FR3003558A1 - Procede et dispositif d’hydrolyse thermique en continu - Google Patents

Abstract

Procédé, et dispositif associé, d'hydrolyse thermique en continu de boues contenant de la matière organique, ledit procédé comprenant les étapes consistant à : réaliser simultanément l'injection de vapeur sous pression dans lesdites boues et le mélange desdites boues avec ladite vapeur au moyen d'un injecteur-mélangeur dynamique de façon à obtenir un mélange monophasique, acheminer ledit mélange monophasique vers un réacteur tubulaire sous pression et provoquer l'écoulement en flux piston de ce mélange dans ledit réacteur selon un temps de séjour suffisant et à une température suffisante pour permettre l'hydrolyse thermique de la matière organique présente dans lesdites boues, refroidir ledit mélange monophasique à sa sortie dudit réacteur tubulaire à une température permettant la digestion ultérieure de la matière organique hydrolysée qu'il contient. ; dépressuriser ledit mélange monophasique refroidi.

Description

Procédé et dispositif d'hydrolyse thermique en continu. 1. Le domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'hydrolyse thermique en continu de boues contenant de la matière organique, mélangées ou non avec d'autres déchets contenant de la matière organique. Ces boues ou déchets peuvent par exemple être issus du traitement des eaux usées domestiques (boues d'épuration, graisses issues du prétraitement), ou issus du traitement des eaux usées industrielles, ou être issus de matières de vidange, de bac à graisses. Le terme « boue » sera par la suite utilisé dans le document. 2. Art antérieur Les boues provenant du traitement des eaux usées, quelles soient d'origine domestique ou industrielle ou qu'elles proviennent de l'agriculture, peuvent être traitées par voie biologique, notamment par digestion anaérobie. L'objectif des traitements biologiques est de dégrader la matière organique contenue dans ces boues. Cette dégradation peut avoir pour but de stabiliser les boues, de permettre la production d'énergie et / ou encore de réduire le volume des boues. Toutefois certains composés organiques sont plus difficiles à dégrader par voie biologique que d'autres et il est connu qu'un pré-traitement par hydrolyse thermique permet d'accélérer le processus de dégradation biologique. Ce traitement thermique est généralement effectué sous pression à une température supérieure à 100°C, et en pratique pouvant aller jusqu'à 220°C, pendant une période de temps prédéterminée, en pratique généralement d'une demi-heure.

Grâce à un tel traitement d'hydrolyse thermique, la matière organique difficilement biodégradable est dégradée en composés qui peuvent être ensuite plus facilement dégradés biologiquement. D'une façon classique cette dégradation biologique ultérieure peut se faire par digestion au sein d'un réacteur fermé fonctionnant en anaérobie appelé digesteur. De tels digesteurs anaérobiques ne peuvent fonctionner correctement que s'ils opèrent à une température adéquate et constante, nécessitant généralement un système de chauffage, et que s'ils sont correctement brassés. Ce brassage est d'autant plus aisé que les boues entrantes dans le digesteur sont fluides, c'est-à-dire de faible viscosité.

On connaît dans l'art antérieur différents types de procédés d'hydrolyse thermique, certains étant mis en oeuvre en traitant une par une, c'est-à-dire de façon discontinue, des quantités données de boues à hydrolyser (fonctionnement en « batch») tandis que d'autres procédés sont conçus pour permettre un traitement en continu, ou à tout le moins de façon semi-continue, des boues à hydrolyser. Parmi l'art antérieur relatif à ces dispositifs et procédés d'hydrolyse thermique, on peut citer notamment les documents de brevets W096/09882 et W02006/027062 qui concernent tous les deux des procédés en batch.

De tels procédés en batch présentent l'inconvénient de nécessiter la gestion des cycles de traitement des différents lots de boues devant être traités. Parmi les techniques de traitement par hydrolyse thermique des boues en continu ou semi-continu, on peut citer les techniques décrites dans le document de brevet EP1198424 et celles décrites dans le document de brevet W02009/121873.

Dans la technique décrite dans EP1198424 les boues sont amenées dans un réacteur où elles transitent pendant un période de 5 à 60 mn à une température comprise entre 130°C et 180°C. Les boues hydrolysées grâce à un tel traitement sont ensuite refroidies au moyen d'un échangeur de chaleur de façon à s'assurer que la température de celles-ci est suffisamment basse pour éviter à la biomasse d'un digesteur d'être détruite. L'énergie ainsi récupérée permet de préchauffer les boues avant leur entrée dans le réacteur d'hydrolyse thermique. Cette technique met toutefois en oeuvre des étapes de re-vaporisation dont la gestion peut en pratique s'avérer difficile et contraignante pour l'utilisateur. De plus ces étapes de re-vaporisation confèrent au procédé en question un caractère semi-continu plutôt que continu.

Dans la technique décrite dans le document de brevet W02009/121873, les boues sont traitées en continu dans un réacteur d'hydrolyse thermique se présentant sous une forme tubulaire dans lequel de la vapeur d'eau est directement injectée.

Ce procédé présente l'avantage d'être un procédé réellement continu. Toutefois, bien qu'ayant considérablement amélioré les traitements des boues par hydrolyse thermique qui existaient sur le marché, il n'en présente pas moins certains inconvénients. En premier lieu, si la viscosité des boues à hydrolyser introduites dans le réacteur est trop élevée l'injection de la vapeur dans celles-ci peut s'avérer difficile. En pratique, ce procédé peut traiter des boues qui présentent un taux de siccité élevée. Au-delà de certaines siccités, l'hydrolyse thermique pourrait s'avérer incomplète ou non optimale, ce qui limiterait les performances de la digestion anaérobie placée en aval de l'hydrolyse thermique.

En deuxième lieu, les expériences menées par la Déposante ont montré que les contraintes thermiques et mécaniques observées au sein du réacteur d'hydrolyse thermique mis en oeuvre dans le cadre du procédé décrit dans le W02009/121873 pouvaient nécessiter des dispositions constructives particulières. Il a été observé que l'intégralité de la vapeur injectée n'était pas totalement condensée dans les boues au-delà de certaines siccités. En pratique, la vapeur injectée dans le réacteur peut connaître des chemins préférentiels. Ce problème est d'ailleurs identifié dans le brevet W02009/121873, notamment au premier paragraphe de la page 5 de ce document qui précise que lorsque le réacteur présente une partie horizontale la vapeur et les boues peuvent avoir tendance à se séparer en deux couches, à savoir une couche supérieure contenant la vapeur et une couche inférieure contenant les boues. Or, pour tous les procédés d'hydrolyse thermique et en particulier pour ceux qui fonctionnent en continu, la phase critique du procédé correspond au transfert et à la condensation de la vapeur dans la boue. En effet, si cette étape n'est pas effectuée correctement, les performances du procédé d'hydrolyse thermique peuvent être considérablement dégradées que ce soit en terme de réaction chimique qu'en termes économiques, la quantité de vapeur devant être utilisée étant alors plus importante. Les procédés d'hydrolyse thermique sur boues déshydratées se heurtent donc à la difficulté d'injecter la vapeur dans les boues de façon efficace, et corollairement à la difficulté d'assurer leur mélange, dès lors que ces boues sont trop visqueuses. Les boues étant par nature visqueuses, plus leur siccité est grande plus la vapeur a du mal à être injectée dans la boue, à être mélangée à celle-ci et lui céder son énergie pour provoquer l'hydrolyse thermique des composés difficilement biodégradables. Dans les procédés en batch, il est préconisé de mettre en oeuvre une agitation dans les cuves de traitement pour favoriser le mélange intime de la vapeur avec des boues à traiter. Grâce à un tel mélange agité effectué dans les cuves de traitement, le mélange de boues et de vapeur devient intime et la vapeur finie par céder son énergie en se condensant dans les boues. Toutefois, tant dans le cadre des procédés fonctionnant en continu que dans ceux fonctionnant en batch, le problème constitué par la limitation de la siccité des boues est un problème majeur et en pratique les boues, à tout le moins dans la transposition industrielle qui est faite des techniques décrites et revendiquées dans les documents de brevet cités ci-dessus, doivent être limité à 25 % de matière sèche en poids. Le document de brevet W02009/121873 préconise la mise en oeuvre de mélangeurs statiques ou dynamiques dans le réacteur de façon à améliorer le mélange de cette vapeur avec les boues. Ceci est exposé au dernier paragraphe de la page 5 de W02009/121873. De tels mélangeurs sont particulièrement préconisés lorsque la vapeur est injectée dans une partie horizontale du réacteur, puisqu'une telle partie horizontale est identifiée, comme déjà indiqué ci-dessus, comme une zone dans laquelle la vapeur a une propension particulière à se trouver un chemin d'évacuation préférentiel et à ne pas se mélanger complètement à la boue, donc à ne pas lui céder son énergie correctement, cette propension conduisant donc à diminuer les performances du réacteur d'hydrolyse thermique.

On notera toutefois qu'aucune réalisation industrielle mettant en oeuvre de tels mélangeurs dynamiques ou statiques n'a effectivement été mise en oeuvre, à la connaissance de la demanderesse, sur les installations commercialisées jusqu'ici. Par ailleurs dans ces installations, les réacteurs d'hydrolyse présentent une longueur importante. A cette longueur importante correspond un temps de séjour des boues et de la vapeur dans le réacteur important. Ainsi, il est possible d'optimiser le coefficient de transfert d'énergie de la vapeur à la boue. Toutefois, de telles longueurs importantes de réacteurs impliquent des coûts élevés de fabrication. 3. Objectifs de la présente invention L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé, et un dispositif associé à la mise en oeuvre de ce procédé, permettant d'améliorer les performances de la technologie divulguée dans W02009/121873 considérée ici comme l'art antérieur le plus proche de l'invention qui sera décrite ci-après. Notamment, un objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé et un tel dispositif qui permettent le traitement de boues destinées à être hydrolysées thermiquement et présentant des taux de siccité supérieurs au taux de siccité maximal pouvant être jusqu'ici mis effectivement en oeuvre par l'art antérieur, et ce sans dégrader les performances de la digestion suivant classiquement l'hydrolyse thermique des boues. Un objectif de la présente invention est aussi de proposer un tel procédé et un tel dispositif permettant l'obtention de températures homogènes du mélange de boues et de vapeur à l'intérieur du réacteur afin d'atteindre des performances d'hydrolyse thermique élevées et de s'affranchir ainsi des contraintes mécaniques sur les réacteurs liées à des températures inhomogènes. Encore un autre objectif de la présente invention est de divulguer un tel procédé et un tel dispositif qui permettent de réduire la consommation de vapeur nécessaire à l'hydrolyse des boues.

Encore un autre objectif de l'invention est de décrire un tel procédé et un tel dispositif pouvant mettre en oeuvre des réacteurs de plus faibles volumes, notamment de plus faibles longueurs, que dans l'art antérieur tout en assurant une condensation optimisée de la vapeur dans les boues.

Encore un autre objectif de l'invention est de décrire un tel procédé et un tel dispositif qui permettent l'hygiénisation des boues 4. Exposé de l'invention Tout ou partie de ces objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne, en premier lieu, un procédé d'hydrolyse thermique en continu de boues contenant de la matière organique, ledit procédé comprenant les étapes consistant à: réaliser simultanément l'injection de vapeur sous pression dans lesdites boues et le mélange desdites boues avec ladite vapeur au moyen d'un injecteur-mélangeur dynamique de façon à obtenir un mélange monophasique, acheminer ledit mélange monophasique vers un réacteur tubulaire sous pression et provoquer l'écoulement en flux piston de ce mélange dans ledit réacteur selon un temps de séjour suffisant et à une température suffisante pour permettre l'hydrolyse thermique de la matière organique présente dans lesdites boues, refroidir ledit mélange monophasique à sa sortie dudit réacteur tubulaire à une température permettant la digestion ultérieure de la matière organique hydrolysée qu'il contient. ; dépressuriser ledit mélange monophasique refroidi. On notera que l'on entend par la présente description injecteur- mélangeur dynamique tout mélangeur constitué d'une chambre et de moyens permettant de provoquer une agitation, grâce à des moyens mécaniques motorisés, des différentes phases entrant dans cette chambre. De tels éléments peuvent, par exemple, être constitués de pales ou de vis mues par un rotor, ou de tout autre moyen de mélange également mues par un rotor.

Ainsi, l'invention propose de procéder au mélange de la vapeur d'eau sous pression avec les boues à hydrolyser afin d'obtenir un mélange parfait monophasique de boues chauffées, en amont de l'étape d'hydrolyse thermique effectuée subséquemment dans un réacteur tubulaire.

Ainsi, selon l'invention les phases de mélange de la boue avec la vapeur d'eau sous pression est clairement distincte de la phase d'hydrolyse thermique, l'une et l'autre de ces phases étant d'ailleurs menées à bien dans des équipements distincts. Le mélange monophasique réalisé préalablement à l'hydrolyse thermique permet à la vapeur d'eau de se condenser dans les boues au niveau de l'injecteur- mélangeur dynamique. Ce mélange homogène est ensuite acheminé vers le réacteur dans lequel il peut s'écouler en flux piston. Se présentant sous une phase liquide monophasique il rentre dans le réacteur à une température uniforme ou quasiment uniforme dans le réacteur, température à laquelle l'hydrolyse thermique des composés difficilement dégradables biologiquement peut être effectuée de façon efficace et optimisée. D'une façon classique, à la sortie du réacteur tubulaire, ce mélange monophasique qui contient la matière organique hydrolysée est ramené à une température et à une concentration, par dilution si nécessaire, permettant sa digestion ultérieure. Ainsi, l'invention se démarque nettement de l'art antérieur et notamment du document de brevet W020069/121873 par la caractéristique selon laquelle le mélange des boues à hydrolyser avec la vapeur d'eau se fait en amont du réacteur d'hydrolyse thermique et non pas au sein de celui-ci.

Une telle option est en rupture par rapport à l'enseignement de ce cet art antérieur qui indiquait la possibilité d'utiliser un mélangeur statique ou dynamique intégré au réacteur. Cet art antérieur ne permettait pas toutefois l'obtention d'un mélange suffisamment homogène pour permettre une optimisation de l'hydrolyse thermique. La présente invention résout ce problème en réalisant ce mélange en amont du réacteur de façon telle que la phase qui entre dans ce dernier soit complètement homogène et que l'énergie fournie par la vapeur d'eau au sein de ce mélange puisse être transférée à la boue de façon telle que toute la matière pouvant être hydrolysée thermiquement puisse l'être en prévoyant un temps de séjour, c'est à dire une longueur de réacteur, suffisante.

Grâce à l'homogénéité du mélange de boue et de vapeur transitant dans le réacteur, une homogénéité de température de ce mélange peut être obtenue dans celui-ci. Une telle homogénéité de température permet de s'affranchir de l'apparition de chemins préférentiels de cheminement de la vapeur au sein du réacteur et, corolairement, de s'affranchir des contraintes thermiques et mécaniques inhérentes à l'apparition de tels chemins préférentiels d'écoulement. Notamment, le mélange parfait de la vapeur et des boues permet de diminuer uniformément la viscosité de celles-ci et donc de s'affranchir des effets mécaniques liés au cisaillement des boues. L'obtention d'un mélange homogène monophasique de boues chauffées en amont du réacteur, obtenu à partir de boues à hydrolyser et de vapeur, au sein d'un injecteur-mélangeur dynamique présente en effet l'avantage de pouvoir traiter des boues à hydrolyser présentant une siccité élevée, et notamment une siccité supérieure à 20%. Selon une variante préférentielle de l'invention, ledit mélange monophasique présente, en sortie dudit injecteur-mélangeur, une température comprise entre 100°C et 200°C (soit la température dans le réacteur permettant l'hydrolyse thermique de la matière organique présente dans lesdites boues) et une pression comprise entre 1 bar a et 25 bar a. On notera que dans le cadre de la présente description l'unité de pression est le bar absolu (bar a).

Avantageusement, ledit mélange monophasique présente, en sortie dudit injecteur-mélangeur, une température comprise entre 150°C et 170°C (soit la température dans le réacteur permettant l'hydrolyse thermique de la matière organique présente dans lesdites boues) et une pression comprise entre 5 bar a et 20 bar a.

Selon une variante préférentielle de l'invention, la vapeur d'eau qui sera utilisée pour réaliser le mélange monophasique de vapeur et de boues présentera une température comprise entre 100°C et 220°C et une pression comprise entre plus de 1 bar a et 23 bar a. De façon préférée entre toutes, on privilégiera une température de cette vapeur d'eau comprise entre 180°C et 200°C et une pression comprise entre 10 bar a et 16 bar a.. La quantité de vapeur ainsi apportée aux boues dépendra d'une part de la siccité de ces dernières ainsi que de leur concentration en matière organique à hydrolyser.

Le temps de séjour du mélange monophasique au sein du réacteur sera, comme indiqué ci-dessous, suffisant pour permettre la réalisation de l'hydrolyse thermique de la matière organique mais en principe sera préférentiellement compris entre 10 minutes et 2 heures, et de façon préférée entre toutes, entre 20 et 40 minutes.

Avantageusement, le temps de séjour dudit mélange monophasique dans le réacteur sera d'au moins 20 minutes, et la température dudit mélange dans le réacteur sera d'au moins 100°C de façon telle que le procédé selon l'invention permettra aussi l'hygiénisation desdites boues, l'intégralité de celles-ci voyant alors la vapeur pendant un temps suffisamment long et ce, à une température suffisamment élevée. Une température supérieure à 70°C pendant au moins 20 minute appliquée aux boues est nécessaire pour les hygiéniser. Selon une variante préférentielle de l'invention, l'étape consistant à refroidir le mélange monophasique à sa sortie du réacteur tubulaire à une température permettant la digestion ultérieure de la matière organique hydrolysée qu'il contient sera effectuée par apport d'eau et/ou de boues et/ou par l'utilisation d'échangeur thermique, ce qui permettra également de diluer ce mélange monophasique. Une telle dilution est en effet nécessaire pour permettre une bonne digestion ultérieure de ces boues hydrolysées thermiquement. Ce mélange atteindra alors une température suffisamment basse et sera suffisamment diluée pour respecter la biologie du digesteur. Egalement préférentiellement, le procédé selon l'invention comprend des étapes préalables de déshydratation et d'homogénéisation des boues en vue de leur acheminement vers l'injecteur-mélangeur dynamique, ces étapes préalables conduisant à des boues présentant une siccité comprise entre 10 et 50 %, avantageusement comprise entre 20 % et 35 %, de matières sèches. Pour mémoire on rappellera qu'en pratique les dispositifs de l'art antérieur ne permettaient pas d'hydrolyser efficacement des boues présentant une siccité supérieure à 25 %.

Selon une variante avantageuse du procédé selon l'invention, celui-ci comprend une étape consistant à adapter les conditions de mise en oeuvre du mélange dynamique en fonction de la siccité des boues. Ainsi, lorsque le injecteur mélangeur dynamique inclura un rotor à pâles, la vitesse de rotation de ces pâles pourra être modifiée en fonction de cette siccité de façon à permettre la réalisation d'un mélange monophasique même lorsque cette siccité sera élevée. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci couvre également tout dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit comprenant : des moyens d'amenée de boues contenant de la matière organique, des moyens d'amenée de vapeur d'eau sous pression, un réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique, des moyens d'injection d'eau et/ou de boues de dilution prévus en aval dudit réacteur tubulaire des moyens de refroidissement prévus en aval dudit réacteur tubulaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un injecteur-mélangeur dynamique prévu en amont dudit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique et, des moyens de dépressurisation prévus en aval desdits moyens de refroidissement.

Un tel dispositif selon la présente invention se distingue clairement de l'art antérieur divulgué dans W02009/121873 par la caractéristique selon laquelle un injecteur-mélangeur dynamique est prévu en amont du réacteur tubulaire d'hydrolyse technique et non pas intégré au réacteur d'hydrolyse thermique.

Comme précisé ci-dessus, l'utilisation d'un appareillage pour mélanger les boues à hydrolyser thermiquement et la vapeur d'eau, à savoir le mélangeur dynamique, et d'un appareillage distinct pour réaliser l'hydrolyse thermique des composés hydrolysables thermiquement contenus dans ces boues, à savoir un réacteur tubulaire, permet d'optimiser le fonctionnement de ce réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique. Cette optimisation se traduit par l'obtention de boues hydrolysées présentant une teneur plus élevée en composés hydrolysés facilement digestibles au sein d'un digesteur et par la possibilité de pouvoir donner à ce réacteur tubulaire un volume plus faible. Un tel dispositif selon l'invention permet donc de traiter par hydrolyse thermique des boues dans un volume de réacteur moindre, ce qui présente un avantage économique non négligeable par rapport à l'art antérieur. Comme déjà précisé, on pourra utiliser différents types de mélangeurs dynamiques dans le cadre de la mise en oeuvre de la présente invention. Toutefois le dispositif selon celle-ci sera avantageusement pourvu d'un injecteur-mélangeur dynamique qui présente une chambre munie d'un rotor à pâles ou à vis dont la vitesse de rotation pourra être adaptée en fonction de la siccité des boues comme indiqué précédemment. On notera que la géométrie des pâles pourra elle-même être adaptée en fonction de la siccité et de la viscosité des boues. L'art antérieur selon le brevet W02009/121873 prévoit dans sa partie descriptive générale à peu près toutes les formes de réacteur tubulaire possible. Toutefois les modes de réalisation de cette technique donnée dans ce document de brevet préconisent de réaliser ce réacteur horizontalement. Selon un mode de réalisation décrit dans ce document de brevet W02009/121873, une entrée de boues à une extrémité du réacteur tubulaire est prévue, avec une injection de vapeur à proximité de cette extrémité, une sortie des boues hydrolysées étant prévue à l'autre extrémité de ce réacteur tubulaire, des moyens d'injection d'eau de refroidissement étant prévus au niveau de cette deuxième extrémité. Dans un autre mode de réalisation décrit dans ce document de brevet W02009/121873, le réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique présente une première partie verticale prolongée par une seconde partie horizontale plus longue. La raison pour laquelle chacun de ces modes de réalisations préférentielles présente une partie horizontale relativement longue résultent de la nécessité de mettre en contact la boue avec la vapeur pendant un temps de séjour suffisamment long pour que non seulement l'hydrolyse thermique se produise mais que préalablement à celle-ci, au sein du réacteur tubulaire, la vapeur d'eau injectée en début de réacteur puisse se condenser dans les boues afin de transférer à celles-ci l'énergie nécessaire à leur hydrolyse. Grâce à l'invention, l'injection de vapeur ayant lieu en amont du réacteur, c'est, grâce à l'utilisation de l'injecteur mélangeur dynamique, un mélange monophasique parfaitement mélangé qui arrive dans celui-ci ; si bien que le réacteur en question n'a plus à faire office de condenseur mais seulement de réacteur d'hydrolyse thermique. Son volume peut donc être réduit par rapport à l'art antérieur. En effet, dans celui-ci, le réacteur doit faire office à la fois de condenseur et de réacteur ce qui lui confère un volume et notamment une longueur importante. Selon l'invention, les réacteurs d'hydrolyse thermique mis en oeuvre pourront présenter des formes variées. Toutefois, selon une variante préférentielle, le réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique sera vertical et présentera une entrée à son extrémité inférieure et une sortie à son extrémité supérieure. Selon une autre variante préférentielle, ce réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique présentera une première section verticale directement prolongée par une deuxième section verticale, l'entrée du réacteur étant prévue au pied de la première section verticale et la sortie du réacteur étant prévue au pied de ladite deuxième section verticale. On notera que dans le cadre de la présente description on entend par première section verticale "directement prolongée par une deuxième section verticale" comme couvrant les réalisations selon laquelle il n'existe pas de section horizontale droite prévue entre la première section verticale et la deuxième section verticale. En effet, une telle section horizontale est inutile dans la mesure où le réacteur tubulaire du dispositif selon l'invention est un réacteur d'hydrolyse thermique et non un réacteur faisant également office de condenseur. Selon encore une autre variante, ledit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique présente une première section verticale reliée à une deuxième section verticale, l'entrée du réacteur étant prévue en tête de ladite première section verticale et la sortie dudit réacteur étant prévue au pied de ladite deuxième section verticale. Selon une variante intéressante de l'invention, le dispositif selon celle-ci comprend aussi un échangeur de chaleur prévu en aval du réacteur.

Egalement avantageusement, le dispositif comprend une pompe ou une vanne, préférentiellement une pompe à vis excentrée, destinée à maintenir la pression dans le réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique. 5. Liste des figures L'invention ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à la description de modes de réalisation donnés en référence aux figures dans lesquelles : la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif pour l'hydrolyse thermique de boues selon l'invention (entourée d'une ligne pointillée) intégré dans une installation incluant un digesteur prévu en aval de celle-ci ; la figure 2 représente une forme de réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique pouvant être mise dans le cadre de la présente invention ; la figure 3 représente une autre forme de réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique pouvant être mise dans le cadre de la présente invention ; la figure 4 représente encore une autre forme de réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique pouvant être mise dans le cadre de la présente invention ; la figure 5 représente un graphe montrant d'une part l'évolution de la température au sein du réacteur tubulaire d'une installation de l'art antérieur conforme aux documents de brevet W02009/121873 n'intégrant pas d'injecteur mélangeur dynamique mais dans lequel la vapeur et la boue sont amenées en tête de réacteur, et d'autre part l'évolution de la température au sein du réacteur tubulaire d'une installation correspondant à l'invention intégrant un injecteur mélangeur dynamique dans lequel la vapeur et la boue sont mélangés puis acheminées sous forme de mélange homogène monophasique en tête du réacteur. 6. Description de modes de réalisation En référence à la figure 1, un dispositif selon l'invention est décrit de façon schématique. Ce dispositif 1000 est intégré à une installation incluant un digesteur 9 qui ne fait pas partie en tant que tel du dispositif selon l'invention. Une telle installation peut être utilisée pour mettre en oeuvre un procédé de lyse-digestion (LD) mais on notera qu'il sera également possible d'intégrer le procédé selon l'invention dans des configurations connues de l'art antérieur dites digestion-lyse (DL) ou digestion-lyse-digestion (DLD), sachant que dans la configuration dite DL une partie de la boue est hydrolysée et retourne ensuite dans le digesteur. En référence à la figure 1, des boues centrifugées sont acheminées par une canalisation 1 vers une trémie 2 pourvue de deux vis sans fin permettant de les homogénéiser. Ces deux vis sans fin servent aussi à gaver la pompe d'alimentation 3 alimentant les boues vers l'injecteur-mélangeur dynamique 4. Les boues déshydratées et homogénéisées provenant de la trémie 2 sont ainsi pompées grâce à la pompe 3 dans une canalisation servant de moyens d'amenée de ces boues à l' injecteur-mélangeur dynamique 4. Cet injecteur-mélangeur dynamique 4 est également pourvu de moyens d'injection de vapeur 100 générée par un générateur de vapeur non représenté sur la figure 1. Une arrivée d'eau de lavage 200 est prévue en amont de l'injecteur- mélangeur dynamique 4. Grâce à de tels moyens d'amenée d'eau 200, l'injecteur- mélangeur dynamique pourra être nettoyé en cas de besoin. A la sortie du mélangeur dynamique, une canalisation permet d'acheminer le mélange monophasique réalisé au sein de celui-ci vers un réacteur d'hydrolyse thermique 5.

Le traitement au sein de ce réacteur d'hydrolyse thermique 5 est effectué à une température comprise entre 165°C et 180 °C, l'intérieur du réacteur étant maintenu sous une pression comprise entre 8 bar a et 10 bar a (à ce sujet, on notera que des températures et des pressions plus faibles ou plus fortes pourront être mises en oeuvre en fonction notamment de la siccité des boues).

Une entrée d'eau 101 située à l'entrée du réacteur 5 est prévue pour pouvoir amener de l'eau de nettoyage au sein du réacteur lors de phases de nettoyage pouvant être effectuées lors du démarrage de l'installation ou lors de phase de maintenance de celle-ci.

En sortie du réacteur 5, une purge 102 est quant à elle prévue pour évacuer d'éventuels gaz incondensables. Les boues hydrolysées dans le réacteur 5 sont ensuite acheminées par une canalisation vers un échangeur de chaleur 7. Avant de parvenir à cet échangeur de chaleur 7 de l'eau de refroidissement et de dilution est amenée dans les boues hydrolysées par des moyens d'injection d'eau 201. Si besoin, cette dilution pourra aussi se faire après l'échangeur 7. A la sortie de l'échangeur 7, les boues diluées sont acheminées vers le digesteur 9. L'organe déprimogène 8 qui, par définition, génère une chute de pression, permet de maintenir la pression régnant dans le réacteur d'hydrolyse thermique 5. Cet organe est, dans la cadre du présent exemple, constitué par une pompe à vis excentrée prévue entre l'échangeur de chaleur et le digesteur. Dans d'autres modes de réalisation il pourra être constitué par une vanne ou tout autre organe permettant d'effectuer cette fonction.

A la sortie du dispositif selon l'invention, les boues hydrolysées thermiquement sont envoyées vers le digesteur 9 où elles peuvent être, du fait qu'elles ont subies une hydrolyse thermique, facilement digérées. Il est bien précisé que la représentation faite à la figure 1 d'une installation intégrant un dispositif selon l'invention est une représentation schématique. Notamment, la forme du réacteur 5 dans lequel l'hydrolyse thermique du mélange monophasique de boues et de vapeur est réalisée pourra revêtir différentes formes. Trois de ces formes sont données en référence aux figures 2,3 et 4.

Selon la forme représentée à la figure 2, le réacteur 5 présente une forme verticale. Le réacteur est pourvu dans sa partie inférieure d'une arrivée de mélange monophasique de boues chauffées avec de la vapeur 501 et dans sa partie supérieure, d'une sortie du réacteur 502. Une purge 503 est prévue pour évacuer les éventuels gaz incondensables et des moyens de mesure de la pression de la température régnant à l'intérieur du réacteur sont également prévus dans la partie supérieure de celui-ci. En référence à la figure 3, le réacteur d'hydrolyse thermique présente une première section verticale pourvue à sa base d'une arrivée de mélange monophasique de boues et de vapeur 401, reliée directement à une seconde partie verticale pourvue à son pied d'une évacuation 402 des boues hydrolysées. Une purge 403 est prévue au niveau de la jonction entre ces deux parties verticales pour évacuer les éventuels gaz incondensables. Des moyens de mesure de la pression et de la température dans le réacteur sont également prévus. On notera que dans cette configuration, la seconde partie section verticale est directement reliée à la première section verticale sans section horizontale entre les deux. En référence à la figure 4, le réacteur d'hydrolyse thermique présente une première section verticale pourvue à sa tête d'une arrivée de mélange monophasique de boues et de vapeur 601, reliée directement à une seconde partie verticale pourvue à son pied d'une évacuation 602 des boues hydrolysées. Une purge 603 est prévue au niveau de la jonction entre ces deux parties verticales pour évacuer les éventuels gaz incondensables. Des moyens de mesure de la pression et de la température dans le réacteur sont également prévus. On notera que dans cette configuration, la seconde partie section verticale est directement reliée à la première section verticale sans section horizontale entre les deux. La figure 5 montre l'évolution dans le temps de la température régnant à l'intérieur du réacteur d'hydrolyse thermique : - d'une part dans le cadre de l'invention mettant en oeuvre un injecteur- mélangeur dynamique prévue en amont du réacteur d'hydrolyse thermique ; et, - d'autre part dans le cadre d'une installation similaire selon l'art antérieur dans laquelle aucun injecteur-mélangeur dynamique n'est utilisé, la vapeur étant injectée en pied de réacteur. En référence à cette figure 5, on peut constater que dans le cadre de la présente invention, la température régnant à l'intérieur du réacteur monte progressivement jusqu'à atteindre et à conserver la température de consigne permettant la lyse thermique optimisée des composés organiques hydrolysable contenue dans les boues traitées. Dans l'installation selon l'art antérieur, la température observée dans le réacteur est d'emblée celle de la vapeur injectée. Elle subit ensuite des variations importantes. Ceci traduit le fait que, dans la technique selon cet art antérieur, il ne se produit pas systématiquement de mélange intime de la vapeur avec les boues. Au contraire, les fluctuations de température observées au sein du réacteur traduisent l'existence d'écoulements poly phasiques au sein de celui-ci. Dans l'exemple ici décrit, la vapeur étant injectée à une vitesse (en pratique supérieure à 5m/s) beaucoup plus élevée que les boues (en pratique inférieure à 3m/s) elle se trouve des passages préférentiels au travers de celle-ci et ne se mélange pas intimement avec elle et ne vient pas lui céder son énergie efficacement. Tout au contraire, grâce à l'utilisation d'un injecteur-mélangeur dynamique selon l'invention en amont du réacteur d'hydrolyse, le mélange parvenant à ce réacteur est parfaitement monophasique liquide et homogène. Il peut donc s'écouler en flux piston dans celui-ci. La température de consigne est conservée pendant tout le temps de séjour dans le réacteur. L'énergie de la vapeur est donc transférée de façon optimisée aux boues et l'hydrolyse des composés difficilement biodégradables peut être réalisée efficacement. On notera également que grâce à l'invention, la quantité d'énergie théorique pour hydrolyser une quantité donnée de boues correspond peu ou prou à la quantité effectivement mise en oeuvre pour obtenir cette hydrolyse. A ce sujet on notera que le calcul de l'énergie nécessaire pour augmenter la température d'un fluide d'une température A à une température B est facile à réaliser. Dans le cadre des essais réalisés par la Déposante, le débit de vapeur théorique calculé a été de 25 kilogrammes de vapeur à 13 bar a par heure et les essais ont montré que c'était exactement ce débit de vapeur qui était effectivement nécessaire pour hydrolyser efficacement les boues. Dans le cadre de l'installation selon l'art antérieur, il a été démontré que le mélange entre la boue à hydrolyser et la vapeur était imparfait puisque la quantité de vapeur effectivement injectée pour chauffer la boue (15kg/h) était inférieure à la quantité théoriquement calculée (25kg/h). Une certaine quantité de vapeur n'était donc pas condensée dans la boue. Ces essais confirment l'intérêt de la présente invention. Enfin on notera que l'invention permet de mettre en oeuvre des réacteurs présentant un volume entre 20 et 25 % inférieur aux volumes de réacteur de l'art antérieur.15

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'hydrolyse thermique en continu de boues contenant de la matière organique, ledit procédé comprenant les étapes consistant à : réaliser simultanément l'injection de vapeur sous pression dans lesdites boues et le mélange desdites boues avec ladite vapeur au moyen d'un injecteur- mélangeur dynamique de façon à obtenir un mélange monophasique, acheminer ledit mélange monophasique vers un réacteur tubulaire sous pression et provoquer l'écoulement en flux piston de ce mélange dans ledit réacteur selon un temps de séjour suffisant et à une température suffisante pour permettre l'hydrolyse thermique de la matière organique présente dans lesdites boues, refroidir ledit mélange monophasique à sa sortie dudit réacteur tubulaire à une température permettant la digestion ultérieure de la matière organique hydrolysée qu'il contient ; dépressuriser ledit mélange monophasique refroidi.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit mélange monophasique présente, en sortie dudit injecteur-mélangeur, une température comprise entre 100°C et 200°C et une pression comprise entre 1 bar a et 25 bar a.
3. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit mélange monophasique présente, en sortie dudit injecteur-mélangeur, une température comprise entre 150°C et 170°C et une pression comprise entre 5 bar a et 20 bar a.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que la vapeur d'eau utilisée pour réaliser ledit mélange monophasique présente une température comprise entre 100 °C et 220°C, préférentiellement entre 180 °C et 200 °C, et une pression comprise entre 1 bar a et 23 bar a, préférentiellement entre 10 bar a et 16 bar a.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit temps de séjour dudit mélange monophasique dans ledit réacteur est compris entre 10 minutes et 2 heures, préférentiellement entre 20 minutes et 40 minutes
6. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit temps de séjour dudit mélange monophasique dans ledit réacteur est d'au moins 20 minutes, et en ce que la température dudit mélange dans ledit réacteur est d'au moins 100°C de façon telle qu'il permette l'hygiénisation desdites boues.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit mélange monophasique est refroidi et dilué en aval du réacteur par apport d'eau ou de boues.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des étapes préalables de déshydratation et d'homogénéisation des boues conduisant à des boues présentant une siccité comprise entre 10 % et 50 % en poids de matières sèches, préférentiellement entre % et 35 %.
9. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant : des moyens d'amenée de boues contenant de la matière organique, 20 des moyens d'amenée de vapeur d'eau sous pression, un réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique, des moyens d'injection d'eau et/ou de boues de dilution prévus en aval dudit réacteur tubulaire des moyens de refroidissement prévus en aval dudit réacteur tubulaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un injecteur-mélangeur dynamique prévu en amont dudit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique et,des moyens de dépressurisation prévus en aval desdits moyens de refroidissement.
10. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit injecteur-mélangeur dynamique présente une chambre et un rotor à pales ou à vis.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que ledit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique est vertical et présente une entrée à son extrémité inférieure et une sortie à son extrémité supérieure.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé en que ledit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique présente une première section verticale directement prolongée par une deuxième section verticale, l'entrée du réacteur étant prévue au pied de ladite première section verticale et la sortie dudit réacteur étant prévue au pied de ladite deuxième section verticale.
13. 13. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé en que ledit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique présente une première section verticale directement prolongée par une deuxième section verticale, l'entrée du réacteur étant prévue en tête de ladite première section verticale et la sortie dudit réacteur étant prévue au pied de ladite deuxième section verticale.
14. 14. Dispositif selon l'une des revendication 9 à 13 caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur prévu en aval dudit réacteur.
15. 15. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 14 caractérisé en ce qu'il comprend une pompe ou une vanne destinée à maintenir la pression dans ledit réacteur tubulaire d'hydrolyse thermique.