FR2970883A1 - Installation de valorisation de digestats ameliores - Google Patents

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Abstract

Une installation de valorisation de digestats comprend : - une entrée pour des digestats (2), - un séparateur (10), relié à l'entrée pour des digestats de l'unité d'extraction (4), et agencé pour séparer les digestats vers respectivement une sortie pour des restes sensiblement liquides et une sortie pour des restes sensiblement solides, et - une unité de valorisation (18), comprenant une entrée reliée à la sortie pour des restes sensiblement solides du séparateur (10), et agencée produire de l'acide phosphorique et du gypse vers des sorties respectives.

Description

AKAENO 1.FRD 1 Installation de valorisation de digestats améliorée
L'invention concerne la valorisation des digestats issus des procédés de méthanisation.
Le domaine de la méthanisation a connu des développements importants depuis quelques années, et de nombreux progrès ont été réalisés pour valoriser les digestats qui en sont issus.
Cependant, ces procédés et les installations qui leur sont associées nécessitent des quantités importantes de matières premières et sont peu modulables. Cela les rend peu efficaces et peu 10 utiles dans la pratique.
L'invention vient améliorer la situation.
À cet effet, la Demanderesse propose une installation de valorisation de digestats, qui 15 comprend : - une entrée pour des digestats, - un séparateur, relié à l'entrée pour des digestats de l'unité d'extraction (4), et agencé pour séparer les digestats vers respectivement une sortie pour des restes sensiblement liquides et une sortie pour des restes sensiblement solides, et 20 - une unité de valorisation, comprenant une entrée reliée à la sortie pour des restes sensiblement solides du séparateur, et agencée produire de l'acide phosphorique et du gypse vers des sorties respectives.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la 25 description qui suit, tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma générique d'une installation de valorisation de digestats selon l'invention, - la figure 2 représente un mode de réalisation d'un élément de la figure 1, 30 - la figure 3 représente un mode de réalisation d'un deuxième élément de la figure 1, - la figure 4 représente un mode de réalisation d'un troisième élément de la figure 1, - la figure 5 représente un mode de réalisation d'un quatrième élément de la figure 1, et - la figure 6 représente un schéma générique d'une autre installation de valorisation de digestats selon l'invention.
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère 5 certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
La figure 1 représente un schéma générique d'une installation de valorisation de digestats selon l'invention. L'installation comprend une entrée 2 pour les digestats qui permet de stocker une quantité choisie de digestats et/ou d'alimenter en continu l'installation.
L'entrée 2 est reliée à une unité d'extraction 4 qui a pour fonction d'extraire l'azote des 15 digestats.
L'unité d'extraction 4 opère selon un procédé appelé "stripping". Ce procédé repose sur une augmentation du pH des digestats reçus de l'entrée 2 afin de transformer les ions ammonium des digestats en ammoniac séparé. Cette extraction de l'azote ammoniacal peut être réalisée selon deux technologies de mise en oeuvre du procédé de "stripping".
La première technologie repose sur une extraction à l'air. Dans ce cas, de l'air est introduit en 25 bas d'une colonne et propulsé vers le haut de cette colonne, tandis que les digestats sont introduits en haut de la colonne. L'air chargé en ammoniac (NH3) gazeux est ensuite extrait en haut de la colonne.
La deuxième technologie repose sur un entraînement à la vapeur d'eau. La configuration est 30 alors sensiblement la même que pour la première technologie, sauf que la vapeur extraite en haut de colonne contient des ions ammonium formant, après condensation, une solution d'ammoniaque (NH4OH). 10 20 La figure 1 représente une installation dans laquelle l'unité d'extraction 4 met en oeuvre la première technologie, c'est-à-dire l'extraction avec de l'air. Dans ce cas, l'installation comprend une première unité de valorisation 6 qui est reliée à la sortie de gaz NH3.
La première unité de valorisation 6 est utilisée pour produire un composant ammoniaqué qui sera décrit plus bas.
Dans le cas où l'extraction est réalisée à la vapeur, l'installation comporte une première unité de valorisation 6 qui est reliée à la sortie de solution d'ammoniaque (NH40H) de l'unité d'extraction 4 et est utilisée pour produire un autre élément ammoniaqué qui sera décrit plus bas. Une installation comprenant ce type d'unité d'extraction et cette première unité de valorisation 6 sera décrite plus en détail avec la figure 6.
L'unité d'extraction 4 présente également une sortie pour des restes de digestats dont l'azote ammoniacal vient d'être retiré. Cette sortie est reliée à l'entrée d'un séparateur 10. Le séparateur 10 vient séparer les restes de digestats vers deux sorties recevant respectivement une phase liquide et une phase solide pour valorisation supplémentaire.
La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'unité d'extraction 4 de la figure 1. Dans 20 ce mode de réalisation, l'unité d'extraction 4 comprend un corps 28 sensiblement cylindrique qui est utilisé pour le procédé de stripping.
Le corps 28 comprend trois entrées : une entrée pour les digestats de l'entrée 2 disposée dans la partie supérieure du 25 corps 28, une entrée pour l'air disposée dans la partie inférieure du corps 28, et une entrée pour la chaux (Ca(OH)2) également disposée dans la partie inférieure du corps 28.
30 La chaux fournit des ions OH- qui servent à l'augmentation du pH des digestats reçus de l'entrée 2. Il faut donc comprendre que toute source d'ions OH-, comme la potasse (KOH) ou la soude (NaOH), ou tout autre élément permettant d'augmenter le pH pourra être utilisée ici.
L'unité d'extraction 4 comprend également un moteur 30 pour entraîner l'air de la partie inférieure vers la partie supérieure du corps 28. Au contact de l'élément basique fourni par la chaux, les ions ammonium présents dans les digestats deviennent de l'ammoniac (NH3) que l'air injecté extrait des digestats. Dans sa partie supérieure, le corps 28 comprend une sortie pour l'air qui a été au contact des digestats. Ainsi, à la sortie de l'unité d'extraction 4, l'air est chargé d'ammoniac.
La première unité de valorisation 6 a pour fonction la production du phosphate diammonique (DAP). La figure 3 représente un exemple de réalisation de la première unité de valorisation 6. Comme on peut le voir sur cette figure, la première unité de valorisation 6 comprend un réacteur 32, un filtre 34, un cristalliseur 36, un centrifugeur 38, un sécheur 40, et un conditionneur 42. 15 Le réacteur 32 comprend deux entrées pour recevoir d'une part le gaz NH3 issu de l'unité d'extraction 4, et d'autre part de l'acide phosphorique (H3PO4). Le gaz NH3 et l'acide phosphorique sont mélangés dans le réacteur 32 dans les conditions stoechiométriques pendant 10 à 30 minutes, à une température de 85°C et sous un pH de 8. Pour cette réaction la 20 concentration en P2O5 est de manière préférentielle comprise entre 30% et 54%.
Ce mélange produit la réaction chimique suivante : 2NH3 + H3PQ4 zHP0 25 Le mélange qui en résulte est une solution de DAP, qui est filtrée dans le filtre 34 pour retirer les impuretés. Cette solution est ensuite refroidie à 30°C dans le cristalliseur 36, ce qui produit des cristaux de DAP. Les cristaux de DAP sont alors centrifugés dans le centrifugeur 38, puis séchés dans le sécheur 40 afin de les déshydrater jusqu'à ce qu'ils présentent une teneur comprise entre 15% et 20%. Enfin, les cristaux de DAP sont 30 transformés en granulés dans le conditionneur 42, et le DAP résultant est stocké en sortie dans un silo 12.
En variante, la première unité de valorisation 6 peut produire la solution de DAP différemment :10 - une première étape durant laquelle l'acide phosphorique et l'ammoniac réagissent dans le réacteur 32 à une température comprise entre 80°C et 95°C pendant une durée comprise entre 10 et 30 minutes sous un pH compris entre 4 et 4,5, - une deuxième étape de filtration dans le filtre 34, - une troisième étape durant laquelle l'acide phosphorique et l'ammoniac réagissent à nouveau dans le réacteur 32 à une température comprise entre 80°C et 95°C pendant une durée comprise entre 10 et 30 minutes sous un pH compris entre 7,5 et 8.
La sortie pour les restes des digestats en phase liquide des restes de digestats du séparateur 10 est reliée à une deuxième unité de valorisation 14 qui sera décrite plus avant avec la figure 4. La deuxième unité de valorisation 14 produit en sortie des engrais à base de potassium et de phosphore conditionnés en granulés et stockés dans un silo 16.
Comme on peut le voir sur la figure 4, la deuxième unité de valorisation 14 comprend un sécheur 44, une chambre de combustion 46, et un conditionneur 48.
Dans le sécheur 44, la phase liquide des restes de digestats REML est mélangée avec des copeaux de bois, et ce mélange est déshydraté. Ensuite, le produit résultant est introduit dans la chambre de combustion 46 afin de brûler la matière organique contenue dans la phase liquide des restes de digestats REML, les copeaux de bois du mélange servant en partie de combustible, jusqu'à les réduire en cendres. Enfin, les cendres sont conditionnées en granulés dans le conditionneur 48.
En variante, il est possible d'utiliser d'autres éléments que des copeaux de bois, comme des matières grasses, des déchets verts, des palettes broyées, ou tout autre élément augmentant le pouvoir calorifique inférieur (PCI).
À la fin de ces traitements, les granulés obtenus forment un engrais riche en phosphore et en potassium. La sortie pour les restes des digestats en phase solide REMS du séparateur 10 est reliée à une troisième unité de valorisation 18. D'une manière générique, la troisième unité de valorisation 18 reçoit les restes de digestats en phase solide REMS et de l'acide30 sulfurique (H2SO4), et produit en sortie de l'acide phosphorique (H3PO4) qui est utilisé par la première unité de valorisation 6, et du gypse (CaSO4.2H20) qui est stocké dans un silo 19.
La figure 5 représente un exemple de réalisation de la troisième unité de valorisation 18. La 5 troisième unité de valorisation 18 comprend un sécheur 50, une chambre de combustion 52 et un réacteur 54 muni d'un moteur 56.
Le sécheur 50 reçoit les restes des digestats en phase solide REMS, et les déshydrate en vue de leur utilisation comme combustible dans la chambre de combustion 52. Les restes des 10 digestats en phase solide REMS déshydratés sont riches en matière organique non dégradée et/ou non biodégradable, ainsi qu'en phosphore. La chambre de combustion 52 les réduit en cendres hautement chargées en sels de phosphate.
Si cela est nécessaire, la chambre de combustion 52 peut être également être alimentée pour la 15 chauffe par des copeaux de bois, des matières grasses, des déchets verts, des palettes broyées, ou tout autre élément augmentant le pouvoir calorifique inférieur (PCI).
Le réacteur 54 comprend une entrée pour de l'acide sulfurique (H2SO4) et une entrée pour les cendres chargées en phosphate de calcium (Ca3(PO4)2). Le moteur 56 mélange l'acide 20 sulfurique et le phosphate de calcium pour produire de l'acide phosphorique selon la réaction chimique suivante : Cc 3 PO4 3H2s04 + 6112 3 Caf`°04.21fz0) ~ 2H3 Le réacteur 54 est également muni d'un système de refroidissement non représenté qui permet 25 de maintenir une température de réaction inférieure à 80°C. L'acide sulfurique est reçu d'une cuve de stockage 58, et entraîné dans le réacteur 54 par un moteur 60.
En sortie du réacteur 54, un moteur 62 entraîne le mélange d'acide phosphorique et de gypse dans un filtre 64 qui sépare au fur et à mesure d'une boucle d'extraction l'acide phosphorique 30 liquide (H3PO4) d'une part et le gypse (CaSO4.2H20) d'autre part.
Afin de donner un ordre d'idée des avantages quantitatifs liés à cette installation, la Demanderesse fournit ci-après les quantités annuelles traitées, utilisées ou produites pour chaque élément. Ainsi, l'installation permet de traiter chaque année 22658 t de digestat, en utilisant 961 t de chaux, 1034 t d'acide sulfurique, et produisant 987 t de solution ammoniaquée, 1091 t de DAP, environ 1000 t d'un engrais binaire PK et 1435 t de gypse ; et ce, grâce à la production de produits intermédiaires comme l'acide phosphorique (688 t) et d'ammoniac (238 t). Cette installation est avantageuse, car elle permet de traiter intégralement les digestats, d'abord en récupérant son contenu azoté, puis en valorisant sa fraction solide et sa fraction liquide.
10 La deuxième unité de valorisation 14 est avantageuse car elle permet de valoriser les digestats sous forme d'engrais minéraux normés, particulièrement sous forme de granulés riches en phosphore et en potassium qui ne nécessitent pas de qualification particulière pour leur mise en vente.
15 La troisième unité de valorisation 18 est avantageuse, car elle permet de produire de l'acide phosphorique, qui est un élément onéreux, et qui peut être utilisé dans la première unité de valorisation pour produire le DAP.
La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'unité 20 d'extraction 4 extrait les ions ammonium des digestats en utilisant de la vapeur au lieu d'utiliser de l'air. Cette installation repose sur un principe assez proche de celle de la figure 1, et les éléments de même fonction sont repris avec des numéros de référence identiques.
Elle présente néanmoins certaines différences, comme l'unité d'extraction 4 et la première 25 unité de valorisation 6, ainsi qu'une branche supplémentaire de valorisation.
L'unité d'extraction 4 change relativement peu en elle-même, mais les produits ammoniaqués produits en aval dans la première unité de valorisation 8 sont différents. En effet, si les restes de digestats sont sensiblement inchangés, la sortie dans la partie supérieure du corps 28 reçoit 30 une solution ammoniaquée (NH4OH) à 30 % et non plus du gaz ammoniac (NH3).
Ce changement de produit en sortie permet d'utiliser la première unité de valorisation 6 pour produire du carbonate d'ammonium. Dans ce cas, l'acide phosphorique issu de la troisième5 unité de valorisation 18 n'est plus utilisé pour produire le DAP, et est stocké à la place dans un réservoir 64.
Pour produire le carbonate d'ammonium, la première unité de valorisation 6 utilise du carbonate de calcium (CaCO3) qu'elle reçoit d'une entrée reliée à un silo 66. La première unité de valorisation 6 fait réagir le carbonate de calcium et la solution ammoniaquée qu'elle reçoit selon la réaction chimique suivante : 2N114 OH + CaCQ3 -> Ca 011)2 + (NH~ 2CO2 Le carbonate de calcium pourra être obtenu à partir de déchets divers. L'excès de solution ammoniaquée qui n'est pas utilisé pour la réaction est stocké dans un réservoir 68 et le carbonate d'ammonium est stocké dans un silo 70.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le gypse produit en sortie de la troisième unité de valorisation 18 est introduit en entrée d'une quatrième unité de valorisation 20 qui représente la première partie de la branche supplémentaire de valorisation.
La quatrième unité de valorisation 20 est dans l'exemple décrit ici un four qui brûle le gypse issu de la troisième unité de valorisation 18 à une température d'environ 1400 °C. Cette réaction de calcination permet de transformer le gypse en chaux selon la réaction chimique suivante : Ca.St? -), CaO + S03 Le trioxyde de soufre (SO3) issu de cette réaction de calcination est dirigé en sortie de la quatrième unité de valorisation 20 vers une cinquième unité de valorisation 22.
La cinquième unité de valorisation 22 transforme le trioxyde de soufre en acide sulfurique par hydratation. De manière avantageuse, cet acide sulfurique est stocké dans la cuve 58 pour ensuite être utilisé par la troisième unité de valorisation 18 pour produire l'acide phosphorique.
La réaction de calcination produit également de la chaux vive (CaO) qui est envoyée en sortie de la quatrième unité de valorisation 20 dans une sixième unité de valorisation 24 qui produit de la chaux éteinte (Ca(OH)2). En sortie, cette chaux est envoyée dans l'unité d'extraction 4 pour augmenter le pH des digestats, et l'excès est stocké dans un réservoir 26.
Comme cela ressort de ce qui précède, en dehors des quantités nécessaires au lancement de la production, l'installation est presque autosuffisante. En effet, chaque étage de valorisation produit la majorité des éléments nécessaires aux autres étages. De plus, ces étages fournissent une partie de l'énergie nécessaire à l'obtention des réactions et à l'alimentation des divers moteurs et autres éléments, et le reste pourra être fourni par brûlage de déchets.
L'installation de l'invention est donc particulièrement avantageuse car elle permet une valorisation des digestats qui fonctionne selon une boucle qui est presque autonome. En plus de rentabiliser les digestats à un niveau encore inconnu à ce jour, l'installation présente donc l'avantage supplémentaire d'être extrêmement économique.
La description qui précède a décrit deux modes de réalisation distincts d'une installation de valorisation de digestats. Cependant il doit être compris que chacune de ces installations peut comprendre des caractéristiques décrites en rapport à l'autre installation, et l'homme du métier saura combiner les caractéristiques distinctes de ces installations lorsque cela est utile.
Par exemple, il est possible de combiner les premières unités de valorisation de ces deux installations, pour produire de manière sélective tous les produits ammoniaqués. De même, la branche de valorisation supplémentaire du deuxième mode de réalisation pourrait être adaptée dans la première installation.
De plus, les unités de valorisation sont indépendantes de l'unité d'extraction. Ainsi, il serait possible d'introduire les digestats directement dans le séparateur, puis dans les deuxième et troisième unités de valorisation. De plus, les unités de valorisation sont indépendantes entre elles et pourraient être mises en oeuvre séparément, en particulier pour les deuxième et troisième unités de valorisation.30

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Installation de valorisation de digestats, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une entrée pour des digestats (2), - un séparateur (10), relié à l'entrée pour des digestats de l'unité d'extraction (4), et agencé pour séparer les digestats vers respectivement une sortie pour des restes sensiblement liquides et une sortie pour des restes sensiblement solides, et - une unité de valorisation (18), comprenant une entrée reliée à la sortie pour des restes sensiblement solides du séparateur (10), et agencée produire de l'acide phosphorique et du gypse vers des sorties respectives.
  2. 2. Installation selon la revendication 1, comprenant en outre une unité de valorisation (14) comprenant une entrée reliée à la sortie pour des restes sensiblement liquides du séparateur (10), et agencée pour produire des engrais comprenant du potassium et/ou du phosphore.
  3. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, comprenant une unité d'extraction (4) disposée entre l'entrée pour les digestats (2) et le séparateur (10), et agencée pour extraire un produit ammoniaqué des digestats vers une sortie pour un produit ammoniaqué, et comprenant en outre une unité de valorisation (6) reliée à la sortie de produit ammoniaqué de l'unité d'extraction (4) et agencée pour produire un produit compris dans le groupe comprenant le carbonate d'ammonium et le phosphate diammonique.
  4. 4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle l'unité d'extraction (4) est agencée pour extraire le produit ammoniaqué des digestats par un procédé de stripping à l'air, et dans laquelle le produit ammoniaqué est de l'ammoniac.
  5. 5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle l'unité de valorisation (6) produisant un produit ammoniaqué comprend en outre une entrée pour de l'acide phosphorique, et est 30 agencée pour produire du phosphate diammonique.
  6. 6. Installation selon la revendication 5, dans laquelle la sortie d'acide phosphorique est reliée à l'entrée pour de l'acide phosphorique. 10
  7. 7. Installation selon la revendication 3, dans laquelle l'unité d'extraction (4) est agencée pour extraire le produit ammoniaqué des digestats par un procédé de stripping à la vapeur, et dans laquelle le produit ammoniaqué est une solution ammoniaquée.
  8. 8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle l'unité de valorisation (6) produisant un produit ammoniaqué comprend une entrée pour du carbonate de calcium, et est agencée pour produire d'une part du carbonate d'ammonium.
  9. 9. Installation selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre : - une unité de valorisation (20) comprenant une entrée reliée à la sortie de gypse, et agencée pour produire de l'oxyde de calcium et du trioxyde de soufre vers des sorties respectives, une unité de valorisation (22) comprenant une entrée reliée à la sortie de trioxyde de soufre, et agencée pour produire de l'acide sulfurique vers une sortie reliée à l'entrée pour de l'acide sulfurique, une unité de valorisation (24), comprenant une entrée reliée à la sortie d'oxyde de calcium, et agencée pour produire de la chaux vers une sortie reliée à l'unité d'extraction (4).
  10. 10. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la sortie de chaux est également reliée à un stockage de chaux (26).
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