supérieure en amont d'une ouverture d'extraction de la vapeur d'eau, des dévésiculeurs aptes à éliminer des résidus d'huile de la vapeur d'eau s'échappant au-dessus du premier bain d'huile lors de la friture.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de compression mécanique de la vapeur d'eau dégagée lors de la friture, en amont des moyens d'échange thermique entre la vapeur ainsi compressée et l'huile entraînée en circulation de la deuxième cuve vers la première cuve.
  • Le dispositif selon l'invention présente de ce fait avantageusement un besoin énergétique relativement faible. Après un chauffage initial de l'huile dans le premier bain d'huile de manière à lui conférer une température adéquate pour réaliser la friture, ce dispositif ne nécessite, pour entretenir son fonctionnement, qu'un apport d'énergie extérieure très réduit, réalisé notamment par l'intermédiaire d'un élément chauffant disposé sur le circuit de circulation de l'huile entre la deuxième cuve et la première cuve, de préférence au niveau des moyens d'échange thermique avec la vapeur d'eau. On obtient, en sortie du dispositif selon l'invention, une matière frite séparée de l'huile, ceci avec un besoin énergétique limité, bien inférieur à celui des dispositifs de l'art antérieur.
  • Le fonctionnement du dispositif selon l'invention, notamment la circulation d'huile entre les deux bains, est avantageusement mis en oeuvre en continu, permettant un rendement énergétique maximal.
  • Les moyens d'injection de biomasse dans la première cuve, les moyens de transfert de la matière frite dans la deuxième cuve, et les moyens d'évacuation de cette matière hors de cette dernière sont également avantageusement aptes à être opérés en continu.
  • Dans le cadre de la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention pour la fabrication d'un combustible solide, on atteint un bilan énergétique global tout à fait avantageux, puisqu'il possible de fabriquer, par des moyens impliquant une faible consommation d'énergie, un combustible solide présentant un fort pouvoir calorifique. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un ratio entre l'énergie consommée et l'énergie théoriquement nécessaire pour fabriquer le combustible, liée à la chaleur latente de vaporisation de l'eau contenue dans la biomasse, pouvant être aussi faible que 0,4, alors que dans les procédés de séchage industriels proposés par l'art antérieur, ce ratio est généralement compris entre 1,25 et 2,5.
  • Selon l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans le premier bain d'huile, permettant le contrôle de la teneur en eau finale de la matière frite, et de son taux d'imprégnation d'huile.
  • Ces moyens de contrôle comportent une roue à aube tournante disposée dans le premier bain d'huile et apte à déplacer la biomasse depuis une zone d'introduction de ladite biomasse dans la première cuve jusqu'à une fenêtre de sortie vers la deuxième cuve, qui est de préférence formée dans une paroi inférieure de la première cuve. Un tel mode de réalisation offre notamment l'avantage d'un contrôle très bien maîtrisé de la teneur en eau du combustible final. La roue forme de préférence, entre des pales rotatives et un cadre supérieur perforé qu'elle comporte, des compartiments de réception et de transport de la biomasse, de formes sensiblement identiques et de volumes réduits.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, les moyens de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans le bain d'huile comportent au moins une, de préférence une pluralité, de pales qui sont solidaires par un bord latéral interne d'un arbre central articulé en rotation sur lui-même et disposé dans la première cuve sensiblement perpendiculairement à une paroi inférieure de cette dernière. Ces pales s'étendent, depuis la paroi inférieure, dans un volume interne de réception du bain d'huile de la cuve, et elles atteignent sensiblement, par un bord latéral externe opposé, la paroi périphérique de la cuve délimitant également ce volume interne. Le dispositif selon l'invention comporte également des moyens de contrôle de la rotation de cet arbre central.
  • Préférentiellement, la roue comporte une pluralité de pales disposées à intervalles réguliers les unes des autres, et définissant entre elles des compartiments de section sensiblement triangulaire.
  • Le dispositif selon l'invention comporte en outre de préférence des moyens d'entraînement de la roue en des mouvements de rotation discrets, permettant avantageusement un meilleur contrôle du taux de déshydratation de la biomasse. Ces moyens comportent par exemple un jeu de cames actionnables en translation dans une direction transversale à l'aube (ou arbre central) de la roue, alternativement dans des directions opposées, ces cames étant disposées et configurées de telle sorte que leur mouvement de translation entraîne la rotation discrète d'un disque solidaire en rotation de l'aube de la roue par la mise en prise ponctuelle des cames successivement avec chacun d'un jeu de galets fixés au disque.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de transfert de matière frite solide de la première cuve dans la deuxième cuve sont constitués par un conduit opérant par gravité et réalisant également la communication entre le premier bain d'huile et le deuxième bain d'huile. Une telle caractéristique confère notamment au dispositif une structure simple, puisque le même élément, c'est-à-dire le conduit, assure en même temps d'une part la communication hydraulique entre la première et la deuxième cuve, et d'autre part le transfert de la matière frite entre les deux cuves, d'un bain à l'autre. En outre, un tel transfert, opérant uniquement par gravité, ne requiert en lui-même aucun apport d'énergie. Ce conduit présente de préférence une longueur suffisamment faible pour minimiser l'encombrement généré par le dispositif selon l'invention, mais suffisamment importante pour permettre un léger refroidissement de l'huile circulant en son intérieur entre la première et la deuxième cuve, de sorte à bloquer le phénomène d'ébullition de l'huile circulant vers le deuxième bain et à assurer de ce fait que la séparation par décantation de la matière solide frite et de l'huile dans le deuxième bain d'huile se produise de façon optimale, Une telle caractéristique permet notamment d'atteindre un objectif supplémentaire de l'invention qui est d'assurer, par des moyens simples de mise en oeuvre facile, une bonne séparation de la matière frite solide et de l'huile.
  • Dans un tel mode de réalisation, afin d'atteindre d'autant mieux cet objectif, le dispositif est de préférence dimensionné de sorte à assurer une diminution importante de la vitesse d'entraînement hydraulique de la matière frite et de l'huile issues du premier bain à leur arrivée dans le deuxième bain, si bien que la séparation par décantation gravitaire dans le deuxième bain est améliorée. Préférentiellement, le rapport entre le volume du deuxième bain et le volume du premier bain est compris entre 1,5 et 4, et de préférence environ égal à 2.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, la deuxième cuve est disposée sous la première cuve, le conduit relie une paroi inférieure de la première cuve et une partie supérieure de la deuxième cuve, et les moyens d'évacuation de la matière frite solide hors de la deuxième cuve opèrent au niveau d'une partie inférieure opposée de la deuxième cuve. De telles caractéristiques favorisent notamment avantageusement le phénomène de décantation de la matière solide se produisant dans la deuxième cuve.
  • De telles caractéristiques du dispositif selon l'invention se combinent en outre tout à fait avantageusement avec les moyens de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans le premier bain d'huile selon l'invention, et dans lesquels une roue à aube tournante est prévue pour entraîner la biomasse depuis une zone d'introduction dans la première cuve jusqu'à une fenêtre de sortie vers la deuxième cuve. Cette fenêtre est alors avantageusement disposée dans une paroi inférieure de la cuve, à l'aplomb du conduit qui assure directement et rapidement le transfert de la matière frite jusqu'à la deuxième cuve.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le conduit débouche dans une partie supérieure de la deuxième cuve et il se prolonge à l'intérieur de cette dernière par un tube plongeur en atteignant une partie inférieure opposée, de préférence à proximité d'une ouverture d'évacuation de la matière solide frite hors de la deuxième cuve. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ce tube plongeur est muni d'ailettes inclinées en direction de la partie inférieure de la deuxième cuve, de manière à empêcher la matière solide de remonter vers la partie supérieure de la cuve, favorisant ainsi avantageusement la décantation.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, visant à atteindre une température entre l'huile dans la deuxième cuve qui soit favorable à un fonctionnement optimal du dispositif selon l'invention, en termes de rendement énergétique et de performance de décantation, il est prévu au niveau du conduit reliant les deux cuves l'une à l'autre des moyens de refroidissement d'huile. Ces moyens peuvent présenter toute forme connue en elle-même de l'homme du métier, par exemple un échangeur à eau.
  • De façon générale, le dispositif selon l'invention est avantageusement configuré et opéré de manière à obtenir une température adéquate de l'huile dans la deuxième cuve, c'est-à-dire une température suffisamment faible pour stopper l'ébullition de l'eau de la biomasse provenant de la première cuve et favoriser ainsi le phénomène de décantation, et en même temps suffisamment élevée pour assurer une consommation d'énergie extérieure la plus basse possible pour entretenir le fonctionnement du dispositif..
  • De préférence, la deuxième cuve présente en outre une hauteur importante et elle est sensiblement entièrement remplie d'huile, ce qui favorise également l'obtention d'une différence de température adéquate entre l'huile située en partie supérieure de la cuve, qui se trouve à une température sensiblement égale à celle du premier bain d'huile contenu dans la première cuve, et l'huile située dans sa partie inférieure, au niveau de l'ouverture d'évacuation de la matière solide. Le dispositif selon l'invention est de préférence configuré et mis en oeuvre de manière à assurer une différence de température de l'huile entre la partie inférieure et la partie supérieure de la deuxième cuve qui soit comprise entre 2 et 5 °C. La différence de pression entre la partie inférieure de la deuxième cuve, où elle est légèrement plus élevée, et sa partie supérieure, où elle est plus basse, favorise en outre l'arrêt de l'ébullition lorsque la matière frite parvient dans cette partie inférieure.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif comporte en outre de préférence des moyens de mise sous pression réduite à l'intérieur de la première cuve, par exemple de manière à y obtenir une pression d'environ 0,5 bars. Il en résulte avantageusement un abaissement de la température nécessaire pour provoquer l'ébullition de l'huile dans cette cuve. Ces moyens de mise sous pression réduite sont notamment avantageusement constitués par le compresseur mécanique de vapeur qui est prévu selon l'invention dans le circuit de récupération de l'énergie de la vapeur d'eau dégagée lors de la friture.
  • Dans de tels modes de réalisation, le dispositif comporte avantageusement des moyens aptes à assurer l'étanchéité du dispositif à basse pression, en particulier au niveau des moyens d'introduction de la biomasse dans la première cuve et des moyens d'évacuation de la matière frite hors de la deuxième cuve. Ces moyens de contrôle de l'étanchéité peuvent par exemple se présenter sous forme de sas associés à des systèmes d'alimentation et / ou d'extraction à vis.
  • De préférence, la circulation d'huile et la circulation de la vapeur d'eau s'effectue dans des circuits bien distincts.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le dispositif comporte des moyens de maintien d'un niveau d'huile sensiblement constant dans la première cuve, de préférence à environ 25 % du volume interne de la cuve, par introduction d'huile froide dans la deuxième cuve. Cette introduction d'huile froide est de préférence asservie à un indicateur de niveau d'huile disposé dans la première cuve, et elle s'effectue de préférence dans une partie inférieure de la deuxième cuve, de préférence à proximité de l'orifice de sortie de la matière frite, de manière à favoriser l'arrêt de l'ébullition.
  • Préférentiellement, les moyens d'introduction de la biomasse dans la première cuve comportent une filière d'extrusion disposée à travers une paroi de cette première cuve et présentant des zones coupantes sur une face arrière opposée au premier bain d'huile, ainsi que des moyens d'alimentation de cette filière en biomasse.
  • L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, qui n'en sont nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 9, dans lesquelles :
    • la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention ;
    • la figure 2 montre une vue détaillée des moyens de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans l'huile d'un dispositif selon l'invention ;
    • la figure 3 représente une vue en coupe partielle d'une cuve de séparation d'un dispositif selon l'invention ;
    • la figure 4 montre une vue schématique d'un dispositif selon l'invention illustrant un chemin de circulation de l'huile ;
    • la figure 5 représente en vue de dessus des moyens de contrôle de la rotation d'une roue à aube tournante d'un dispositif selon l'invention ;
    • la figure 6 montre de façon plus détaillée en vue de dessus le système de cames des moyens de contrôle de la rotation d'une roue à aube tournante de la figure 5 ;
    • la figure 7 illustre en vue de côté les moyens de contrôle de la figure 5 ;
    • la figure 8 représente une face avant d'une filière d'extrusion d'un dispositif selon l'invention ;
    • et la figure 9 montre une vue en coupe selon le plan A-A de la filière de la figure 9.
  • Un dispositif de traitement de biomasse humide par friture selon l'invention est représenté sur la figure 1, dans sa position normale d'utilisation. On a représenté sur cette figure en pointillés, pour des raisons de clarté d'explication, les éléments intérieurs aux cuves entrant dans la constitution de ce dispositif.
  • Ce dispositif est constitué essentiellement d'éléments formés en matière métallique.
  • Il comporte une première cuve, dite de friture 1, qui présente de préférence une forme sensiblement cylindrique, et dont un volume interne est délimité dans son fond par une paroi inférieure 101, et latéralement par une paroi périphérique 102. A une extrémité supérieure opposée à la paroi inférieure 101, la cuve est fermée par un couvercle 103, qui en est rendu solidaire par fixation, et qui présente de préférence une forme conique. Une ouverture 104 est percée dans ce couvercle, de préférence sensiblement en son centre, au niveau du sommet du cône.
  • La cuve 1 contient dans son fond un bain d'huile 108, qui peut par exemple atteindre une hauteur comprise entre un quart et un tiers de la hauteur de la cuve. Le niveau supérieur de ce bain d'huile est désigné par la référence 107 sur la figure.
  • La cuve 1 comporte des moyens de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans l'huile. Ces moyens comportent un système à roue à aube tournante disposée dans le fond de la cuve 1, dans le bain d'huile 108. Ce système sera décrit de façon plus détaillée en référence à la figure 2 plus avant dans la description.
  • La cuve 1 est alimentée en biomasse par des moyens d'introduction qui comportent par exemple, dans le mode de réalisation représenté sur la figure, une trémie d'alimentation 111 reliée à des moyens 112 de poussée de la biomasse à travers une filière d'extrusion 113 disposée dans une ouverture ménagée à cet effet dans la paroi périphérique 102 de la cuve 1, de préférence dans le bas de cette dernière. Tous moyens de poussée de la biomasse dans la cuve 1 classiques en eux-mêmes entrent dans le cadre de l'invention. L'introduction de biomasse peut également par exemple, dans une variante, être effectuée par une ouverture ménagée dans le fond de la cuve 1, à travers la paroi inférieure 101.
  • La cuve 1 est en outre pourvue dans sa paroi inférieure 101 d'une fenêtre 105 définissant de préférence un secteur angulaire de la paroi.
  • Comme on peut le voir de façon plus détaillée sur la figure 2, la fenêtre 105 est légèrement décalée périphériquement dans la cuve par rapport à l'ouverture d'introduction de la biomasse, illustrée par la référence 106 sur la figure, d'un angle environ compris entre 30 et 90 degrés.
  • Un arbre central rotatif 122 est disposé au centre de la cuve 1, de manière à s'étendre depuis le fond de la cuve sensiblement perpendiculairement à la paroi inférieure 101. La cuve 1 est associée à des moyens d'entraînement contrôlé de l'arbre en rotation sur lui-même, dont un mode de réalisation sera décrit de façon plus détaillée plus avant dans la présente description.
  • Dans le fond de la cuve 1, au moins une pale 121 est fixée sur l'arbre 122, par un bord latéral dit interne 141, de manière à en être solidaire en rotation. Cette pale 121 est disposée dans la cuve de manière à s'étendre, au-dessus de la paroi inférieure 101, sensiblement perpendiculairement à cette paroi, en direction du sommet de la cuve, et de telle sorte qu'elle vienne sensiblement, par un bord latéral dit externe opposé 142, sensiblement contre la paroi périphérique 102 de la cuve. On entend ici par sensiblement le fait que la pale 121 est apte à se déplacer à l'intérieur de la cuve, entraînée par l'arbre rotatif 122 dont elle est solidaire, sans pour autant exercer de frottements contre d'une part la paroi périphérique 102 et d'autre part la paroi inférieure 101 de la cuve, et tout en étant suffisamment proche de ces parois respectives pour qu'il ne subsiste entre elles aucun intervalle qui soit suffisamment grand pour laisser circuler la biomasse.
  • Sur la figure 2, pour plus de clarté, l'arbre 122 n'a pas été représenté, mais il est illustré par sa cavité de réception 143 formée entre les pales au centre du fond de la cuve.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le dispositif comporte une pluralité de pales 121. Dans l'exemple représenté sur les figures, ces pales sont au nombre de huit, un tel nombre n'étant cependant nullement limitatif de l'invention. Ces pales 121 sont disposées à des intervalles angulaires réguliers les unes des autres, et elles définissent entre elles des compartiments de section de forme sensiblement triangulaire 144. L'ouverture 106 d'introduction de la biomasse dans la cuve 1 est disposée sous le niveau supérieur des compartiments 144. Un cadre grillagé, qui n'est pas représenté sur les figures, est de préférence disposé juste au-dessus des pales 121, de manière à délimiter les compartiments 144 dans leur partie supérieure, et à maintenir la biomasse dans ces compartiments dans le fond de la cuve 1, immergée dans le bain d'huile 108.
  • Un indicateur du niveau d'huile, qui n'est pas représenté sur les figures, est disposé dans la cuve 1. Cet indicateur est classique en lui-même, et peut prendre toute forme connue de l'homme du métier.
  • Des dévésiculeurs, qui n'ont pas non plus été représentés sur les figures pour des raisons de clarté, sont disposés dans la cuve 1, dans une partie supérieure de cette dernière. Ces dévésiculeurs peuvent prendre toute forme connue de l'homme du métier, par exemple des tricots ou des matelas métalliques. Ils permettent d'éliminer les résidus d'huile de la vapeur d'eau se formant lors de la friture dans la cuve 1 et se dirigeant vers le sommet de cette dernière, pour s'en échapper par l'ouverture 104.
  • En référence à la figure 1, le dispositif comporte, sous la cuve 1, des moyens 3 de transfert de la biomasse vers une deuxième cuve 2, dite séparateur, disposée sous la première cuve 1. Ces moyens se présentent sous la forme d'un conduit 31, de préférence sensiblement rectiligne, reliant la fenêtre 105 de la première cuve 1 à la deuxième cuve 2.
  • Le conduit 31 peut être associé à des moyens de refroidissement de l'huile circulant en son intérieur, par exemple sous la forme d'un échangeur thermique illustré de façon schématique sur la figure et désigné par la référence 32.
  • La cuve de séparation, ou séparateur 2 présente de préférence une forme sensiblement cylindrique de large diamètre. Il est délimité à une extrémité supérieure par une paroi supérieure 201 et à une extrémité inférieure opposée par une paroi inférieure en forme d'entonnoir 202 délimitant en son intérieur un volume de contour sensiblement conique 203 dans le fond du séparateur.
  • Le séparateur 2 est représenté de façon plus détaillée sur la figure 3. En son intérieur, le conduit 31 se prolonge, à travers la paroi supérieure 201, par un tube plongeur 204 qui s'étend sensiblement verticalement dans le séparateur, jusqu'à atteindre le volume inférieur conique 203 par une extrémité inférieure ouverte 205.
  • Sur la surface périphérique externe du tube plongeur 204 sont fixées des ailettes 206, qui présentent par exemple une forme plate sensiblement triangulaire s'évasant en éloignement du tube 204 et inclinées, depuis leur zone de fixation à ce dernier, en direction du volume inférieur 203 du séparateur, suivant un angle qui peut être par exemple, comme illustré sur la figure, environ égal à 45 degrés. Ces ailettes sont de préférence dimensionnées de manière à s'étendre sensiblement jusqu'à une paroi périphérique 207 délimitant le séparateur 2. Dans l'exemple particulier illustré sur les figures, le séparateur comporte trois rangées comprenant chacune quatre ailettes 206, disposées en outre de façon telle que les ailettes d'une première rangée soient décalées angulairement par rapport aux ailettes d'une seconde rangée, et ainsi de suite, de sorte à occuper ensemble au final toute la surface circulaire du séparateur. Ces ailettes empêchent avantageusement toute matière solide contenue dans le fond du séparateur de remonter vers sa partie supérieure.
  • L'invention ne se limite cependant pas à un tel nombre et à une telle disposition des ailettes, toute autre configuration entrant également dans le cadre de l'invention dans la mesure où elle permet d'atteindre le résultat précité.
  • A l'extrémité inférieure 208 du séparateur 2, correspondant sensiblement au sommet du cône formé par la paroi inférieure 202, il est ménagé dans cette paroi une ouverture 209 permettant le passage de matière solide jusqu'à des moyens d'évacuation en continu de cette matière, qui sont désignés globalement par la référence 210 sur la figure 1. Ces moyens d'évacuation peuvent être de tout type. Il s'agit par exemple d'un mécanisme d'extrusion étanche, par exemple une vis sans fin équipée à son extrémité d'un sas permettant d'évacuer la biomasse frite en conservant une pression réduite dans le système.
  • Le séparateur 2 contient un bain d'huile 211, qui remplit de préférence sensiblement entièrement son volume interne, et qui est communicant avec le premier bain d'huile 108.
  • Un réservoir 51 contenant de l'huile froide est relié à un tuyau 52 qui débouche, à une extrémité opposée 53, dans le volume inférieur 203 du séparateur. Le tuyau 52 est associé, entre le réservoir 51 et le séparateur 2, à une vanne 54. Cette vanne est de préférence commandée automatiquement en ouverture et en fermeture, par des moyens classiques en eux-mêmes, en fonction de l'information relevée par l'indicateur de niveau disposé dans la cuve 1.
  • Le dispositif selon l'invention est en outre pourvu de moyens de circulation d'huile en continu dans un circuit fermé reliant la cuve 1 et le séparateur 2 de la manière exposée ci-après.
  • Un mode de réalisation de ce circuit de circulation d'huile est représenté de façon simplifiée sur la figure 1, et de façon schématique plus détaillée sur la figure 4.
  • Une première canalisation 401 débouchant par une première extrémité 402 à l'intérieur du séparateur 2, dans un volume interne supérieur de ce dernier, est branchée par une seconde extrémité opposée 403 à une deuxième canalisation 404, dans une partie médiane de cette dernière.
  • La première canalisation 401 est associée à une pompe 405 assurant la circulation d'huile en son intérieur. Cette pompe est de préférence choisie à débit variable.
  • La deuxième canalisation 404 débouche à une première extrémité 406 dans une partie inférieure d'un réservoir tampon rempli d'huile 407. Depuis cette première extrémité 406, au-delà de la zone d'intersection avec la première canalisation 401, cette deuxième canalisation 404 traverse des moyens de chauffage de l'huile circulant en son intérieur, par exemple sous forme d'un échangeur de chaleur 408, avant de venir déboucher, par une seconde extrémité 409 opposée à la première extrémité 406, dans une partie supérieure du réservoir tampon 407.
  • La circulation d'huile dans la deuxième canalisation 404 est assurée par une pompe 410, classique en elle-même, et qui est de préférence choisie pour présenter un fort débit.
  • L'échangeur de chaleur 408 est de préférence associé à un élément chauffant 408', qui constitue une source d'énergie supplémentaire pour le chauffage de l'huile circulant dans la deuxième canalisation 404. Cet élément chauffant peut être de tout type, en étant entendu qu'il est privilégié dans le cadre de l'invention la mise en oeuvre de moyens peu coûteux en apport d'énergie. On privilégiera par exemple pour alimenter cet élément chauffant des sources d'énergie solaire.
  • Des moyens 411 de préchauffage de l'huile circulant dans la deuxième canalisation 404 en vue de la mise en route initiale du dispositif, disposés entre la première extrémité 406 de cette canalisation et l'échangeur de chaleur 408, peuvent également être compris dans le dispositif selon l'invention.
  • Une troisième canalisation 412 relie quant à elle, par une première extrémité 413, une extrémité supérieure du réservoir tampon 407, à la cuve 1 dans laquelle elle débouche par une seconde extrémité opposée 414. Un débitmètre 415 est disposé sur cette troisième canalisation 412.
  • Le sens de déplacement de l'huile dans ce double circuit est indiqué par les flèches répondant aux références suivantes sur la figure 4. L'huile extraite du séparateur 2 est amenée, suivant la direction 416, par la première canalisation 401, jusqu'à la deuxième canalisation 404, à une vitesse de préférence lente. Elle circule dans cette dernière selon la direction 417, c'est-à-dire depuis la partie inférieure du réservoir tampon 407, à travers l'échangeur de chaleur 408 associé l'élément chauffant 408', jusqu'à une partie supérieure du réservoir tampon 407. Sa vitesse de circulation dans cette canalisation 404 est de préférence rapide, de manière à favoriser l'échange thermique au niveau de l'échangeur 408. Dans la troisième canalisation 412, l'huile circule enfin, de préférence à faible vitesse, selon la direction 418, depuis l'extrémité supérieure du réservoir tampon 407 jusqu'à la cuve de friture 1.
  • La troisième canalisation 412 débouche de préférence dans la cuve 1 en affleurant la surface interne de la paroi périphérique 102 de cette dernière, de sorte que l'huile injectée dans la cuve par cette canalisation y tombe en formant un film sur la surface interne de cette paroi périphérique, et ne dérange par conséquent pas la surface du bain d'huile 108 en y créant des remous.
  • Un tube 420 est fixé, par une première extrémité 421, sur l'ouverture 104 ménagée au sommet de la cuve 1, au-dessus des dévésiculeurs. Ce tube est destiné à amener la vapeur d'eau dégagée lors de la friture de la biomasse dans la cuve 1, jusqu'à un compresseur mécanique de vapeur 422, par exemple un compresseur à lobe, qui la compresse, puis jusqu'à l'échangeur de chaleur 408 où elle peut être utilisée pour transférer son énergie à l'huile circulant dans la canalisation 404. Dans un tel mode de réalisation, l'élément chauffant 408' est de préférence un bac de récupération d'eau liquide provenant du compresseur 422 par la canalisation 420, et muni d'une résistance chauffante apte à chauffer cette eau pour fournir de l'énergie supplémentaire en vue du chauffage de l'huile. Ce bac peut être équipé d'un système de débordement pour évacuer l'eau excédentaire qu'il pourrait recevoir.
  • La circulation de la vapeur d'eau dans le tube 420 s'effectue selon la direction indiquée en 423 sur la figure 4, du sommet de la cuve 1 à l'échangeur de chaleur 408.
  • L'apport d'huile froide du réservoir 51 au séparateur 2 s'effectue quant à lui selon la direction indiquée en 55 sur cette figure.
  • Le dispositif selon l'invention comporte des moyens de mise sous pression réduite dans la cuve de friture 1, de préférence mais non limitativement avantageusement constitués par le compresseur 422 intervenant par ailleurs dans le système de récupération de la vapeur d'eau dégagée lors de la friture. Il est également pourvu de moyens assurant l'étanchéité à basse pression.
  • Des moyens préférés d'entraînement en rotation de l'arbre central 122 de la cuve 1 sont représentés de façon très schématique sur la figure 1 et de façon plus détaillée sur les figures 5 à 7.
  • Ces moyens sont par exemple, pour des raisons principalement d'encombrement, disposés en partie haute de la cuve 1.
  • Un coulisseau 123 est disposé dans la cuve, sensiblement perpendiculairement à l'arbre central 122, que l'on situe par la référence 124 sur la figure 5. Cet arbre 122, que l'on n'a pas représenté pour des raisons de clarté, s'étend vers l'arrière perpendiculairement au plan de cette figure. Le coulisseau 123 est apte à être déplacé en translation, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'arbre 122, par un piston 125 actionné par un vérin, par exemple pneumatique, représenté sur la figure 1. Le coulissement s'effectue le long d'un rail 126 supporté par une couronne 127, illustrés sur les figures 5 et 7. Cette couronne 127 est fixée à la paroi périphérique 102 de la cuve 1, par des moyens classiques en eux-mêmes.
  • Sur une face supérieure dirigée vers le sommet de la cuve 1, le coulisseau 123 porte deux cames protubérantes respectivement 128 et 129, dont les profils sont illustrés sur la figure 6.
  • La première came 128, disposée à une extrémité dite avant du coulisseau située en vis-à-vis de l'arbre rotatif 122, contre un premier bord latéral du coulisseau, présente un bord arrière 130 en biseau s'élargissant vers ledit premier bord latéral. La seconde came 129, disposée quant à elle à une extrémité dite arrière opposée du coulisseau, contre un second bord latéral opposé de ce dernier, présente un bord avant 131 également en biseau sensiblement perpendiculairement au bord arrière 130 de la première came 129.
  • Ces cames déterminent en semble un chemin 132 sur la face supérieure du coulisseau 123, comme illustré sur la figure 6.
  • Le coulisseau 123 est associé à un disque rotatif 133 fixé autour de l'arbre 122 de manière à en être solidaire en rotation. Le coulisseau est disposé sous une face inférieure 134 du disque en regard du fond de la cuve, de manière telle que les cames 128, 129 soient aptes à interagir avec des galets 135 portés en sous-face du disque 133. Sur la figure 7, on a représenté pour plus de clarté un seul galet 135. Le disque comporte en réalité une pluralité de galets, qui sont disposés circulairement sur toute sa périphérie à intervalles réguliers les uns des autres. Chaque galet est identifié sur la figure 5 par un pion 136 assurant sa fixation au disque, et débouchant sur la face supérieure 137 du disque opposée à la face inférieure 134.
  • Le pas entre les galets 135 est fixé, en liaison avec les dimensions et la position relative des cames 128 et 129 l'une par rapport à l'autre, à une valeur telle que chaque mouvement de translation du coulisseau 123, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'arbre 122, dans un sens ou dans l'autre, entraîne le déplacement d'un galet le long du chemin 132 formé par les cames 128 et 129, et par là-même un mouvement de rotation, selon la direction indiquée en 138 sur la figure 5, du disque 133. Cette rotation entraîne, par l'intermédiaire de l'arbre 122, le déplacement des pales 121 qui en sont solidaires dans la cuve 1. Par le choix de la cadence et de la vitesse de déplacement du coulisseau 123, on détermine ainsi avantageusement la vitesse de déplacement des pales 121 dans la cuve 1, et par là-même le temps de séjour de la biomasse dans cette cuve. Tout autre moyen de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans la cuve 1 en général, ou de contrôle de la vitesse de la rotation des pales 121 plus particulièrement, connu en soi de l'homme du métier, entre également dans le cadre de l'invention.
  • Un mode de réalisation préféré, mais nullement limitatif de l'invention, d'une filière d'extrusion 113 à travers laquelle la biomasse est introduite dans la cuve 1, est représenté sur les figures 8 et 9.
  • Cette filière 113 s'y présente sous forme d'un disque percé en son centre d'une pluralité d'orifices d'extrusion 114. Une face avant 115 de ce disque, se disposant en regard de l'intérieur de la cuve 1, est représentée en plan sur la figure 8.
  • A l'arrière des orifices d'extrusion 114, au niveau d'une face arrière 117 opposée à la face avant 115, la filière présente de préférence des arrêtes coupantes 116 destinées à tailler la biomasse avant son introduction dans la cuve 1. Un tel mode de réalisation s'avère notamment tout à fait avantageux dans les cas où la biomasse se trouve sous forme filamenteuse, si bien qu'elle ne peut pas être broyée de manière satisfaisante avant son introduction dans la cuve de friture.
  • L'invention n'exclut pas pour autant que l'introduction de la biomasse dans la cuve soit réalisée à travers une filière d'extrusion de tout autre forme, notamment de forme classique en elle-même, c'est-à-dire sans zones coupantes, ou même encore directement à travers l'ouverture 106 ménagée dans la paroi périphérique 102 de la cuve 1, sans aucune filière d'extrusion.
  • De manière générale, les dimensions du dispositif selon l'invention, notamment de la cuve 1 et du séparateur 2, sont déterminées en fonction du type et de la quantité de biomasse à traiter, de sa teneur en eau, du pouvoir calorifique souhaité pour la matière frite et de l'huile utilisée, selon des calculs du ressort de l'homme du métier.
  • A simple titre d'exemple, la cuve 1 peut présenter un diamètre de 0,90 m et une hauteur de 1,40 m, et les pales 121 présenter une hauteur, mesurée entre leur bord inférieur en vis-à-vis de la paroi inférieure 101 de la cuve et leur bord supérieur opposé, d'environ 20 cm. Le séparateur 2 peut quant à lui présenter une hauteur de 1,30 m, pour un diamètre d'environ 0,90 m. Le conduit 31 peut présenter une longueur d'environ 50 cm.
  • Le dispositif selon l'invention est par exemple mis en oeuvre comme suit.
  • Là encore, les paramètres d'opération sont choisis de façon générale selon des calculs à la portée de l'homme du métier, en fonction non seulement de la nature de la biomasse à traiter mais également de la teneur en eau souhaitée pour la matière frite, directement liée à son pouvoir calorifique, et du rendement énergétique visé lors de ces opérations de traitement. Des valeurs des paramètres d'opération sont données ci-après à simple titre d'exemple, sans être de quelque façon limitatives de l'invention.
  • Une huile, ou tout autre fluide défini conformément à l'invention, qui a été au préalable chauffé à une température supérieure d'au moins 10 °C à la température d'ébullition de l'eau par les moyens de préchauffage 411, est versé dans la cuve 1. Ce fluide peut par exemple émaner de déchets gras de poisson ou de viande, qui ont été faits fondre au préalable. Il peut également s'agir d'huile recyclée.
  • L'huile versée dans la cuve 1 s'écoule tout naturellement à travers la fenêtre 105 ménagée dans le fond de la cuve, par le conduit 31, pour venir remplir le séparateur 2. Une fois celui-ci rempli, le niveau d'huile augmente dans la cuve 1 au fur et à mesure du versage. L'huile est versée dans une quantité telle qu'elle recouvre entièrement les pales 121 disposées au fond de la cuve 1, et que son niveau dépasse de 1,5 à 2 fois la hauteur de ces pales dans la cuve. A simple titre d'exemple, pour une cuve 1 et un séparateur 2 de dimensions données ci-avant, on verse approximativement dans le dispositif une quantité d'huile comprise entre 1 et 2 m3, qui se répartit entre la cuve 1, pour un volume d'environ 0,2 m3, le séparateur 2, pour un volume d'environ 0,7 m3, et le circuit de circulation d'huile.
  • Une fois le dispositif fermé hermétiquement, on applique, au moyen du compresseur 422, une pression réduite dans la cuve 1. Tout autre moyen connu en soi pour la mise sous pression réduite entre également dans le cadre de l'invention. La pression d'opération est de préférence choisie pour être environ égale à 0,5 atm. La diminution de la pression dans la cuve 1 provoque la diminution de la température nécessaire à l'ébullition de l'eau contenue dans la biomasse qui sera introduite dans le bain d'huile. Le dispositif selon l'invention peut cependant tout aussi bien être opéré à pression atmosphérique.
  • En raison notamment des différences de volume entre le bain d'huile 108 de la cuve 1 et le bain d'huile 211 du séparateur 2, ajoutées aux moyens de refroidissement du conduit 31 reliant la cuve et le séparateur l'un à l'autre, la température de l'huile dans ce dernier devient au cours du fonctionnement légèrement inférieure à celle de la cuve.
  • A titre d'exemple, pour un fonctionnement optimal du dispositif, la différence de température de l'huile entre le fond du séparateur 2 et la cuve 1 est d'au moins 10 °C.
  • Le mouvement des pales 121 est initié, par les moyens d'entraînement de l'arbre central rotatif 122. A chaque mouvement du piston 125 entraînant le coulisseau 123 en translation, il est imprimé à l'arbre 122 un mouvement de rotation sur lui-même, qui entraîne les pales à se déplacer dans la cuve 1. La rotation s'effectue dans le sens induisant le plus long chemin de déplacement des pales entre l'ouverture 106 d'introduction de la biomasse dans la cuve 1 et la fenêtre 105 ménagée dans sa paroi inférieure 101.
  • La biomasse est introduite dans la cuve 1 par les moyens d'introduction, notamment tels que ceux décrits ci-avant à titre d'exemple. Depuis la trémie d'alimentation 111, elle est par exemple extrudée directement dans la cuve à travers la filière d'extrusion 113, sous forme de segments de cordons.
  • L'invention n'exclut pas pour autant que la biomasse soit introduite dans la cuve 1 de toute autre manière. Par exemple, en fonction de ses propriétés physico-chimiques, la biomasse peut être broyée et introduite dans la cuve sans aucune autre opération, notamment d'extrusion, l'objectif général visé par l'invention étant d'amener dans la cuve de petits éléments obtenus à partir de la biomasse humide initiale, et présentant une surface de contact importante avec l'huile contenue dans la cuve.
  • La biomasse humide est introduite dans la cuve par l'ouverture 106 directement dans le bain d'huile, dans un des compartiments 144 formés entre deux pales 121 voisines. La biomasse bloquée dans ce compartiment est alors entraînée par la pale 121 délimitant l'arrière du compartiment, défini selon le sens d'avancement des pales, jusqu'à ce qu'elle atteigne au final la fenêtre 105 à travers laquelle elle tombe, sous l'effet de son poids, en direction du séparateur 2.
  • Pendant ce parcours dans la cuve 1, la biomasse se déshydrate par friture, selon un phénomène connu en soi, pour former une matière, par exemple un combustible, qui est solide et de teneur en eau réduite par rapport à la biomasse initiale.
  • Le débit d'introduction de la biomasse dans la cuve 1, la pression d'opération, la quantité et la température du fluide dans cette dernière, ainsi que la vitesse de rotation de l'arbre 122, qui détermine le temps de séjour de la matière dans le bain d'huile, sont fixés en fonction les uns des autres, en liaison avec les dimensions de la cuve, par des calculs à la portée de l'homme du métier, de manière à obtenir la teneur en eau, et donc le Pouvoir Calorifique Inférieur, souhaités pour le produit final, en fonction également de la teneur en eau initiale de la biomasse humide. On peut atteindre par le dispositif selon l'invention une teneur en eau très basse de la matière solide finale, de quelques pourcents seulement.
  • Par exemple, en liaison avec les paramètres particuliers définis ci-avant, on imprime à l'arbre 122 une vitesse de rotation lente, de 1 tour en 5 à 20 minutes.
  • Le mode de réalisation selon l'invention intégrant une roue à aube tournante faisant l'objet des figures et décrit ci-avant s'avère particulièrement avantageux, notamment en ce qu'il permet un contrôle précis du temps de séjour de la biomasse dans l'huile, qu'il nécessite peu de maintenance du fait de sa constitution simple, et qu'il permet la mise sous pression réduite de la cuve, puisque seule doit y être assurée une étanchéité au niveau du passage du piston 125 à travers la paroi de la cuve. En outre, l'utilisation du système de pales rotatives conformément à l'invention permet d'obtenir une grande surface de contact de la biomasse avec l'huile, et une bonne maîtrise des transferts de chaleur se produisant dans le bain, du fait d'un rapport en masse biomasse / fluide relativement bas. Il en résulte une très grande maîtrise de la teneur en eau de la matière frite.
  • Lors de la friture, il se dégage dans la cuve 1, au-dessus du bain d'huile 108, de la vapeur d'eau issue de la déshydratation de la biomasse.
  • La matière frite parvenant à la fenêtre 105 ménagée dans la paroi inférieure 101 de la cuve 1 est entraînée par la gravité et la circulation forcée de l'huile, dans le conduit 31 puis dans le tube plongeur 204, dans la partie inférieure du séparateur 2. Elle s'y accumule et se trouve naturellement séparée, par un phénomène de décantation gravitaire, de l'huile du bain 211 qui tend à remonter au-dessus d'elle. La présence des ailettes 206 empêche avantageusement la matière solide de remonter vers la partie supérieure du séparateur, même en présence de remous créés dans ce dernier lors de la chute de la matière.
  • La température légèrement plus froide de l'huile dans le séparateur par rapport à celle de la cuve 1, notamment dans la partie inférieure de celui-ci, le cas échéant en association avec les moyens de refroidissement disposés au niveau du conduit 31, permet avantageusement de bloquer l'ébullition de la biomasse à l'intérieur du séparateur, améliorant de ce fait la décantation du solide dans le séparateur.
  • Dans le même temps, l'huile contenue dans le séparateur 2 récupère la chaleur emmagasinée dans la matière frite qui lui parvient. Il se crée à l'intérieur du séparateur 2 un gradient de température entre l'huile située dans son fond, plus froide, et celle située dans sa partie supérieure, plus chaude.
  • La matière frite est évacuée du séparateur par les moyens d'évacuation 210, à travers l'ouverture 209 ménagée à cet effet en fond du séparateur. La vitesse d'extraction de la matière frite est déterminée, selon des calculs à la portée de l'homme du métier, de manière à assurer un temps de séjour de cette matière dans le séparateur 2 suffisant pour permettre le transfert de la chaleur qu'elle a emmagasiné lors de la friture vers l'huile.
  • Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est avantageusement opéré en continu, tant pour l'introduction de la biomasse dans la cuve 1 que pour la rotation des pales 121 et l'évacuation de la matière solide au fur et à mesure de son accumulation dans le fond du séparateur 2.
  • Par ailleurs, l'huile contenue dans le dispositif est également mise en circulation continue entre le séparateur 2 et la cuve 1, par l'intermédiaire du double-circuit de circulation fermé, sous l'action des pompes 405 et 410. Les débits de ces pompes sont déterminés selon des calculs du ressort de l'homme du métier, afin d'une part de maintenir l'équilibre des différences thermiques entre l'huile contenue dans la cuve 1 et le séparateur 2, et d'autre part de permettre un fonctionnement optimal de l'échangeur de chaleur 408. L'huile prélevée en partie haute du séparateur 2 présente avantageusement une température élevée, en partie grâce à la chaleur qu'elle a récupérée de la matière frite, et seul un faible apport d'énergie est nécessaire pour l'amener à une température d'ébullition à la pression appliquée dans la cuve 1.
  • Cet apport d'énergie est en partie assuré par l'échangeur de chaleur 408 qui fonctionne à partir de l'énergie de la vapeur d'eau dégagée lors de la friture.
  • Lorsque l'indicateur de niveau disposé dans la cuve 1 indique un niveau d'huile insuffisant dans cette dernière, un apport d'huile froide émanant du réservoir 51 est automatiquement effectué dans le séparateur 2. Cet apport permet d'augmenter le niveau d'huile dans la cuve 1, par l'effet de la communication des volumes internes du séparateur 2 et de la cuve 1 par le conduit 31. L'introduction d'huile froide est de préférence réalisée en partie basse du séparateur, de manière à maintenir un gradient de température optimal dans celui-ci et à stopper l'ébullition de la matière frite dès son arrivée dans le fond du séparateur.
  • Les effets cumulés de la récupération de l'énergie de vapeur d'eau dégagée lors de la friture pour réchauffer l'huile extraite du séparateur 2 avant de la réinjecter dans la cuve 1, et de la récupération dans l'huile du séparateur 2 de la chaleur de la matière frite, assurent avantageusement un rendement énergétique élevé du dispositif. Après l'apport d'énergie initial pour chauffer l'huile, le dispositif fonctionne quasiment en autonomie, seul un apport d'une petite quantité d'énergie extérieure supplémentaire étant nécessaire, au niveau de l'élément chauffant 408' associé à l'échangeur de chaleur 408, pour son fonctionnement.
  • Pour un faible coût de fonctionnement, le dispositif selon l'invention tel que décrit ci-avant permet avantageusement de fabriquer jusqu'à 80 kg/h d'un combustible pouvant présenter un Pouvoir Calorifique Inférieur allant jusqu'à 20 MJ/kg.
  • La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle fournit un dispositif de traitement de biomasse par friture, pour former notamment un combustible solide, qui ne nécessite qu'un faible apport d'énergie extérieure pour son fonctionnement et qui permet, pour un faible coût de revient, de former un combustible à fort pouvoir calorifique, de teneur en eau très bien maîtrisée. Ce dispositif constitue notamment un outil efficace de valorisation des déchets humides.

Claims (12)

  1. Dispositif de traitement de biomasse humide par friture, comportant une première cuve (1) contenant un premier bain d'huile (108), des moyens aptes à maintenir l'huile dudit premier bain à une température de friture assurant la friture de la biomasse et des moyens d'introduction (111) de la biomasse dans ladite première cuve (1),
    des moyens de transfert (3) de matière frite solide de ladite première cuve (1) dans des moyens de séparation par décantation gravitaire de ladite matière frite et de l'huile, sous forme d'une deuxième cuve (2) contenant un deuxième bain d'huile (211) de température inférieure à ladite température de friture et en communication hydraulique avec ledit premier bain d'huile (108) et des moyens (210) d'évacuation de la matière frite solide hors de ladite deuxième cuve (2), caractérisé en ce que ledit dispositif comporte:
    - des moyens de contrôle du temps de séjour de la biomasse dans le premier bain d'huile (108), comportant une roue à aube tournante disposée dans ledit premier bain d'huite (108) et apte à déplacer la biomasse depuis une zone d'introduction de ladite biomasse dans la première cuve (1) jusqu'à une fenêtre (105) de sortie vers la deuxième cuve (2),
    lesdits moyens aptes à maintenir l'huile dudit premier bain à une température de friture de la biomasse comportant des moyens (401) de prélèvement d'huile dans ladite deuxième cuve, des moyens de chauffage (408,408') de l'huile prélevée et des moyens (412) d'injection de l'huile ainsi chauffée dans ladite première cuve (1).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
    moyens de chauffage de l'huile prélevée comportent des moyens (422) d'extraction de la vapeur d'eau dégagée dans la première cuve (1) lors de la
    friture, et des moyens (408) d'échange thermique entre l'huile prélevée dans la deuxième cuve (2) et ladite vapeur d'eau prélevée dans ladite première cuve (1).
  3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens de transfert (3) de matière frite solide de la première cuve (1) dans la deuxième cuve (2) sont constitués par un conduit (31) opérant par gravité et réalisant la communication entre le premier bain d'huile (108) et le deuxième bain d'huile (211).
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite deuxième cuve (2) est disposée sous la première cuve (1), ledit conduit (31) relie une paroi inférieure (101) de ladite première cuve et une partie supérieure de ladite deuxième cuve, et les moyens d'évacuation (210) de la matière frite solide hors de la deuxième cuve (2) opèrent au niveau d'une partie inférieure opposée (202) de ladite deuxième cuve.
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit conduit (31) débouche dans une partie supérieure de la deuxième cuve (2) et se prolonge à l'intérieur de ladite deuxième cuve par un tube plongeur (204) en atteignant une partie inférieure opposée (202).
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit tube plongeur est muni d'ailettes (206) inclinées en direction de ladite partie inférieure de la deuxième cuve.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite fenêtre (105) de sortie vers la deuxième cuve (2) est formée dans une paroi inférieure (101) de ladite première cuve.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'entraînement de ladite roue en mouvements de rotation discrets.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien d'un niveau d'huile sensiblement constant dans la première cuve (1), par introduction d'huile froide dans la deuxième cuve (2).
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise sous pression réduite à l'intérieur de la première cuve (1).
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la première cuve (1) comporte dans une partie supérieure des dévésiculeurs aptes à éliminer des résidus d'huile de la vapeur d'eau s'échappant au-dessus du premier bain d'huile (108) lors de la friture.
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens d'introduction de la biomasse dans la première cuve (1) comportent une filière d'extrusion (113) disposée à travers une paroi (102) de ladite première cuve et présentant des zones coupantes (116) sur une face arrière (117) opposée au premier bain d'huile (108), et des moyens d'alimentation de ladite filière en biomasse.
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