EP4055137A1 - Procédé et installation de génération de matière première pour des installations de méthanisation à partir de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées - Google Patents

Procédé et installation de génération de matière première pour des installations de méthanisation à partir de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées

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Publication number
EP4055137A1
EP4055137A1 EP20807297.5A EP20807297A EP4055137A1 EP 4055137 A1 EP4055137 A1 EP 4055137A1 EP 20807297 A EP20807297 A EP 20807297A EP 4055137 A1 EP4055137 A1 EP 4055137A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
herbaceous
dried
majority
drying
granules
Prior art date
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Pending
Application number
EP20807297.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric GOUBIN
Xander SANDELL
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.)
Methaplanet International BV
Original Assignee
Methaplanet International BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Methaplanet International BV filed Critical Methaplanet International BV
Publication of EP4055137A1 publication Critical patent/EP4055137A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/02—Means for pre-treatment of biological substances by mechanical forces; Stirring; Trituration; Comminuting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/03—Means for pre-treatment of biological substances by control of the humidity or content of liquids; Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/04—Phase separators; Separation of non fermentable material; Fractionation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method and to a treatment plant for organic material waste containing a majority of herbaceous plants, for example animal manure or grass clippings along transport infrastructures (highways, roads, railways, canals, rivers, rivers), as part of an upgrading by methanization.
  • This organic waste contains, for example, a lot of plants such as poaceae and grasses.
  • Methanization processes are based in particular on anaerobic digestion by microorganisms to create methane from organic matter.
  • the methane can then be used as an energy source or be injected into a domestic gas network.
  • Document EP2 167631 discloses an installation and a method for producing biogas from woody raw materials.
  • Biogas, or fermentation methane is a way of revaluing organic waste containing fibrous plant matter, rich in lignin, such as animal manure, in particular horse manure or clippings, for example from mowing along from a highway. Indeed, equestrian centers and farms produce animal manure which can be used for the production of biogas, and the fibrous plant scraps are also potentially interesting for this purpose.
  • manure is meant here a mixture of animal droppings and an organic litter, such as straw.
  • biogas is based on the anaerobic digestion of the biomass that makes up most of the manure by microorganisms. These microorganisms are spontaneously present in manure and waste. In particular, they release methane and carbon dioxide from organic molecules.
  • Anaerobic digestion is carried out in anaerobic digestion facilities, which are generally large. These anaerobic digestion centers are the places where biogas is generated and used to generate, for example, electrical energy or gas. heat, or to be injected into a gas network. Their location is independent and potentially far from that of equestrian centers, stud farms and farms where animals produce manure and places where clipping and pruning takes place and their waste is collected.
  • anaerobic digestion facilities are supplied directly with plant waste and introduced into a digester.
  • manure and plant waste are continually subject to fermentation by aerobic digestion, and the methane produced during storage and transport and therefore before being fed into the digester is potentially lost.
  • this lost methane can also pose ecological problems in terms of global warming since the greenhouse effect due to methane is four times greater than that of carbon dioxide.
  • the invention relates to a process for treating organic material waste containing a majority of herbaceous plants, in particular of the gramineae or poaceae family, preferably at least 60%.
  • organic material waste containing a majority of herbaceous plants in particular of the gramineae or poaceae family, preferably at least 60%.
  • animal manure and more specifically horse manure for the preparation of raw material for a methanization unit characterized in that it comprises the following steps:
  • a second drying step applied to the dried herbaceous portion until the latter has a dry mass portion of between 85% to 95%
  • the process thus makes it possible to obtain a dry raw material which is easy to handle, and which also has a very weak or even imperceptible odor. Drying removes the aqueous part of organic waste containing a majority of herbaceous plants, which greatly reduces the weight. Drying also interrupts aerobic digestion and the untimely release of methane.
  • the first drying step before the separation step makes it possible to increase the difference in density between the organic matter and any elements to be removed such as waste, in particular in the case of animal manure, and more specifically horse manure .
  • the material packaged in granules and dried can in particular easily be stored for a long time, and then transported to the methanization center, where it is mixed with water, so that anaerobic digestion can resume to complete the methanization of the material.
  • the granules almost only contain “methanisable” material, given that herbaceous plants contain very little lignin, in particular for the protection of cell walls.
  • the method may further exhibit one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the first and second drying stages are for example carried out during the transport of the organic material containing a majority of herbaceous plants to the density separator and to the mechanical grinder respectively.
  • the transport and drying of the organic material containing a majority of herbaceous plants are then combined, which allows an almost continuous treatment.
  • the drying steps are carried out in particular by a reciprocating slat conveyor comprising a transport floor with movable drive slats provided with hot air blowing openings for drying the organic material containing a majority of herbaceous plants during transport.
  • the mechanical crusher is in particular a hammer crusher, but a blade crusher, a cylinder crusher, a chain crusher, or a scissor crusher are also possible.
  • the method may include a final step of heating the granules to a temperature above 100 ° C. for at least 30 minutes for their thermal sterilization.
  • the more complete sterilization makes it possible to obtain granules which can be handled without anti-pathogenic precautions.
  • the invention also relates to an installation for implementing the treatment method as defined above, characterized in that it comprises:
  • a first conveyor-dryer configured to carry out a first stage of drying the organic material containing a majority of herbaceous plants by blowing hot air in particular at a temperature ranging from 60 to 120 ° C until a portion of dry mass is reached between 60% and 80%,
  • a density separator arranged downstream of the first conveyor-dryer and configured to perform a separation step in order to extract a dried herbaceous portion from the dried organic material
  • a second conveyor-dryer arranged downstream of the density separator and configured to carry out a second drying step applied to the dried herbaceous portion until the latter has a dry mass portion of between 85 to 95%
  • a mechanical crusher arranged downstream of the second dryer conveyor and configured to perform a step of crushing the dried herbaceous portion resulting from the second drying step into particles of size less than 20mm, preferably between 5 and 15mm, for mechanical bursting of lignin protection of cell walls,
  • a pellet press arranged downstream of the mechanical crusher and configured to perform a step of pressing the dried herbaceous portion and crushed into granules.
  • the first and second conveyor-driers are for example reciprocating slat conveyors comprising a transport floor with movable drive slats provided with hot air blowing openings for drying the material. organic containing a majority of herbaceous plants during transport.
  • the installation may include a heater or oven arranged downstream from the pellet mill and configured to perform a thermal sterilization step of the pellets from the pellet mill.
  • the invention also relates to granules obtained by agglomeration of particles of organic material of size less than 10mm, the organic material containing at least 80%, preferably at least 90% of herbaceous plants, in particular of the gramineae or poaceae family and with a dry mass of 85% to 95%.
  • the organic matter of these granules is at least partially composed of mulched manure, and in this case the granules contain between 0.5 and 3% of residual fecal matter forming a binder between the particles of the granules.
  • the invention may also independently relate to a reciprocating slat conveyor comprising a transport floor with movable slats and provided with hot air blowing openings for drying the organic material containing a majority. of herbaceous plants during transport.
  • openings 10 are for example regularly distributed with a spacing of 5 to 15cm, typically 10cm between two openings 10.
  • the openings are connected via a pressure box arranged under the movable slats to a hot air blower to inject hot air from below into the organic waste.
  • the openings are for example made in the form of nozzles, in particular convergent, for diffusing hot air.
  • FIG.1 schematically shows a treatment installation for implementing the process
  • FIG.2 is a schematic sectional view of a slat of the conveyor of Figure 1
  • FIG.3 is a linear flowchart of the process associated with the installation of Figure 1.
  • upstream or “downstream”, one locates the elements / equipment in the direction of transport of the flow of material to be treated. Thus, a first equipment or element is located upstream of a second equipment or element if the material is first processed by the first and then the second equipment.
  • dried herbaceous portion is understood to mean the portion of the organic waste devoid of compact portions such as, for example, animal dung and other foreign bodies such as, for example, metal waste (cans or horseshoes). This is the light, dried portion formed from particles / plant strands weighing less than 2g.
  • particle size is meant the size according to the greatest extension, for example the length of a strand of straw.
  • FIG. 1 is a schematic view of a treatment plant 100 for organic matter waste containing a majority of herbaceous plants, in particular of the gramineae or poaceae family, preferably at least 60% such as for example animal manure and more specifically, horse manure for the preparation of raw material for a methanization unit or even mowing along transport infrastructure (highways, roads, rails, waterways). It can also be waste from corn cane, bagasse and sugar cane stalks or simply downgraded straw or hay.
  • a treatment plant 100 for organic matter waste containing a majority of herbaceous plants, in particular of the gramineae or poaceae family preferably at least 60% such as for example animal manure and more specifically, horse manure for the preparation of raw material for a methanization unit or even mowing along transport infrastructure (highways, roads, rails, waterways). It can also be waste from corn cane, bagasse and sugar cane stalks or simply downgraded straw or hay.
  • lignin polymers make the cell wall rigid and impermeable.
  • lignin creates a barrier to all solutions or enzymes, and prevents the penetration of lignocellulosic enzymes into the lignocellulosic structure, which greatly slows down methanization in a digester if the organic matter containing a majority of herbaceous plants is added directly to a methanization digester. Indeed, it is necessary that the bacteria or fungi present in the digester can make their way through this barrier before being able to effectively transform the cellulosic material into methane.
  • Lignin even in small quantities in herbaceous plants, acts as a protective sheath slowing down the access of microorganisms to the heart of the fibers and to the organic matter that lignin surrounds (cellulose, complex sugars, starch etc.).
  • the complete methanization of a material such as straw or clippings can take, without the process of the invention, up to 75 days and more.
  • the treatment installation 100 can for example be installed, independently of the anaerobic digestion centers.
  • the treatment method 200 implemented in the installation 100 of FIG. 1 is represented in FIG. 3 in the form of a flowchart showing the major steps of said method 200.
  • the organic matter waste containing a majority of herbaceous plants is received and placed on a first conveyor-dryer 1A.
  • a first drying step 201 the organic material containing a majority of herbaceous plants by blowing hot air is heated and dried in particular at a temperature ranging from 60 to 120 ° C until a portion of the mass is reached. dry between 60% and 80%.
  • This first drying step is carried out by the 1 A dryer conveyor. Thus, the transport to a next treatment station and the drying can be combined.
  • the conveyor-dryer 1A can be a moving slat conveyor, in particular of the KEITH brand (registered trademark), which is suitable for the present invention to allow both conveying and drying.
  • the waste advances by a distance corresponding to the travel stroke of the mobile training slats 2.
  • the movable drive slats 2 slide in the reverse direction progressively in a time-shifted manner in several groups. For example first a first third of the movable slats 2, then a second third and finally a third third, each time leaving two slats 2 stationary between two slats 2 which move back until all the movable drive slats 2 again find themselves in the starting position of the transport phase. Due to the weight of the organic matter and the friction phenomena, during the withdrawal phase, the organic matter remains immobile.
  • the dryer conveyor 1 A comprises a transport floor with movable drive slats 2 provided with blowing openings 10. hot air for drying the organic matter containing a majority of herbaceous plants during transport.
  • the movable slats 2 of the slat conveyor are provided with openings 10, not described in EP 1 481 925, for example in the form of hot air diffusion nozzles.
  • These openings 10 are for example regularly distributed with a spacing of 5 to 15cm, typically 10cm between two openings 10.
  • FIG. 2 which is a sectional view of a slat 2 with a portion of the conveyor 1 in a particular embodiment
  • the openings 10 are connected via a pressure box 21 to an air blower. hot 3, producing a flow of air heated to at least 60 ° C, preferably from 60 to 120 ° C, here in particular from 60 to 80 ° C.
  • the air flow is injected through the openings 10 to enter the organic waste from the bottom.
  • the organic waste is thus dried during transport.
  • the heated air flow rate and the conveying speed can be adjusted so that the organic matter leaving the conveyor-dryer 1 has a dry matter fraction greater than 60 to 80%, in particular 70%.
  • the openings 10 can be formed by the slots between two adjacent slats 2.
  • the advantage of the reciprocating slat conveyor lies in the fact that during transport, the dung pellets are dried on outside without being disaggregated, which facilitates subsequent density separation.
  • the conveyor-dryer 1A can include a rotary drum drying tunnel in which, by drive blades, the waste organic matter is transported and stirred against a flow of hot air.
  • conveyors can also be used, for example a conveyor with movable bins, a conveyor belt, etc.
  • the drying and transport of the organic material can alternatively be done in two separate machines, with a separate oven or dryer and conveyor.
  • FIG. 1 the solution proposed in FIG. 1 makes it possible to combine the transport and drying stages.
  • This first drying step 201 makes it possible to prepare the organic waste for separation by density.
  • the herbaceous parts because they are light, dry more easily and quickly so their density decreases more than the other fractions such as, for example, dung balls which only dry on the surface and retain most of the aqueous part.
  • Partial drying is therefore mainly carried out by drying the material forming the light fraction.
  • the remaining moisture will therefore mainly be concentrated in thicker dung balls and shavings forming the middle fraction.
  • the separator 5 Downstream of the dryer conveyor 1A is therefore arranged a density separator 5.
  • the separator 5 is configured to perform a density difference separation step 203 in order to extract a dried herbaceous portion from the dried organic material.
  • this dried herbaceous portion essentially comprises strands of straw, fibers and stems, with a large surface / volume ratio. The heavier part is usually formed by horse dung.
  • the density separator 5 therefore makes it possible to divide the dried organic waste into several fractions of different density, by centrifugation, gravity or entrainment by air flow.
  • the density separator 5 has several outlets 51, 53, 55, for respectively a light fraction (herbaceous portion), medium (eg animal dung) or dense (eg metal residue) waste organic matter.
  • the density separator 5 separates from the rest of the organic material a dried herbaceous fraction or portion (straw, cut grass, leaves etc.).
  • the separator 5 also separates the rest of the material into an average fraction, containing for example partially dried dung and possible wood chips, and a dense fraction, then mainly containing metal, plastic or other waste.
  • the density separator 5 may further include a strip magnet, the organic material passing close to said strip magnet in order to extract any remaining metallic particles therefrom.
  • the middle fraction can be burned in a furnace, and the heat released can in particular be used to heat the air of the hot air blower 3.
  • the dense fraction is discarded, and sent to the treatment of household waste or to recycling according to its content.
  • the dried herbaceous portion of the organic material is then sent via the outlet 51 to a second dryer conveyor 1B arranged downstream of the density separator 5 and preferably of the same structure as the dryer-conveyor 1A.
  • the dryer conveyor 1B is configured to perform a second drying step 205 applied to the dried herbaceous portion and only to the latter until this herbaceous portion has a dry mass portion of between 85 to 95%, typically 90%. .
  • Drying by blowing hot air also makes it possible to hygienize the organic matter.
  • hygienization is meant here pasteurization or partial sterilization, reducing the rate of pathogens in acceptable proportions. This hygienization, although not eliminating all or almost all of the pathogens, is enough to make the organic matter unlikely to contaminate a human during its handling.
  • Heat treatment by blowing air at 60 to 80 ° C. for several tens of minutes makes it possible in particular to destroy most of the parasites such as nematodes, and greatly reduces the number of bacteria present.
  • Downstream of the second conveyor-dryer 1B is disposed a mechanical crusher 7 configured to perform a grinding step 207 of the dried herbaceous portion resulting from the second drying step 205 into particles of size less than 20mm, preferably between 5 and 15mm, for mechanical bursting of lignin protection of cell walls.
  • the mechanical crusher 7 is in particular a hammer mill 7, which chops and shears the dried herbaceous portion of the organic material into pieces and strands.
  • the lignin of the cell walls thus broken up makes the portion of organic matter effectively digested (cellulose, sugars, starch, etc.) more accessible to the microorganisms used during methanization.
  • organic matter effectively digested (cellulose, sugars, starch, etc.) more accessible to the microorganisms used during methanization.
  • the production of gas will be faster and with a better yield for the same quantity of organic matter.
  • This mechanical splitting of the fibers does not require the addition of substances (acid, enzymes, etc.), and no standing time. The treatment of organic matter is therefore quick and potentially less expensive.
  • the total methanization of the material can then be carried out in 25-35 days against 75 days without the conditioning of the process 200 of the invention.
  • An anaerobic digestion plant can thus potentially triple its yield with the organic matter conditioned according to this process 200.
  • the installation of FIG. 1 further comprises a pellet press 9 arranged downstream of the mechanical crusher 7.
  • the pellet press 9 presses the dried and crushed herbaceous portion into agglomerated pellets, in a manner analogous to the pressing of wood pellets from of sawdust during a pressing step 209.
  • Such a pellet press 9 comprises, for example, a die such as a worm screw, and a perforated grid.
  • the endless screw guides and compresses organic matter against the perforated grid, and the compressed organic material then exits through the perforations of the grid in the form of threads or strands which, after breaking due to their own weight or by cutting, give the granules.
  • the grid in particular by its perforations, makes it possible to select the size and shape of the granules.
  • the granules are typically tubular, with a circular section with a diameter of between 4 and 12mm, generally around 6 to 8mm. Their average length is then of the order of 5 to 15mm, with fibers of a length less than 10mm.
  • the pressing 209 of the herbaceous portion dried and crushed into granules makes it possible on the one hand to obtain solid, compact and easy to handle granules, and on the other hand contributes to the mechanical splitting of the fibers, but to a lesser extent than grinding 207. Pressing 209 also causes a sudden rise in pressure and temperature, helping to eliminate potential pathogens (eggs, cysts, spores).
  • the granules leaving the pellet press 9 are then heated during a step 211 by a heater or oven 11, to a temperature above 100 ° C, in particular between 105 and 120 ° C or more, for 5 to 25 minutes in order to sterilize them by heat treatment.
  • the temperature and duration of sterilization may vary depending on the type of pathogens to be eliminated (virus, bacteria, amoeba, prions, etc.). Prions, for example, require temperatures of 130-140 ° C for their removal.
  • the granules thus obtained can be handled without anti-pathogenic precautions, they have a weak odor and their dosage is easy.
  • the granules are also light because they are dried and compact because they are compressed. They can therefore be transported efficiently, and stored for extended periods of time due to their sterility and / or their dehydrated nature.
  • the simple addition of water, as well as possible ferments makes it possible to quickly obtain a significant gas production with a high yield. Due to the mechanical shattering of the fibers and the lignin, the methanogenic phase, that where methane is produced in exploitable quantities, is reached more quickly.
  • the granules obtained can also be used in addition to organic matter not treated in a conventional methanizer.
  • the reactor simultaneously receives conventional organic matter and granules, an improvement in the reaction rate is observed, due to faster lysis of lignin and faster access to digestible organic matter, which accelerates the development of microorganisms and therefore the production of methane.
  • the granules obtained by agglomeration of particles of organic matter are less than 10mm in size, and contain at least 80%, preferably at least 90% of herbaceous plants, in particular of the gramineae or poaceae family and with a dry mass of 85% at 95%.
  • the granules When the organic matter is at least partially composed of mulched manure, the granules contain 0.5 to 3% residual fecal matter. This residual fecal matter forms a binder between the particles during pressing which improves the cohesion of the granules.
  • the process 200 can be automated and implemented continuously by connecting together or by means of conveyors the inputs and outputs of the various machines (separator 5, crusher 7, press 9, etc.) in the installation 100.
  • the process 200 and the associated installation 100 make it possible to obtain, with an energy expenditure of approximately 0.2 MWh per tonne of material, a product making it possible to generate, by anaerobic digestion and combustion, approximately 2 to 3MWh per tonne of methanised material, i.e. a factor of at least 10. Furthermore, the process 200 as a whole can be carried out with a duration of a few hours between the arrival of the organic material and the end of the last sterilization step.
  • the drying and separation steps make it possible to extract from organic matter waste containing a majority of herbaceous plants a concentrate of methanisable organic matter (the dried herbaceous portion).
  • the grinding step makes the methanisable organic material of the dried herbaceous portion more easily accessible to microorganisms in a digester of a methanizer.

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées pour l'élaboration de matière première pour une unité de méthanisation. Le procédé comporte les étapes suivantes: - une première étape de séchage (201), - une étape de séparation (203), - une deuxième étape de séchage (205), - une étape de broyage (207), - une étape de pressage (209).

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et installation de génération de matière première pour des installations de méthanisation à partir de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées La présente invention concerne un procédé et une installation de traitement de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées, par exemple du fumier animal ou des tontes le long d’infrastructures de transports (autoroutes, routes, voies ferrées, canaux, rivières, fleuves), dans le cadre d'une revalorisation par méthanisation. Ces déchets organiques contiennent par exemple beaucoup de végétaux de type des poacées et graminées.
Les procédés de méthanisation reposent en particulier sur une digestion anaérobie par des microorganismes pour créer du méthane à partir de matière organique.
Le méthane peut alors être utilisé comme source d'énergie ou être injecté dans un réseau de gaz domestique. On connaît du document EP2 167631 une installation et un procédé de production de biogaz à partir de matière premières ligneuses.
Le biogaz, ou méthane de fermentation, est une manière de revaloriser les déchets organiques contenant des matières végétales fibreuses, riches en lignine, tels que le fumier animal, en particulier le fumier équin ou les chutes de tontes, par exemple issues de tontes le long d'une autoroute. En effet, les centres équestres et fermes produisent du fumier animal qui peut être utilisé pour l'élaboration de biogaz, et les chutes de végétaux fibreux sont aussi potentiellement intéressantes à cette fin.
Par fumier on entend ici un mélange de déjections animales et d'une litière organique, telle que de la paille. L'élaboration de biogaz repose sur la digestion anaérobie de la biomasse composant l'essentiel du fumier par des microorganismes. Ces microorganismes sont spontanément présents dans le fumier et les déchets. Ils libèrent en particulier du méthane et du dioxyde de carbone à partir de molécules organiques.
La méthanisation est effectuée dans des installations de méthanisation, qui sont généralement de taille importante. Ces centres de méthanisation sont les lieux où le biogaz est généré et utilisé pour générer par exemple de l'énergie électrique ou de la chaleur, ou bien pour être injecté dans un réseau de gaz. Leur localisation est indépendante et potentiellement éloignée de celle des centres équestres, haras et fermes où les animaux produisent le fumier et des lieux où les tontes et tailles ont lieu et leurs déchets sont collectés.
Généralement, les installations de méthanisation sont directement alimentées par des déchets végétaux et introduit dans un digesteur.
Toutefois, les inventeurs de la présente invention ont pu constater que cette façon traditionnelle de méthanisation présente un rendement qui peut être largement amélioré.
De plus, le fumier et les déchets végétaux sont continuellement sujets à la fermentation par digestion aérobie, et le méthane produit pendant leur stockage et leur transport et donc avant d’être introduit dans le digesteur est potentiellement perdu. De plus ce méthane perdu peut aussi poser des problèmes écologiques en termes de réchauffement climatique étant donné que l’effet de serre dû au méthane est quatre fois plus important que celui du dioxyde de carbone.
En outre, l'acheminement des matières à l'état brut est coûteux en ressources du fait d'un poids important du fumier et des déchets dû notamment à l'importance de leur portion aqueuse. En effet, l'eau présente dans le fumier ne contribue pas à la méthanisation, tandis qu'elle représente un poids important. En effet, si on transporte du fumier animal sur de longues distances, on transporte essentiellement de l’eau. Vue le poids de l’eau dans le fumier animal, le nombre de camions nécessaires pour le transport du fumier est élevé et contribue aussi à un effet climatique négatif.
Il existe donc un besoin d'un procédé de génération d’une matière première pour méthanisation qui soit plus efficace lors de la méthanisation, stable et aisément transportable.
Afin de surmonter au moins partiellement les problèmes précédemment mentionnés, l'invention a pour objet un procédé de traitement de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées, notamment de la famille des graminées ou poacées, de préférence d’au moins 60% comme par exemple du fumier animal et plus spécifiquement du fumier équin pour l'élaboration de matière première pour une unité de méthanisation, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
- une première étape de séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées par soufflage d'air chaud notamment à une température allant de 60 à 120°C jusqu'à atteindre une portion de masse sèche comprise entre 60% et 80%,
- une étape de séparation dans un séparateur par densité pour extraire de la matière organique séchée une portion herbacée séchée,
- une deuxième étape de séchage appliquée à la portion herbacée séchée jusqu’à ce que celle-ci possède une portion de masse sèche comprise entre 85% à 95%, - une étape de broyage de la portion herbacée séchée issue de la deuxième étape de séchage dans un broyeur mécanique en particules de taille inférieure à 20mm, de préférence entre 5 et 15mm, pour éclatement mécanique de la protection de lignine des parois cellulaires,
- une étape de pressage de la portion herbacée séchée et broyée en granulés dans une presse à granulés.
Le procédé permet ainsi d'obtenir une matière première sèche dont la manipulation est aisée, et qui présente en outre une odeur très faible voire imperceptible. Le séchage permet d’enlever la partie aqueuse des déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées, ce qui allège dans des proportions très importante le poids. Le séchage permet de plus d’interrompre la digestion aérobie et la libération intempestive de méthane.
La première étape de séchage avant l’étape de séparation permet d'augmenter la différence de densité entre la matière organique et d'éventuels éléments à écarter tels que des déchets, en particulier dans le cas de fumier animal, et plus spécifiquement du fumier équin.
Le broyage de la portion herbacée séchée après séparation éclate de façon mécanique la protection de lignine des parois cellulaires. La lignine étant une protection hydrophobe des cellules, sa destruction permet, lorsque les granulés ainsi traités sont introduits dans un digesteur d’un méthaniseur que l’eau et les bactéries anaérobiques puissent plus facilement accéder à la partie cellulosique pour la transformation en méthane. Ainsi la méthanisation par tonne de matière ajoutée dans le digesteur est améliorée ainsi que le rendement et la cinétique de méthanisation.
La matière conditionnée en granulés et séchée peut notamment aisément être stockée de façon prolongée, et transportée ensuite au centre de méthanisation, où elle est mélangée à de l'eau, de sorte que la digestion anaérobie peut reprendre pour compléter la méthanisation de la matière.
Enfin, les granulés ne contiennent quasiment que de la matière « méthanisable » étant donné que les plantes herbacées ne contiennent que très peu de lignine, notamment pour la protection des parois cellulaires. Le procédé peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Les première et deuxième étapes de séchage sont par exemple réalisées au cours du transport de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées vers respectivement le séparateur par densité et vers le broyeur mécanique. Le transport et le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées sont alors combinés ce qui permet un traitement quasiment en continu.
Les étapes de séchage sont notamment réalisées par un convoyeur à lattes à mouvement de va-et-vient comprenant un plancher de transport avec des lattes mobile d’entrainement munies d’ouvertures de soufflage d'air chaud pour le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées lors du transport.
Le broyeur mécanique est notamment un broyeur à marteaux, mais un broyeur à lames, un broyeur à cylindre, un broyeur à chaîne, ou un broyeur à ciseaux sont également envisageables.
Le procédé peut comporter une étape finale de chauffage des granulés à une température supérieure à 100°C pendant au moins 30mn pour leur stérilisation thermique.
La stérilisation plus complète permet d'obtenir des granulés manipulables sans précautions anti pathogènes. L’invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'elle comporte :
- un premier convoyeur-sécheur configuré pour réaliser une première étape de séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées par soufflage d'air chaud notamment à une température allant de 60 à 120°C jusqu'à atteindre une portion de masse sèche comprise entre 60% et 80%,
- un séparateur par densité disposé en aval du premier convoyeur-sécheur et configuré pour réaliser une étape de séparation afin d’extraire de la matière organique séchée une portion herbacée séchée, - un deuxième convoyeur-sécheur disposé en aval du séparateur par densité et configuré pour réaliser une deuxième étape de séchage appliquée à la portion herbacée séchée jusqu'à ce que celle-ci possède une portion de masse sèche comprise entre 85 à 95%,
- un broyeur mécanique disposé en aval du deuxième convoyeur sécheur et configuré pour réaliser une étape de broyage de la portion herbacée séchée issue de la deuxième étape de séchage en particules de taille inférieure à 20mm, de préférence entre 5 et 15mm, pour éclatement mécanique de la protection de lignine des parois cellulaires,
- une presse à granulés disposée en aval du broyeur mécanique et configurée pour réaliser une étape de pressage de la portion herbacée séchée et broyée en granulés.
Les premier et deuxième convoyeur-sécheurs sont par exemple des convoyeurs à lattes à mouvement de va-et-vient comprenant un plancher de transport avec des lattes mobiles d’entrainement munies d’ouvertures de soufflage d'air chaud pour le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées lors du transport.
L’installation peut comporter un chauffage ou four disposé en aval de la presse à granulés et configuré pour réaliser une étape de stérilisation thermique des granulés issus de la presse à granulés.
L’invention concerne également des granulés obtenus par agglomération de particules de matière organique de taille inférieure à 10mm, la matière organique contenant au moins 80%, de préférence au moins 90% de plantes herbacées, notamment de la famille des graminées ou poacées et avec une masse sèche de 85% à 95%.
La matière organique de ces granulés est composée au moins partiellement de fumier paillé, et dans ce cas les granulés comportent entre 0,5 et 3% de matière fécale résiduelle formant un liant entre les particules des granulés.
L’invention peut également concerner de façon indépendante un convoyeur à lattes à mouvement de va-et-vient comprenant un plancher de transport à lattes mobiles et munies d’ouvertures de soufflage d'air chaud pour le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées lors du transport.
Ces ouvertures 10 sont par exemple régulièrement réparties avec un espacement de 5 à 15cm, typiquement 10cm entre deux ouvertures 10.
Selon un aspect les ouvertures sont reliées via un caisson de surpression disposé sous les lattes mobiles à un souffleur d'air chaud pour injecter de l’air chaud par en dessous dans les déchets de matière organique.
Les ouvertures sont par exemple réalisées sous forme de buses, notamment convergentes, de diffusion d’air chaud.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
[Fig.1 ] montre schématiquement une installation de traitement pour la mise en œuvre du procédé,
[Fig.2] est une vue en coupe schématique d'une latte du convoyeur de la figure 1 , et
[Fig.3] est un organigramme linéaire du procédé associé à l'installation de la figure 1.
Les réalisations décrites en faisant référence aux figures sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres modes de réalisation. Par « amont » ou « aval », on situe les éléments / équipements dans le sens de transport du flux de matière à traiter. Ainsi, un premier équipement ou élément est situé en amont d’un deuxième équipement ou élément si la matière est d’abord traitée par le premier puis le second équipement.
Par portion herbacée séchée, on entend la partie des déchets organiques dépourvue de portions compactes comme par exemple de crottin animal et d’autres corps étrangers comme par exemple de déchets métalliques (des canettes ou des fers à cheval). Il s’agit de la portion légère séchée formée de particules / brins végétaux dont le poids est inférieur à 2g.
Par taille de particules, on entend la taille selon la plus grande extension, par exemple la longueur d’un brin de paille.
La figure 1 est une vue schématique d'une installation de traitement 100 de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées, notamment de la famille des graminées ou poacées, de préférence d’au moins 60% comme par exemple du fumier animal et plus spécifiquement du fumier équin pour l'élaboration de matière première pour une unité de méthanisation ou encore des tontes le long d’infrastructures de transport (autoroutes, routes, rails, voies fluviales). Il peut aussi s’agir de déchets de cannes de maïs, bagasse et tiges de canne à sucre ou simplement de la paille ou du foin déclassés.
Ces déchets organiques sont riches en hémicellulose et/ou cellulose et pauvre en lignine, mais les polymères de lignine rendent la paroi cellulaire rigide et imperméable. En formant des liaisons à la fois avec la cellulose et les hémicelluloses, la lignine crée une barrière à toutes les solutions ou enzymes, et empêche la pénétration des enzymes lignocellulosiques au sein de la structure lignocellulosique, ce qui ralentit fortement la méthanisation dans un digesteur si on ajoute la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées directement dans un digesteur de méthanisation. En effet, il faut que les bactéries ou des champignons présents dans le digesteur puissent se frayer un chemin à travers cette barrière avant de pouvoir efficacement transformer la matière cellulosique en méthane. La lignine même en faible quantité dans les plantes herbacées agit comme une gaine protectrice ralentissant l'accès des microorganismes au cœur des fibres et à la matière organique que la lignine entoure (cellulose, sucres complexes, amidon etc.). La méthanisation complète d'une matière telle que de la paille ou des chutes de tontes peut prendre, sans le procédé de l'invention, jusqu’à 75 jours et plus.
L'installation de traitement 100 peut par exemple être installée, indépendamment des centres de méthanisation. Le procédé de traitement 200 mis en œuvre dans l'installation 100 de la figure 1 est représenté en figure 3 sous forme d'organigramme reprenant les étapes majeures dudit procédé 200.
Lors d’une étape préalable 201 du procédé 200, les déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées sont reçus et mis sur un premier convoyeur-sécheur 1A.
Puis, lors d’une première étape de séchage 201 , la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées par soufflage d'air chaud est chauffée et séchée notamment à une température allant de 60 à 120°C jusqu'à atteindre une portion de masse sèche comprise entre 60% et 80%. Cette première étape de séchage est réalisée par le convoyeur sécheur 1 A. Ainsi, le transport vers une prochaine station de traitement et le séchage peuvent être combinés.
Le convoyeur-sécheur 1A peut être un convoyeur à lattes en mouvement, notamment de la marque KEITH (marque déposée), qui est adapté pour la présente invention pour permettre à la fois le convoyage et le séchage.
Le principe général de ces convoyeurs à lattes est décrit dans le brevet EP 1 481 925 intitulé "convoyeur à lattes à mouvement de va-et-vient à grand rendement" au nom de KEITH INVESTMENTS LLC ou dans le document US5310044. Selon le principe général, un tel convoyeur comporte un plancher formé de lattes mobiles 2 entraînées par un mécanisme d’entrainement selon un mouvement de va et vient parallèle à la direction de transport. En fonctionnement, les déchets de matière organique sont déchargés à une extrémité sur les lattes mobiles d’entraînement. Selon une phase de transport, toutes les lattes mobiles 2 sont entraînées ensembles dans la direction de transport indiqué par une flèche pointillée sur la figure 1. Lors de cette phase de transport, les déchets avancent d’une distance correspondant à la course de déplacement des lattes mobiles d’entrainement 2. Puis, lors d’une phase de retrait, les lattes mobiles d’entrainement 2 glissent en direction inverse progressivement de façon décalée dans le temps en plusieurs groupes. Par exemple d’abord un premier tiers des lattes mobiles 2, puis un deuxième tiers et enfin un troisième tiers en laissant à chaque fois deux lattes 2 immobile entre deux lattes 2 qui reculent jusqu’à ce que toutes les lattes mobiles d’entrainement 2 se retrouvent à nouveau la position de départ de la phase de transport. Du fait du poids de la matière organique et des phénomènes de friction, lors de la phase de retrait, la matière organique reste immobile.
A la différence du convoyeur à lattes à mouvement de va-et-vient décrit dans l’état de la technique, le convoyeur-sécheur 1 A comprend un plancher de transport avec des lattes mobiles d’entrainement 2 munies d’ouvertures 10 de soufflage d'air chaud pour le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées lors du transport.
Ainsi, les lattes 2 mobiles du convoyeur à lattes, sont pourvues d’ouvertures 10, non décrites dans EP 1 481 925, par exemple sous forme de buses de diffusion d’air chaud. Ces ouvertures 10 sont par exemple régulièrement réparties avec un espacement de 5 à 15cm, typiquement 10cm entre deux ouvertures 10.
Comme on peut le voir sur la figure 2 qui est une vue en coupe d'une latte 2 avec une portion du convoyeur 1 dans un mode de réalisation particulier, les ouvertures 10 sont reliées via un caisson 21 de surpression à un souffleur d'air chaud 3, produisant un flux d'air chauffé à au moins 60°C, préférentiellement de 60 à 120°C, ici en particulier de 60 à 80°C. Le flux d'air est injecté par les ouvertures 10 pour pénétrer dans les déchets de matière organique par le bas. Les déchets de matière organique sont ainsi séchés pendant le transport. Le débit d'air chauffé et la vitesse de convoyage peuvent être ajustés de sorte à ce que la matière organique en sortie du convoyeur-sécheur 1 présente une fraction de matière sèche supérieure à 60 à 80%, en particulier 70%.
Selon un autre mode de réalisation du convoyeur-sécheur 1, les ouvertures 10 peuvent être formées par les fentes entre deux lattes 2 adjacentes.
Dans le cas où les déchets organiques sont du fumier paillé animal, en particulier du fumier équin, l’avantage du convoyeur à lattes à mouvement de va-et-vient réside dans le fait que lors du transport, les boulettes de crottins sont séchées sur l’extérieur sans être désagrégées, ce qui facilite la séparation par densité par la suite.
En variante non représentée, le convoyeur-sécheur 1A peut comprendre un tunnel de séchage à tambour rotatif dans lequel par des pâles d’entraînement, les déchets de matière organique sont transportés et brassés à contrecourant d’un flux d’air chaud.
D'autres types de convoyeurs sont aussi utilisables, par exemple un convoyeur à bacs mobiles, un tapis roulant etc. Le séchage et le transport de la matière organique peuvent en alternative se faire dans deux machines séparées, avec un four ou séchoir et un convoyeur séparés. La solution proposée en figure 1 permet toutefois de combiner les étapes de transport et de séchage.
Cette première étape de séchage 201 permet de préparer les déchets organiques à une séparation par densité. En particulier, les parties herbacées, car légères, sèchent plus facilement et plus rapidement de sorte leur densité diminue davantage que les autres fractions comme par exemple des boulettes de crottins qui ne sèchent qu’en surface et gardent l’essentiel de la partie aqueuse.
Le séchage partiel est donc surtout effectué en séchant la matière formant la fraction légère. L'humidité restante se concentrera donc majoritairement dans des boulettes de crottin et copeaux plus épais formant la fraction moyenne.
En aval du convoyeur sécheur 1A est donc disposé un séparateur par densité 5. Le séparateur 5 est configuré pour réaliser une étape de séparation par différence de densité 203 afin d’extraire de la matière organique séchée une portion herbacée séchée. Quand les déchets organiques sont par exemple du fumier animal, cette portion herbacée séchée comprend essentiellement des brins de paille, des fibres et des tiges, avec un grand rapport surface/volume. La partie plus lourde est généralement formée par les crottins des chevaux.
Le séparateur par densité 5 permet donc de diviser les déchets organiques séchés en plusieurs fractions de densité différente, par centrifugation, gravité ou entraînement par flux d'air. Le séparateur par densité 5 présente plusieurs sorties 51 , 53, 55, pour respectivement une fraction légère (portion herbacée), moyenne (par exemple crottins d’animaux) ou dense (par exemple résidus métalliques) des déchets de matière organique.
En particulier, le séparateur par densité 5 sépare du reste de la matière organique une fraction ou portion herbacée séchée (paille, gazon coupé, feuilles etc.). Le séparateur 5 sépare aussi le reste de la matière en une fraction moyenne, contenant par exemple le crottin partiellement séché et éventuels copeaux de bois, et une fraction dense, contenant alors principalement des déchets métalliques, plastiques ou autres.
Le séparateur par densité 5 peut en outre comporter un aimant bande, la matière organique passant à proximité dudit aimant à bandes pour en extraire d'éventuelles dernières particules métalliques.
La fraction moyenne peut être brûlée dans un fourneau, et la chaleur dégagée peut notamment servir à chauffer l'air du souffleur d'air chaud 3. La fraction dense est écartée, et envoyée au traitement de déchets ménagers ou au recyclage selon son contenu.
La portion herbacée séchée de la matière organique est alors envoyée via la sortie 51 sur un deuxième convoyeur sécheur 1 B disposé en aval du séparateur par densité 5 et de préférence de même structure que le convoyeur-sécheur 1A. Le convoyeur sécheur 1 B est configuré pour réaliser une deuxième étape de séchage 205 appliquée à la portion herbacée séchée et seulement à celle-ci jusqu'à ce que cette portion herbacée possède une portion de masse sèche comprise entre 85 à 95% typiquement 90%.
Le séchage par soufflage d'air chaud permet en outre d'hygiéniser la matière organique. Par hygiénisation on entend ici une pasteurisation ou stérilisation partielle, réduisant le taux de pathogènes dans des proportions acceptables. Cette hygiénisation, bien que n'éliminant pas la totalité ou quasi-totalité des pathogènes, suffit à rendre la matière organique peu susceptible de contaminer un humain lors de sa manipulation.
Le traitement thermique par soufflage d'air à 60 à 80°C pendant plusieurs dizaines de minutes permet notamment de détruire la plupart des parasites tels que les nématodes, et réduit fortement le nombre de bactéries présentes. En aval du deuxième convoyeur-sécheur 1B est disposé un broyeur mécanique 7 configuré pour réaliser une étape de broyage 207 de la portion herbacée séchée issue de la deuxième étape de séchage 205 en particules de taille inférieure à 20mm, de préférence entre 5 et 15mm, pour un éclatement mécanique de la protection de lignine des parois cellulaires.
Le broyeur mécanique 7 est en particulier un broyeur à marteaux 7, qui hache et cisaille la portion herbacée séchée de la matière organique en morceaux et brins.
D'autres broyeurs mécaniques peuvent être utilisés : broyeurs à lames, broyeurs à cylindre, broyeurs à chaînes, broyeurs à ciseaux etc. En particulier, selon la taille des particules de la matière organique, plusieurs broyeurs de types différents peuvent être utilisés successivement. Les broyeurs à marteaux, du fait d'un éclatement par compression plus important, produisent une matière de qualité meilleure que d'autres broyeurs à taille de copeaux égale.
La lignine des parois cellulaires ainsi éclatées rend la portion de matière organique effectivement digérée (cellulose, sucres, amidon etc.) plus accessible aux microorganismes utilisés lors de la méthanisation. Lors de la méthanisation de la matière ainsi traitée, la production de gaz sera plus rapide et avec un meilleur rendement pour une même quantité de matière organique. Cet éclatement mécanique des fibres ne nécessite pas d'ajout de substances (acide, enzymes etc.), et aucun temps de repos. Le traitement de la matière organique est donc rapide et potentiellement moins coûteux.
La méthanisation totale de la matière peut alors être effectuée en 25-35 jours contre 75 jours sans le conditionnement du procédé 200 de l'invention. Une installation de méthanisation peut ainsi potentiellement tripler son rendement avec la matière organique conditionnée selon ce procédé 200.
L'installation de la figure 1 comporte en outre une presse à granulés 9 disposée en aval du broyeur mécanique 7. La presse à granulés 9 presse la portion herbacée séchée et broyée en granulés agglomérés, de façon analogue au pressage de granulés de bois à partir de sciure lors d'une étape de pressage 209.
Une telle presse à granulés 9 comporte par exemple une filière comme une vis sans fin, et une grille perforée. La vis sans fin guide et compresse la matière organique contre la grille perforée, et la matière organique compressée sort alors par les perforations de la grille sous forme de fils ou boudins qui, après cassure du fait de leur propre poids ou par découpe donnent les granulés.
La grille, notamment par ses perforations, permet de sélectionner la taille et la forme des granulés. Les granulés sont typiquement tubulaires, avec une section circulaire d'un diamètre compris entre 4 et 12mm, généralement autour de 6 à 8mm. Leur longueur moyenne est alors de l'ordre de 5 à 15mm, avec des fibres d'une longueur inférieure à 10mm.
Le pressage 209 de la portion herbacée séchée et broyée en granulés permet d'une part d'obtenir des granulés solides, compacts et faciles à manipuler, et d'autre part contribue à l'éclatement mécanique des fibres, mais de façon moins importante que le broyage 207. Le pressage 209 cause aussi une montée brusque en pression et en température contribuant à éliminer des pathogènes potentiels (œufs, cystes, spores).
De façon facultative, les granulés sortant de la presse à granulés 9 sont alors chauffés lors d'une étape 211 par un chauffage ou four 11 , à une température supérieure à 100°C, en particulier comprise entre 105 et 120°C ou plus, pendant 5 à 25 minutes afin de les stériliser par traitement thermique. La température et la durée de stérilisation peuvent varier selon le type de pathogènes à éliminer (virus, bactéries, amibes, prions etc.). Des prions, par exemple, nécessitent des températures de 130 à 140°C pour leur élimination.
Il existe notamment des protocoles de durée et de températures spécifiques selon la nature des pathogènes suspectés d'être présents.
Les granulés ainsi obtenus peuvent être manipulés sans précautions anti pathogènes, ils présentent une odeur faible et leur dosage est aisé. Les granulés sont en outre légers car séchés et compacts car compressés. Ils peuvent donc être transportés efficacement, et stockés pour des durées prolongées du fait de leur stérilité et/ou de leur caractère déshydraté. La simple addition d'eau, ainsi que d'éventuels ferments, permet d'obtenir rapidement une production de gaz importante avec un rendement élevé. Du fait de l'éclatement mécanique des fibres et de la lignine, la phase méthanogène, celle où du méthane est produit en quantités exploitables, est plus rapidement atteinte.
Les granulés obtenus peuvent également être utilisés en complément de matière organique non traitée dans un méthaniseur classique. Lorsque le réacteur reçoit simultanément de la matière organique classique et des granulés, une amélioration de la vitesse de réaction est observée, du fait d'une lyse plus rapide de la lignine et d'un accès plus rapide à de la matière organique digestible, qui permet d'accélérer le développement des microorganismes et donc la production de méthane. Les granulés obtenus par agglomération de particules de matière organique sont de taille inférieure à 10mm, et contiennent au moins 80%, de préférence au moins 90% de plantes herbacées, notamment de la famille des graminées ou poacées et avec une masse sèche de 85% à 95%.
Lorsque la matière organique est composée au moins partiellement de fumier paillé, les granulés comportent de 0,5 à 3% de matière fécale résiduelle. Cette matière fécale résiduelle forme un liant entre les particules lors du pressage qui améliore la cohésion des granulés.
Le procédé 200 peut être automatisé et mis en place en continu en reliant entre elles ou au moyen de convoyeurs les entrées et sorties des différentes machines (séparateur 5, broyeur 7, presse 9, etc.) dans l'installation 100.
Le procédé 200 et l'installation 100 associée permettent d'obtenir, avec une dépense énergétique d'environ 0,2MWh par tonne de matière un produit permettant de générer, par méthanisation et combustion, environ 2 à 3MWh par tonne de matière méthanisée, soit un facteur d'au moins 10. En outre, le procédé 200 dans son ensemble peut être réalisé avec une durée de quelques heures entre l'arrivée de la matière organique et la fin de la dernière étape de stérilisation.
En résumé, les étapes de séchage et de séparation permettent d’extraire des déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées un concentré de matière organique méthanisable (la portion herbacée séchée). L’étape de broyage rend la matière organique méthanisable de la portion herbacée séchée plus facilement accessible au microorganismes dans un digesteur d’un méthaniseur.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de traitement de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées, notamment de la famille des graminées ou poacées, de préférence d’au moins 60% comme par exemple du fumier animal et plus spécifiquement du fumier équin pour l'élaboration de matière première pour une unité de méthanisation, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
- une première étape de séchage (201) de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées par soufflage d'air chaud notamment à une température allant de 60 à 120°C jusqu'à atteindre une portion de masse sèche comprise entre 60% et 80%,
- une étape de séparation (203) dans un séparateur par densité (5) pour extraire de la matière organique séchée une portion herbacée séchée,
- une deuxième étape de séchage (205) appliquée à la portion herbacée séchée jusqu’à ce que celle-ci possède une portion de masse sèche comprise entre 85% à 95%,
- une étape de broyage (207) de la portion herbacée séchée issue de la deuxième étape de séchage dans un broyeur mécanique (7) en particules de taille inférieure à 20mm, de préférence entre 5 et 15mm, pour éclatement mécanique de la protection de lignine des parois cellulaires,
- une étape de pressage (209) de la portion herbacée séchée et broyée en granulés dans une presse à granulés (9).
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les première et deuxième étapes de séchage (201 , 205) sont réalisées au cours du transport de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées vers respectivement le séparateur par densité (5) et vers le broyeur mécanique (7).
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les étapes de séchage (201 , 205) sont réalisées par un convoyeur (1 A, 1 B) à lattes comprenant un plancher de transport avec des lattes mobiles d’entrainement (2) munies d’ouvertures (10) de soufflage d'air chaud pour le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées lors du transport.
[Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le broyeur mécanique est un broyeur à marteaux (9).
[Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape finale de chauffage des granulés à une température supérieure à 100°C pendant au moins 30mn pour leur stérilisation thermique (211 ).
[Revendication 6] Installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte : - un premier convoyeur-sécheur (1A) configuré pour réaliser une première étape de séchage (201) de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées par soufflage d'air chaud notamment à une température allant de 60 à 120°C jusqu'à atteindre une portion de masse sèche comprise entre 60% et 80%, - un séparateur par densité (5) disposé en aval du premier convoyeur-sécheur
(1 A) et configuré pour réaliser une étape de séparation (203) afin d’extraire de la matière organique séchée une portion herbacée séchée,
- un deuxième convoyeur-sécheur (1 B) disposé en aval du séparateur par densité (5) et configuré pour réaliser une deuxième étape de séchage (205) appliquée à la portion herbacée séchée jusqu'à ce que celle-ci possède une portion de masse sèche comprise entre 85 à 95%,
- un broyeur mécanique (7) disposé en aval du deuxième convoyeur sécheur (1B) et configuré pour réaliser une étape de broyage (207) de la portion herbacée séchée issue de la deuxième étape de séchage en particules de taille inférieure à 20mm, de préférence entre 5 et 15mm, pour éclatement mécanique de la protection de lignine des parois cellulaires,
- une presse à granulés (9) disposé en aval du broyeur mécanique (7) et configurée pour réaliser une étape de pressage (209) de la portion herbacée séchée et broyée en granulés.
[Revendication 7] Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les premier et deuxième convoyeur-sécheurs (1 A, 1 B) sont des convoyeurs à lattes à mouvement de va-et-vient comprenant un plancher de transport avec des lattes mobiles d’entrainement (2) munies d’ouvertures (10) de soufflage d'air chaud pour le séchage de la matière organique contenant une majorité de plantes herbacées lors du transport.
[Revendication 8] Installation selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un chauffage ou four (11) disposé en aval de la presse à granulés (9) et configuré pour réaliser une étape de stérilisation thermique des granulés issus de la presse à granulés (9).
[Revendication 9] Granulés obtenus à partir de fumier animal par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 de sorte qu’à l’issue du procédé, les granulés comportent une agglomération de particules de matière organique de taille inférieure à 10mm, la matière organique contenant au moins 80%, de préférence au moins 90% de plantes herbacées, notamment de la famille des graminées ou poacées et avec une masse sèche de 85% à 95%, et en ce que les granulés comportent entre 0,5 et 3% de matière fécale résiduelle formant un liant entre les particules des granulés.
EP20807297.5A 2019-11-07 2020-11-06 Procédé et installation de génération de matière première pour des installations de méthanisation à partir de déchets de matière organique contenant une majorité de plantes herbacées Pending EP4055137A1 (fr)

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