WO2009095556A2 - Method for mechanical dehydration with thermal assistance - Google Patents

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WO2009095556A2
WO2009095556A2 PCT/FR2008/001586 FR2008001586W WO2009095556A2 WO 2009095556 A2 WO2009095556 A2 WO 2009095556A2 FR 2008001586 W FR2008001586 W FR 2008001586W WO 2009095556 A2 WO2009095556 A2 WO 2009095556A2
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Maria Aurora Fernandez
Bernard Auduc
Patricia Arlabosse
Akrama Mahmoud
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Ecole Nationale Superieure Des Techniques Industrielles Et Des Mines D'albi-Carmaux
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    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B7/00Drying solid materials or objects by processes using a combination of processes not covered by a single one of groups F26B3/00 and F26B5/00

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Abstract

According to this method, a product to be dehydrated is fed into a filtration and/or compression device into which heat is supplied. The method comprises a first step carried out under a first pressure lower than 7 bars, in which the product to be dehydrated is heated to a temperature lower than the evaporation temperature of the liquid to be removed, said first step having a duration of between 5 minutes and several hours.

Description

Procédé de déshydratation mécanique assistée thermiquement Thermally assisted mechanical dehydration process
La présente invention concerne un procédé de déshydratation mécanique assistée thermiquement ayant pour but de réaliser la séparation solide/liquide d'un produit comportant d'une part une phase liquide et d'autre part une phase solide.The present invention relates to a method of thermally assisted mechanical dehydration for the purpose of achieving the solid / liquid separation of a product comprising on the one hand a liquid phase and on the other hand a solid phase.
La séparation d'une phase continue (le liquide) et d'une phase dispersée (le solide) initialement mélangées peut être réalisée de diverses manières : décantation, centrifugation, filtration, compression, séparation magnétique Une des techniques de déshydratation mécanique conventionnellement mise en œuvre dans l'industrie est le couplage en série d'une filtration à pression constante et d'une compression mécanique.The separation of a continuous phase (the liquid) and a dispersed phase (the solid) initially mixed can be carried out in various ways: decantation, centrifugation, filtration, compression, magnetic separation One of the mechanical dewatering techniques conventionally implemented in the industry is the series coupling of constant pressure filtration and mechanical compression.
La filtration s'applique à des suspensions, concentrées ou diluées, de particules grossières présentant éventuellement une distribution granulométrique étalée tout comme à des suspensions colloïdales. La séparation est réalisée à l'aide d'un média filtrant perméable essentiellement à la phase liquide du mélange à séparer. Le liquide séparé s'appelle le filtrat, l'effluent, ou encore le perméat.The filtration is applied to suspensions, concentrated or diluted, of coarse particles possibly having a spread particle size distribution as well as colloidal suspensions. The separation is carried out using a filter medium permeable essentially to the liquid phase of the mixture to be separated. The separated liquid is called the filtrate, the effluent or the permeate.
Dans le cas d'une filtration sur support, une suspension à filtrer est introduite à débit constant ou, plus fréquemment, sous pression d'alimentation constante dans une enceinte fermée par un support poreux (le média filtrant). Sous l'effet de la pression appliquée, la suspension migre vers le média filtrant, sur lequel les particules solides se déposent et forment un gâteau de filtration tandis que le filtrat est récupéré sous le support poreux. Comme dans d'autres procédés de séparation, la séparation des phases n'est jamais complète : le gâteau présente une humidité résiduelle et le filtrat contient souvent quelques solides. Lorsque les gâteaux de filtration formés sont compressibles, la séparation peut être poursuivie par compression. L'augmentation de pression réduit le volume du gâteau en expulsant le liquide en excès contenu dans les pores, ce qui conduit à une diminution de l'humidité résiduelle du gâteau. Pour des solides divisés humides, seule la phase de compression est mise en œuvre.In the case of a supported filtration, a suspension to be filtered is introduced at a constant rate or, more frequently, under constant supply pressure in a closed chamber by a porous support (the filter media). Under the effect of the pressure applied, the suspension migrates to the filter medium, on which the solid particles are deposited and form a filter cake while the filtrate is recovered under the porous support. As in other separation processes, phase separation is never complete: the cake has residual moisture and the filtrate often contains some solids. When the formed filter cakes are compressible, the separation can be continued by compression. The increase in pressure reduces the volume of the cake by expelling the excess liquid contained in the pores, which leads to a decrease in the residual moisture of the cake. For wet divided solids, only the compression phase is implemented.
Pour les suspensions, la séparation solide/liquide débute habituellement par une étape d'épaississement du produit suivie d'une étape de déshydratation mécanique au cours de laquelle le liquide contenu dans le produit est séparé sous forme liquide sans apport de chaleur. Lors de cette opération, la teneur en liquide, en général de l'eau, peut être réduite de 95 à 70% en masse. Ces chiffres sont variables selon les produits déshydratés et sont donnés ici à titre purement indicatif. Le rendement de la séparation mécanique est cependant assez médiocre pour les suspensions colloïdales ou les produits pâteux, tels les boues résiduaires. L'atout principal de ces opérations est leur faible consommation énergétique. Pour un épaississement gravitaire, une consommation comprise entre 0,001 et 0,01 kWh est nécessaire par mètre cube d'eau éliminé. Dans une opération de déshydratation mécanique, la consommation d'énergie est de l'ordre de 1 à 10 kWh par mètre cube d'eau éliminé. Lorsqu'une réduction plus importante de la teneur en eau est nécessaire, le séchage thermique, qui consiste à évaporer ou vaporiser l'eau contenue dans le produit humide, peut être utilisé. Le coût énergétique de cette opération est ici de l'ordre de 1000 kWh par mètre cube d'eau éliminé. Le coût de cette opération est souvent rédhibitoire surtout lorsque l'opération est pratiquée sur des sous-produits ou des déchets. En outre, la teneur en eau finale des produits séchés est généralement inférieure à 5%, bien qu'une si basse teneur en eau ne soit pas toujours indispensable pour la valorisation du déchet.For suspensions, the solid / liquid separation usually begins with a step of thickening the product followed by a mechanical dewatering step during which the liquid contained in the product is separated in liquid form without the addition of heat. During this operation, the liquid content, usually water, can be reduced from 95 to 70% by weight. These figures are variable depending on the dehydrated products and are given here for information only. The efficiency of the mechanical separation is, however, rather poor for colloidal suspensions or pasty products, such as residual sludge. The main advantage of these operations is their low energy consumption. For gravity thickening, consumption between 0.001 and 0.01 kWh is required per cubic meter of water removed. In a mechanical dewatering operation, the energy consumption is of the order of 1 to 10 kWh per cubic meter of water removed. When a greater reduction in water content is required, thermal drying, which consists of evaporating or vaporizing the water contained in the wet product, can be used. The energy cost of this operation is here of the order of 1000 kWh per cubic meter of water eliminated. The cost of this operation is often prohibitive especially when the operation is practiced on by-products or waste. In addition, the final water content of the dried products is generally less than 5%, although such a low water content is not always essential for the recovery of the waste.
Il est connu de réaliser un apport de chaleur lors d'une déshydratation mécanique. On parle alors de déshydratation mécanique assistée thermiquement. Le couplage pression/chaleur peut s'envisager de différentes façons : d'une part selon le mode d'apport de cette chaleur (conduction, convection...) et d'autre part selon le moment où elle est apportée (avant l'étape de filtration, pendant la compression ou tout au long de la déshydratation).It is known to provide heat input during mechanical dewatering. This is known as thermally assisted mechanical dehydration. The pressure / heat coupling can be considered in different ways: on the one hand according to the mode of contribution of this heat (conduction, convection ...) and on the other hand according to the moment when it is brought (before the filtration stage, during compression or throughout dehydration).
Le plus souvent, les pressions utilisées sont relativement élevées et les apports de chaleur sont tels qu'ils permettent une vaporisation de la phase liquide. Ces divers procédés présentent tous l'inconvénient d'avoir un rendement énergétique relativement médiocre. En outre, on remarque parfois un collage du matériau sur les parois chaudes de la presse.Most often, the pressures used are relatively high and heat gains are such that they allow vaporization of the liquid phase. These various methods all have the disadvantage of having a relatively poor energy efficiency. In addition, there is sometimes a sticking of the material on the hot walls of the press.
La présente invention a alors pour but de fournir un procédé de déshydratation mécanique assisté thermiquement présentant un bilan énergétique optimisé. De préférence, ce procédé permettra d'éviter les problèmes de collage rencontrés avec certains procédés de l'art antérieur.The present invention therefore aims to provide a thermally assisted mechanical dehydration process having an optimized energy balance. Preferably, this method will make it possible to avoid the problems of sticking encountered with certain methods of the prior art.
À cet effet, la présente invention propose un procédé de déshydratation mécanique assistée thermiquement dans lequel un produit à déshydrater est 01586For this purpose, the present invention provides a thermally assisted mechanical dehydration process in which a product to be dehydrated is 01586
introduit dans un dispositif de filtration et/ou de compression et dans lequel un apport de chaleur est réalisé.introduced into a filtration device and / or compression and wherein a heat input is achieved.
Selon la présente invention, ce procédé comporte une première étape à une première pression inférieure à 7 bars au cours de laquelle le produit à déshydrater est chauffé à une température inférieure à la température d'évaporation du liquide à éliminer et le liquide à éliminer est récupéré au fur et à mesure, cette première étape ayant une durée comprise entre 5 minutes et plusieurs heures.According to the present invention, this method comprises a first step at a first pressure of less than 7 bar during which the product to be dehydrated is heated to a temperature below the evaporation temperature of the liquid to be removed and the liquid to be removed is recovered. progressively, this first step having a duration of between 5 minutes and several hours.
Il est proposé ici de réaliser un premier traitement (compression et/ou filtration) à pression peu élevée et à basse température pendant une longue durée. Cette approche originale permet une bonne séparation de la phase liquide hors du produit à déshydrater tout en minimisant la consommation d'énergie pour réaliser la déshydratation correspondante. Le liquide étant éliminé au fur et à mesure, il n'est pas chauffé inutilement, ce qui permet de limiter la consommation énergétique au cours de la mise en œuvre du procédé.It is proposed here to perform a first treatment (compression and / or filtration) at low pressure and low temperature for a long time. This original approach allows a good separation of the liquid phase from the product to be dehydrated while minimizing the energy consumption to achieve the corresponding dehydration. As the liquid is gradually removed, it is not heated unnecessarily, which limits the energy consumption during the implementation of the process.
Selon une forme de réalisation préférée du procédé selon la présente invention, la première pression est comprise entre 1 ,5 et 4 bars, de préférence autour de 3 bars pour la majorité des produits pour lesquels le procédé a été testé.According to a preferred embodiment of the process according to the present invention, the first pressure is between 1.5 and 4 bar, preferably around 3 bar for the majority of the products for which the process has been tested.
Une forme de réalisation de la présente invention prévoit que le dispositif de filtration et/ou compression comporte une enceinte présentant une paroi dont une partie au moins est chauffée, et que le produit à déshydrater est chauffé par conduction à partir de la partie chauffée de la paroi. La partie de la paroi de l'enceinte qui est chauffée peut être fixe ou mobile. Si la pression est réalisée par un piston, des plateaux ou par d'autres éléments, on peut prévoir que les moyens permettant d'exercer une pression sur le produit à déshydrater sont chauffés. Le chauffage peut être réalisé par tous moyens : résistance électrique, fluide caloporteur, rayonnement etc..An embodiment of the present invention provides that the filtration and / or compression device comprises an enclosure having a wall of which at least a portion is heated, and that the product to be dehydrated is heated by conduction from the heated portion of the wall. The portion of the wall of the enclosure that is heated may be fixed or movable. If the pressure is achieved by a piston, trays or other elements, it can be provided that the means for exerting pressure on the product to be dehydrated are heated. Heating can be achieved by any means: electrical resistance, heat transfer fluid, radiation etc.
Pour augmenter la quantité de liquide séparé du produit à déshydrater, une variante préférée du procédé selon l'invention prévoit que la première étape à basse pression est suivie d'une seconde étape à une seconde pression, cette seconde pression étant supérieure à la première pression et inférieure à 30 bars. On réalise ainsi une séparation supplémentaire qui permet d'augmenter le rendement du procédé. Avec certains produits, comme la bentonite par exemple, cette augmentation de rendement est sensible mais il a été remarqué avec certains autres produits que cette seconde étape à pression plus élevée ne permettait d'extraire que relativement peu de liquide. Dans cette seconde étape, la température reste de préférence inférieure à la température de vaporisation du liquide à extraire. Une variante préférée prévoit que dans la seconde étape la partie chauffée de la paroi reste à température sensiblement constante, cette température correspondant à la température de ladite partie chauffée de la paroi dans le dispositif de filtration et/ou de compression à la fin de la première étape.In order to increase the quantity of liquid separated from the product to be dehydrated, a preferred variant of the process according to the invention provides that the first low pressure step is followed by a second step at a second pressure, this second pressure being greater than the first pressure. and less than 30 bar. An additional separation is thus achieved which makes it possible to increase the efficiency of the process. With some products, such as bentonite for example, this increase in yield is noticeable but it has been noticed with some other products that this second step at higher pressure could extract relatively little liquid. In this second step, the temperature preferably remains lower than the vaporization temperature of the liquid to be extracted. A preferred variant provides that in the second step the heated portion of the wall remains at a substantially constant temperature, this temperature corresponding to the temperature of said heated portion of the wall in the filtration and / or compression device at the end of the first step.
Dans un procédé selon l'invention dans lequel le dispositif à déshydrater est disposé dans une enceinte dont une partie de la paroi est chauffée, alors, dans la seconde étape dudit procédé, la partie chauffée de la paroi reste de préférence à température sensiblement constante, cette température correspondant à la température de ladite partie chauffée de la paroi dans le dispositif de filtration et/ou de compression à la fin de la première étape de compression. Lorsque le liquide à éliminer contient majoritairement de l'eau, la partie chauffée de la paroi est portée à une température comprise par exemple entre 400C et 900C dans la première étape.In a process according to the invention in which the device to be dehydrated is disposed in an enclosure, part of the wall of which is heated, then, in the second stage of said process, the heated portion of the wall preferably remains at a substantially constant temperature, this temperature corresponding to the temperature of said heated portion of the wall in the filtering device and / or compression at the end of the first compression step. When the liquid to be removed contains mainly water, the heated portion of the wall is brought to a temperature of, for example, between 40 ° C. and 90 ° C. in the first step.
Le procédé selon l'invention peut également comporter, avant la première étape, une étape de déshydratation à température ambiante, sans apport de chaleur, à une pression correspondant à la première pression. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des rendements supérieurs avec une consommation énergétique moindre lorsqu'il est appliqué par exemple au prétraitement d'une biomasse humide, à l'exclusion du bois. La biomasse humide traitée ici peut être par exemple des céréales, des plantes fourragères, des plantes légumineuses, des plantes à fibres, des plantes oléagineuses, des plantes à colorant Parmi ces plantes, on peut ainsi par exemple citer à titre d'exemples non limitatifs la luzerne, le ray-grass, le soja et le pastel. Lorsque le procédé selon l'invention est appliqué à un prétraitement de biomasse humide, cette biomasse humide, après déshydratation mécanique assistée thermiquement, peut par exemple subir une étape finale de séchage thermique dans un sécheur, le sécheur étant alors avantageusement muni d'un échangeur de chaleur en sortie, et l'énergie des buées récupérée dans l'échangeur de chaleur étant au moins partiellement utilisée pour réaliser un chauffage lors des étapes précédentes du procédé. De cette manière, il est possible d'optimiser le bilan énergétique de toute la chaîne de traitement de la 86The method according to the invention may also comprise, before the first step, a dehydration step at room temperature, without the addition of heat, at a pressure corresponding to the first pressure. The process according to the invention makes it possible to obtain higher yields with a lower energy consumption when it is applied, for example, to the pretreatment of a wet biomass, excluding wood. The wet biomass treated here can be for example cereals, forage plants, leguminous plants, fiber plants, oleaginous plants, dye plants. Among these plants, it is thus possible for example to cite as non-limiting examples. alfalfa, ryegrass, soybean and pastel. When the process according to the invention is applied to a pretreatment of wet biomass, this wet biomass, after thermally assisted mechanical dehydration, may for example undergo a final step of thermal drying in a dryer, the dryer then being advantageously equipped with a heat exchanger heat output, and the fog energy recovered in the heat exchanger being at least partially used to achieve heating in the previous steps of the method. In this way, it is possible to optimize the energy balance of the entire treatment chain of the 86
biomasse mise en œuvre dans le procédé.biomass implemented in the process.
Un procédé selon l'invention peut aussi être appliqué par exemple à la déshydratation de déchets liquides ou pâteux, à l'exclusion des boues résiduaires urbaines et des boues d'eau potable. Il peut s'agir ici de boues industrielles telles par exemple des boues de papeterie ou bien encore d'un déchet tel de la bentonite sodique usagée.A method according to the invention can also be applied for example to the dehydration of liquid or pasty waste, excluding urban waste sludge and drinking water sludge. This may be industrial sludge such as for example paper sludge or even a waste such as sodium bentonite used.
Un procédé selon l'invention est également bien adapté à l'extraction de jus vert à partir d'une biomasse humide, à l'exclusion du bois. Il s'agit ici par exemple d'extraire un jus riche en protéines d'une plante telle la luzerne. Le liquide évacué au cours de la déshydratation est alors valorisé et n'est pas un déchet. Pour favoriser dans ce procédé la qualité du jus vert issu de la déshydratation mécanique assistée thermiquement, la température de la paroi chauffée reste avantageusement inférieure à 600C. De préférence, la température des parois chauffées est de l'ordre de 5O0C (+/- 2°C). Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels :A method according to the invention is also well suited to the extraction of green juice from a wet biomass, excluding wood. This is for example to extract a high protein juice from a plant such as alfalfa. The liquid discharged during the dehydration is then recovered and is not a waste. In order to favor in this process the quality of the green juice resulting from mechanical assisted dehydration, the temperature of the heated wall advantageously remains below 60 ° C. Preferably, the temperature of the heated walls is of the order of 50 ° C. ( +/- 2 ° C). Details and advantages of the present invention will emerge more clearly from the description which follows, made with reference to the appended diagrammatic drawings in which:
La figure 1 représente, en perspective avec une coupe partielle, une cellule de filtration/compression utilisée pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention,FIG. 1 represents, in perspective with a partial section, a filtration / compression cell used for the implementation of a method according to the invention,
La figure 2 illustre l'influence de la température lorsque le procédé selon l'invention est utilisé avec de la bentonite,FIG. 2 illustrates the influence of temperature when the process according to the invention is used with bentonite,
La figure 3 montre l'influence de la pression dans le procédé selon l'invention avec de la bentonite, La figure 4 montre l'influence de la température avec le procédé selon l'invention pour de la luzerne,FIG. 3 shows the influence of the pressure in the process according to the invention with bentonite; FIG. 4 shows the influence of the temperature with the process according to the invention for alfalfa,
La figure 5 montre l'influence de la température dans un procédé selon l'invention appliqué à une boue de papeterie,FIG. 5 shows the influence of temperature in a process according to the invention applied to a stationary sludge,
La figure 6 montre l'influence de la pression dans le procédé selon l'invention appliqué à une boue de papeterie,FIG. 6 shows the influence of the pressure in the process according to the invention applied to a stationary sludge,
La figure 7 illustre la cinétique de production de jus vert lors d'une déshydratation mécanique selon la présente invention, etFIG. 7 illustrates the kinetics of production of green juice during mechanical dewatering according to the present invention, and
La figure 8 illustre schématiquement un procédé de déshydratation mettant en œuvre une déshydratation mécanique et un séchage thermique. La figure 1 représente une cellule de filtration/compression pouvant être utilisée pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention. Cette cellule comporte d'une part un cylindre 2 destiné à recevoir un produit à déshydrater et d'autre part un piston 4 adapté au cylindre 2 de manière à pouvoir coulisser dans celui-ci. Le cylindre 2 est par exemple usiné dans du polytétrafluoroéthylène, connu sous la marque téflon et qui est un matériau isolant thermique. Le piston 4 quant à lui peut être par exemple réalisé en cuivre. Des résistances électriques 6 sont intégrées dans le piston 4 de manière à pouvoir chauffer celui-ci.Figure 8 schematically illustrates a dehydration process involving mechanical dewatering and thermal drying. FIG. 1 represents a filtration / compression cell that can be used for the implementation of a method according to the invention. This cell comprises firstly a cylinder 2 for receiving a product to be dewatered and secondly a piston 4 adapted to the cylinder 2 so as to slide therein. The cylinder 2 is for example machined in polytetrafluoroethylene, known under the brand Teflon and which is a thermal insulating material. The piston 4 can be made of copper, for example. Electrical resistors 6 are integrated in the piston 4 so as to heat it.
Une enveloppe extérieure 8, par exemple réalisée en acier, assure la résistance mécanique de l'ensemble.An outer casing 8, for example made of steel, provides the mechanical strength of the assembly.
Au fond du cylindre 2 se trouve un média filtrant 10 qui comporte d'une part un filtre en microfibres de verre déposé sur une grille réalisée par exemple dans un matériau de marque téflon. On remarque sous le média filtrant la présence d'un collecteur 12 de liquide. Une sortie 14 est prévue pour l'évacuation du liquide collecté au niveau du collecteur 12.At the bottom of the cylinder 2 is a filter medium 10 which comprises firstly a glass microfiber filter deposited on a grid made for example of a teflon brand material. It is noted under the filter media the presence of a collector 12 of liquid. An outlet 14 is provided for the evacuation of the liquid collected at the collector 12.
Une cellule de filtration/compression telle celle représentée sur la figure 1 est destinée à être insérée dans une presse hydraulique (non représentée), par exemple une presse hydraulique de marque Carver.A filtration / compression cell such as that shown in Figure 1 is intended to be inserted into a hydraulic press (not shown), for example a Carver hydraulic press.
Pour la mise en œuvre du procédé, le produit à déshydrater est versé dans le cylindre 2 de la cellule de filtration/compression. Le piston 4 est ensuite introduit dans le cylindre 2 et vient comprimer le produit à déshydrater. Une pression constante est alors exercée par ce piston 4 sur le produit à déshydrater se trouvant dans le cylindre 2. Un filtrat s'écoule à travers le média filtrant 10 vers le collecteur 12 et est évacué par la sortie 14. Dans un mode de réalisation préféré, le procédé de déshydratation mécanique assisté thermiquement selon l'invention comporte deux phases principales :For the implementation of the method, the product to be dehydrated is poured into the cylinder 2 of the filtration / compression cell. The piston 4 is then introduced into the cylinder 2 and compresses the product to be dehydrated. A constant pressure is then exerted by this piston 4 on the product to be dehydrated in the cylinder 2. A filtrate flows through the filter medium 10 to the collector 12 and is discharged through the outlet 14. In one embodiment preferred, the thermally assisted mechanical dehydration process according to the invention comprises two main phases:
- une première phase de déshydratation à une première pression P1 au cours de laquelle le piston est chauffé pour être à une température T, eta first phase of dehydration at a first pressure P1 during which the piston is heated to be at a temperature T, and
- une seconde phase de déshydratation à pression plus élevée P2 > P1. La température du piston T reste ici identique à sa température à la fin de la première phase.a second dehydration phase at a higher pressure P2> P1. The temperature of the piston T remains here identical to its temperature at the end of the first phase.
La première phase peut être subdivisée en deux sous-phases : tout d'abord une première sous-phase où le produit à déshydrater est mis sous pression à température ambiante et une seconde sous-phase où le piston monte en température jusqu'à atteindre la température T.The first phase can be subdivided into two sub-phases: all firstly a first sub-phase where the product to be dehydrated is pressurized at ambient temperature and a second sub-phase where the piston rises in temperature until reaching the temperature T.
Le procédé selon l'invention a été appliqué à titre d'exemples non limitatifs à de la bentonite, à de la luzerne et à des boues de papeterie. Pour la bentonite et la luzerne, la pression P1 a été choisie à 3 bars tandis que, pour les boues de papeterie, la pression P1 vaut 1,78 bar. Ces valeurs correspondent à un mode de réalisation préféré et sont données ici à titre illustratif et non limitatif.The process according to the invention has been applied as non-limiting examples to bentonite, alfalfa and paper mills. For bentonite and alfalfa, the pressure P1 was chosen at 3 bar while, for the paper sludge, the pressure P1 is 1.78 bar. These values correspond to a preferred embodiment and are given here by way of illustration and not limitation.
La pression P2 au cours de la deuxième phase est choisie supérieure à la pression P1 en restant toutefois de préférence inférieure à 30 bars.The pressure P2 during the second phase is chosen to be greater than the pressure P1, but remains preferably less than 30 bars.
Les figures 2 et 3 montrent les résultats obtenus avec de la bentonite. Ce matériau minéral est utilisé dans le domaine du génie civil pour fixer des sols et des talus lors de travaux. Il s'agit d'une argile qui a subi un traitement pour lui conférer des propriétés plastiques particulières. En fin de chantier, la bentonite est récupérée et réutilisée tant que ses propriétés rhéologiques ne sont pas altérées. En fin de cycle, le produit est stocké. On remarque que la bentonite ainsi stockée contient environ 90% d'eau. Il est donc intéressant de déshydrater cette bentonite d'une part pour limiter sa masse durant son transport et d'autre part pour limiter son volume. La figure 2 illustre le pourcentage massique d'eau éliminée pendant la première phase, en fonction de la température du piston 4. La durée de cette première phase est fixée ici à 3 heures. De même que les autres valeurs numériques indiquées, cette valeur est donnée à titre illustratif et non limitatif. Avec une telle durée, un gradient de température s'établit dans le produit à déshydrater se trouvant dans la cellule de filtration/compression. Le chauffage du produit à déshydrater est réalisé ici par conduction. En disposant des résistances chauffantes dans les parois du cylindre 2, on pourrait obtenir une montée en température du produit à déshydrater plus rapide et ainsi diminuer la durée de la phase 1. D'autres modes de chauffage peuvent être envisagés. On peut ainsi notamment prévoir de chauffer le produit avant de l'introduire dans la cellule de filtration/compression. Cette solution n'est pas préférée car elle oblige à chauffer de l'eau (ou autre liquide) qui est ensuite éliminée - chaude - lors de la mise sous pression du produit à déshydrater dans la cellule de filtration/compression.Figures 2 and 3 show the results obtained with bentonite. This mineral material is used in the field of civil engineering to fix soil and embankments during construction. It is a clay that has been treated to give it special plastic properties. At the end of the worksite, the bentonite is recovered and reused as long as its rheological properties are not altered. At the end of the cycle, the product is stored. It is noted that the bentonite thus stored contains about 90% water. It is therefore interesting to dehydrate this bentonite on the one hand to limit its mass during transport and on the other hand to limit its volume. FIG. 2 illustrates the mass percentage of water removed during the first phase, as a function of the temperature of the piston 4. The duration of this first phase is fixed here at 3 hours. As well as the other numerical values indicated, this value is given for illustrative and not limiting. With such a duration, a temperature gradient is established in the product to be dehydrated in the filtration / compression cell. The heating of the product to be dehydrated is carried out here by conduction. By having heating resistors in the walls of the cylinder 2, it could be possible to increase the temperature of the product to be dehydrated faster and thus reduce the duration of the phase 1. Other heating modes can be envisaged. In particular, it is possible to heat the product before introducing it into the filtration / compression cell. This solution is not preferred because it requires heating water (or other liquid) which is then removed - hot - during the pressurization of the product to be dehydrated in the filtration / compression cell.
Le pourcentage massique d'eau éliminée est calculé de la manière 8 suivante : il s'agit du rapport entre la masse d'eau séparée durant une phase du procédé et la masse totale d'eau dans le matériau. Ce rapport est toujours inférieur à 1 et est exprimé en pourcentage sur les figures.The mass percentage of water removed is calculated in the same way 8 next: it is the ratio between the mass of water separated during a phase of the process and the total mass of water in the material. This ratio is always less than 1 and is expressed as a percentage in the figures.
La figure 2 représente le pourcentage massique d'eau éliminée au bout de 3 heures pour différentes températures du piston 4. La température T du piston varie ici entre 210C et 9O0C. On constate que la quantité d'eau éliminée croît avec la température du piston. Pour des températures de l'ordre de 80 à 900C, on remarque que 70% de l'eau contenue dans la bentonite est éliminée. Selon les besoins de l'utilisateur, cette réduction de masse de la bentonite peut être suffisante.FIG. 2 represents the mass percentage of water removed after 3 hours for different temperatures of the piston 4. The temperature T of the piston varies here between 21 ° C. and 90 ° C. It is found that the quantity of water eliminated increases with the temperature of the piston. For temperatures of the order of 80 to 90 ° C., it is noted that 70% of the water contained in the bentonite is removed. Depending on the needs of the user, this mass reduction of the bentonite may be sufficient.
Lorsqu'une déshydratation plus poussée est souhaitée, la deuxième phase de déshydratation peut être réalisée. Dans le cas de figure représenté sur la figure 3, on a choisi de fixer la température du piston à 800C. Comme il ressort de la figure 2, 70% de l'eau est éliminée au cours de la première phase. Cette valeur est reprise sur la figure 3. Cette figure montre quelle quantité d'eau peut être encore éliminée durant la seconde phase en fonction de la pression appliquée au produit à déshydrater durant cette seconde phase. La durée de cette seconde phase est ici de 2 heures.When further dehydration is desired, the second dehydration phase can be performed. In the scenario shown in Figure 3 was chosen to set the piston of the temperature to 80 0 C. As is apparent from Figure 2, 70% of the water is removed during the first phase. This value is shown in Figure 3. This figure shows how much water can be removed during the second phase depending on the pressure applied to the product to be dehydrated during this second phase. The duration of this second phase is here of 2 hours.
Sur la gauche de la figure 3, on a choisi P2 = 7 bars tandis que la partie droite de cette figure, on a choisi P2 = 26 bars. On remarque ici que la seconde phase permet de retirer une quantité d'eau assez importante (environ 25% de l'eau contenue initialement dans le produit). On remarque également qu'à 26 bars presque toute l'eau contenue dans la bentonite est éliminée. Il est donc a priori inutile d'essayer d'augmenter la pression P2. La présente invention peut également être mise en œuvre avec de la luzerne. Parmi les pratiques impliquant une conservation du fourrage de luzerne, la déshydratation industrielle est une alternative à l'ensilage et à la déshydratation au champ. La déshydratation permet de préserver au mieux les qualités initiales du fourrage. Ce procédé de transformation s'est fortement développé en France qui est devenu l'un des principaux producteurs de fourrage déshydraté en Europe. La production de luzerne déshydratée est actuellement de l'ordre de 12 à 15 tonnes de matière sèche par hectare et par an. Toutefois, le coût actuel de l'énergie pénalise fortement ce mode de traitement.On the left of Figure 3, we chose P2 = 7 bar while the right part of this figure, we chose P2 = 26 bar. It should be noted here that the second phase makes it possible to withdraw a fairly large quantity of water (approximately 25% of the water initially contained in the product). It is also noted that at 26 bar almost all the water contained in the bentonite is removed. It is therefore a priori useless to try to increase the pressure P2. The present invention can also be implemented with alfalfa. Among the practices involving alfalfa forage conservation, industrial dewatering is an alternative to silage and dehydration in the field. Dehydration allows the best preservation of the initial qualities of the forage. This process of transformation has developed strongly in France, which has become one of the leading producers of dehydrated fodder in Europe. Dehydrated alfalfa production is currently in the range of 12 to 15 tonnes of dry matter per hectare per year. However, the current cost of energy strongly penalizes this mode of treatment.
La déshydratation de la luzerne est actuellement réalisée par des procédés dits "en voie sèche", c'est-à-dire en mettant en œuvre exclusivement un séchage thermique et conduisant à la valorisation du tourteau en alimentation animale, ou bien des procédés, dits "en voie humide". Ces derniers mettent en œuvre une étape préalable de déshydratation par presse à vis. Ces procédés "en voie humide" permettent de séparer une phase aqueuse Ous vert) -, qui est riche en protéines et en pigments naturels. De tels procédés permettent donc d'obtenir d'une part le tourteau pour l'alimentation animale et d'autre part de valoriser le jus vert en alimentation animale ou humaine.The dehydration of alfalfa is currently carried out by so-called "dry processes", that is to say by implementing exclusively a thermal drying and leading to the development of the meal in animal feed, or processes, called "wet". The latter implement a prior step of dehydration by screw press. These "wet processes" make it possible to separate an aqueous phase (or green) - which is rich in proteins and natural pigments. Such processes thus make it possible to obtain, on the one hand, the meal for animal feed and, on the other hand, to enhance the use of green juice in animal or human nutrition.
Le procédé selon l'invention permet d'augmenter le rendement de la séparation.The process according to the invention makes it possible to increase the yield of the separation.
Pour l'application du procédé à de la luzerne, la durée de la première phase a été fixée à 4 heures. Celle de la seconde phase a été fixée quant à elle à 2 heures.For the application of the process to alfalfa, the duration of the first phase was fixed at 4 hours. That of the second phase was fixed at 2 hours.
Sur les dessins, seuls les résultats de la séparation à l'issue de la phase 1 sont représentés. Il a été remarqué que la phase aqueuse (le jus vert) est principalement éliminée pendant la première phase du procédé et que seules de faibles quantités d'eau (jus vert) sont éliminées au cours de la seconde phase du procédé. Pour la luzerne, l'impact de la température est prépondérant comme le montre notamment la figure 4. On remarque ainsi que pour une température de 800C, il est possible d'extraire 80% de l'eau contenue dans la luzerne.In the drawings, only the results of the separation at the end of phase 1 are shown. It has been noticed that the aqueous phase (the green juice) is mainly removed during the first phase of the process and that only small amounts of water (green juice) are removed during the second phase of the process. For alfalfa, the impact of temperature is preponderant, as shown in particular in Figure 4. It is thus noted that for a temperature of 80 0 C, it is possible to extract 80% of the water contained in alfalfa.
La siccité est un paramètre utilisé pour indiquer le pourcentage massique de matière sèche contenue dans un produit. La siccité d'un produit est donc le rapport entre la masse sèche contenue dans ce produit et la masse totale du produit. Ici également, il s'agit d'un rapport inférieur à 1 qui est exprimé en pourcentage. La siccité peut être également considérée comme le rapport de la masse sèche du produit sur la somme de la masse sèche et de la masse d'eau de ce produit.Dryness is a parameter used to indicate the percentage by mass of dry matter contained in a product. The dryness of a product is therefore the ratio between the dry mass contained in this product and the total mass of the product. Here too, it is a ratio of less than 1 which is expressed as a percentage. Dryness can also be considered as the ratio of the dry mass of the product to the sum of the dry mass and the water content of this product.
Il est intéressant ici de comparer le procédé selon l'invention avec un procédé classiquement utilisé pour déshydrater de la luzerne "en voie humide". On suppose que la luzerne présente une siccité initiale de 20%. Des procédés classiques de pressage permettent d'obtenir une siccité de 32,5%. Après séchage dans un sécheur thermique, la siccité finale est d'environ 87%.It is interesting here to compare the process according to the invention with a method conventionally used to dehydrate alfalfa "wet". Alfalfa is assumed to have an initial dryness of 20%. Conventional pressing methods make it possible to obtain a dryness of 32.5%. After drying in a thermal dryer, the final dryness is about 87%.
Avec le procédé de déshydratation selon l'invention, il est possible d'augmenter la siccité intermédiaire de la luzerne, avant son introduction dans un sécheur thermique. Les résultats obtenus en laboratoire montrent que l'on peut obtenir une siccité intermédiaire de 62,5% en utilisant un procédé de déshydratation mécanique assistée thermiquement selon l'invention. Ceci permet d'une part de séparer une quantité de liquide (jus vert) bien plus importante et d'autre part de limiter l'énergie nécessaire pour atteindre l'objectif de 87% de siccité dans un sécheur thermique.With the dehydration process according to the invention, it is possible to increase the intermediate dryness of alfalfa, before its introduction into a thermal dryer. The results obtained in the laboratory show that an intermediate dryness of 62.5% can be obtained by using a thermally assisted mechanical dehydration process according to the invention. This makes it possible, on the one hand, to separate a much larger amount of liquid (green juice) and, on the other hand, to limit the energy required to reach the 87% dryness objective in a thermal dryer.
En effet, si l'on raisonne sur la base d'une tonne de luzerne déshydratée à l'heure, avec les données indiquées plus haut, selon un procédé de l'art antérieur, la quantité de liquide (jus vert) séparé par voie mécanique (pour arriver à la siccité intermédiaire de 32,5%) s'élève à 380 kg/h et la quantité d'eau évaporée dans le sécheur thermique pour arriver à une siccité finale de 87% est de 390 kg/h.Indeed, if one reasons on the basis of a tonne of alfalfa dehydrated per hour, with the data indicated above, according to a process of the prior art, the amount of liquid (green juice) separated by a route mechanical (to achieve the intermediate dryness of 32.5%) is 380 kg / h and the amount of water evaporated in the heat dryer to achieve a final dryness of 87% is 390 kg / h.
En utilisant le procédé selon l'invention, en partant d'une siccité initiale de 20% pour arriver à une siccité finale de 87%, en passant par une siccité intermédiaire de 62,5%, la quantité de liquide (jus vert) produit est de 680 kg/h et la quantité d'eau évaporée dans le sécheur thermique est de 90 kg/h.Using the process according to the invention, starting from an initial dryness of 20% to reach a final dryness of 87%, passing through an intermediate dryness of 62.5%, the amount of liquid (green juice) produced is 680 kg / h and the amount of water evaporated in the thermal dryer is 90 kg / h.
Cet exemple numérique (réaliste) illustre les gains qui peuvent être obtenus pour la déshydratation de la luzerne. Le gain massique en jus vert est de plus de 75% tandis que la quantité d'eau à évaporer est environ divisée par quatre.This (realistic) numerical example illustrates the gains that can be made for the dehydration of alfalfa. The mass gain in green juice is more than 75% while the amount of water to be evaporated is approximately divided by four.
La figure 7 montre l'influence de la température de chauffage sur la cinétique d'extraction de jus vert de luzerne. Le procédé mis en œuvre pour l'obtention des deux courbes de la figure 7 comporte les étapes suivantes :Figure 7 shows the influence of heating temperature on alfalfa green juice extraction kinetics. The method used to obtain the two curves of FIG. 7 comprises the following steps:
- déshydratation à faible pression et à température ambiante, - déshydratation à faible pression et chauffage du piston, etdehydration at low pressure and at ambient temperature, dehydration at low pressure and heating of the piston, and
- incrément de la pression et maintien de la température du piston constante (par rapport à l'étape précédente).- Increasing the pressure and maintaining the constant piston temperature (compared to the previous step).
Des expériences ont montré que pour obtenir un jus vert riche en protéines ainsi qu'un bon rendement, la température de la paroi chauffée était de préférence de l'ordre de 500C.Experiments have shown that to obtain a green juice rich in proteins and a good yield, the temperature of the heated wall was preferably of the order of 50 ° C.
La figure 8 illustre une filière de déshydratation du tourteau de luzerne. Deux étapes sont représentées ici : une première étape de déshydratation mécanique et une étape de séchage thermique. Avant la première étape, la siccité de la luzerne est Sinmaie. entre les deux étapes elle est Sintemédiaire et après la seconde étape, elle est Sfjnaie-Figure 8 illustrates a dehydration pathway for alfalfa cake. Two stages are represented here: a first stage of mechanical dehydration and a stage of thermal drying. Before the first stage, the dryness of alfalfa is Sinmaie. between the two stages it is Sintmediary and after the second step she is Sfj na ie-
On considère que l'énergie fournie lors de la première étape est X1, exprimée en kWh par tonne d'eau séparée et que l'énergie fournie lors de la seconde étape est X2, exprimée en kWh par tonne d'eau séparée La filière conventionnelle, selon l'art antérieur à la présente invention, comporte :It is considered that the energy supplied in the first step is X 1 , expressed in kWh per ton of separated water and that the energy supplied in the second step is X 2 , expressed in kWh per tonne of separated water. Conventional die, according to the prior art to the present invention, comprises:
- une séparation mécanique, pour laquelle il est d'usage de considérer que la consommation énergétique d'un filtre presse est comprise entre 1 et 10 kWh par tonne d'eau séparée, c'est-à-dire que Xi est compris entre 1 et 10. Une consommation de 10 kWh/t d'eau séparée a été retenue ici (soit Xi = 10).a mechanical separation, for which it is customary to consider that the energy consumption of a filter press is between 1 and 10 kWh per tonne of separated water, that is to say that Xi is between 1 and 10. A consumption of 10 kWh / t of separated water was retained here (ie Xi = 10).
- un séchage thermique conventionnellement réalisé dans un sécheur de type four tournant. Le fluide caloporteur entre dans le four à une température de 700 à 8000C et ressort avec une température supérieure à 100°C. La consommation énergétique de ce type d'installation est estimée à environ 800 kWh/t d'eau évaporée, soit X2 = 800. Il est connu ici d'utiliser par exemple un pré-sécheur à basse température, utilisant de l'air neuf à 700C préchauffé dans un échangeur air/eau grâce à la condensation des buées sortant du four tournant. Un tel pré-sécheur a été développé pour réduire la consommation énergétique associée à la séparation thermique. La consommation globale du pré-sécheur et du four tournant est alors d'environ 580 kWh/t d'eau évaporée (X2 = 580), la température d'entrée du fluide caloporteur dans le four tournant devant être abaissée à 400°C.a thermal drying conventionally carried out in a rotary kiln dryer. The coolant enters the oven at a temperature of 700 to 800 0 C and leaves with a temperature above 100 ° C. The energy consumption of this type of installation is estimated at about 800 kWh / t of evaporated water, ie X 2 = 800. It is known here to use for example a low-temperature pre-dryer, using air nine at 70 0 C preheated in an air / water heat exchanger due to condensation of steam coming out of the rotary kiln. Such a pre-dryer has been developed to reduce the energy consumption associated with thermal separation. The overall consumption of the pre-dryer and the rotary kiln is then about 580 kWh / t of evaporated water (X 2 = 580), the inlet temperature of the heat transfer fluid in the rotary kiln to be lowered to 400 ° C. .
En supposant un débit de luzerne d'une tonne par heure, une siccité Smitiaie de la plante de 20%, une siccité après déshydratation mécanique Smtermédiaire de 32.5% et une siccité finale Sfjnaie après séchage thermique de 87%, la puissance consommée sur la filière conventionnelle s'élève à 312,25 kW pour la filière intégrant le four tournant et à 227,44 kW pour la filière intégrant le pré- sécheur en amont du four tournant. Ces résultats sur la filière globale peuvent également s'exprimer en terme de consommation spécifique, ce qui donne 405,45 kWh/t d'eau pour la filière intégrant le four tournant et 295,33 kWh/t d'eau pour la filière intégrant le pré-sécheur en amont du four tournant.Assuming a flow rate of alfalfa one ton per hour, a Smi dryness t i a i e of the plant by 20%, a dryness after Smtermédiaire mechanical dewatering of 32.5% and a final SFJ na ie dryness after heat drying of 87% , the power consumed on the conventional sector amounts to 312.25 kW for the die integrating the rotary kiln and 227.44 kW for the die integrating the pre-dryer upstream of the rotary kiln. These results on the global sector can also be expressed in terms of specific consumption, which gives 405.45 kWh / t of water for the sector integrating the rotary kiln and 295.33 kWh / t of water for the integrated sector. the pre-dryer upstream of the rotary kiln.
Dans une filière selon la présente invention, le filtre presse est remplacé par un dispositif mettant en œuvre un procédé de déshydratation assisté thermiquement tel que décrit par exemple plus haut. La consommation d'énergie 1586In a die according to the present invention, the filter press is replaced by a device implementing a thermally assisted dehydration process as described for example above. Energy consumption 1586
12 associée à cette séparation mécanique assistée thermiquement a été déterminée grâce au pilote de laboratoire décrit plus haut. Les valeurs sont reportées dans le tableau suivant pour différents températures de paroi du piston.12 associated with this thermally assisted mechanical separation was determined by the laboratory pilot described above. The values are shown in the following table for different piston wall temperatures.
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Tableau 1 Consommation énergétique du procédé de déshydratation assistéeTable 1 Energy consumption of the assisted dehydration process
Les valeurs dans ce tableau sont probablement un peu surévaluées.The values in this table are probably a bit overvalued.
Avec une base de calcul identique, à savoir un débit de luzerne d'une tonne par heure, une siccité initiale S^uaie de la plante de 20% et une siccité finale Sfinaie après séchage thermique de 87%, on obtient les consommations suivantes sur la filière selon la présente invention intégrant uniquement le four tournant :With an identical calculation basis, namely alfalfa rate one tonne per hour, an initial dryness uai S ^ e of the plant by 20% and a final dryness S e f ina after heat drying of 87% is obtained the following consumptions on the die according to the present invention integrating only the rotary kiln:
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002
Tableau 2 Consommation énergétique de la filière alternative intégrant une déshydratation mécanique assistée thermiquement et un séchage en four tournantTable 2 Energy consumption of the alternative sector including thermally assisted mechanical dehydration and kiln drying
On peut noter ici qu'en récupérant l'énergie contenue dans les buées sortant du four tournant, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, on peut encore diminuer la consommation d'énergie de la filière globale.It can be noted here that by recovering the energy contained in the steam coming out of the rotary furnace, by means of a heat exchanger, it is possible to further reduce the energy consumption of the overall system.
Les mêmes calculs effectués pour la filière selon l'invention en intégrant le pré-sécheur en amont du four tournant conduisent à :The same calculations made for the die according to the invention by integrating the pre-dryer upstream of the rotary furnace lead to:
Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0003
Tableau 3 Consommation énergétique de la filière alternative intégrant une déshydratation mécanique assistée thermiquement et un pré-séchage à basse température en amont du four tournantTable 3 Energy consumption of the alternative sector integrating thermally assisted mechanical dehydration and low temperature pre-drying upstream of the rotary kiln
Dans cette configuration, l'énergie contenue dans les buées sortant du four tournant a déjà été valorisée. Les figures 5 et 6 concernent les résultats FR2008/001586In this configuration, the energy contained in the steam coming out of the rotary kiln has already been enhanced. Figures 5 and 6 relate to the results FR2008 / 001586
13 obtenues avec des boues de papeterie en utilisant le procédé selon l'invention.13 obtained with stationary sludge using the process according to the invention.
Ces figures correspondent aux figures 2 et 3 décrites en application à de la bentonite. La durée de la première phase est ici de 30 minutes tandis que la seconde phase dure 15 minutes. La figure 5 montre que, pour des boues de papeterie, l'influence de la température est relativement faible pour la première phase. En effet, alors qu'àThese figures correspond to Figures 2 and 3 described in application to bentonite. The duration of the first phase is 30 minutes while the second phase lasts 15 minutes. Figure 5 shows that for paper sludge, the influence of temperature is relatively low for the first phase. Indeed, while
25°C le pourcentage massique d'eau éliminée est de l'ordre de 66%, il n'est que d'environ 67,5% à 800C.25 ° C the percentage by weight of water removed is of the order of 66%, it is only about 67.5% at 80 0 C.
La seconde phase est ici intéressante car elle permet d'éliminer de l'ordre de 15 à 20% d'eau supplémentaire. On remarque ici que plus la pression est importante, plus la quantité d'eau séparée est elle aussi importante. Sur la figure 6, on remarque une variation de quelques pourcents pour le passage d'une pression P2 de 7,3 bars à 10,7 bars.The second phase is interesting here because it allows to eliminate about 15 to 20% additional water. We note here that the higher the pressure, the more the quantity of separated water is also important. In Figure 6, there is a variation of a few percent for the passage of a pressure P2 of 7.3 bars to 10.7 bars.
Comme il ressort de la description qui précède, l'intérêt du procédé de déshydratation mécanique assistée thermiquement selon l'invention est avéré pour la déshydratation de bentonite et de plantes fourragères, telles la luzerne.As is clear from the foregoing description, the interest of the thermally assisted mechanical dehydration process according to the invention is proven for the dehydration of bentonite and forage plants, such as alfalfa.
Des applications dans le domaine agroalimentaire peuvent être envisagées. Le procédé décrit plus haut peut être utilisé pour des plantes, notamment des plantes ligneuses, des légumineuses herbacées, des tomates, des betteraves, etc.. Des sous-produits agricoles ou déchets verts, peuvent également être traités avec un procédé selon l'invention.Applications in the agri-food field can be envisaged. The method described above can be used for plants, especially woody plants, herbaceous legumes, tomatoes, beets, etc. Agricultural by-products or green waste, can also be treated with a method according to the invention. .
Dans le domaine minier, d'autres matériaux que la bentonite peuvent être traités. On peut ainsi appliquer le procédé selon l'invention à de la barytine, de la fluorine ou à divers minéraux argileux. De manière générale, la présente invention peut être appliqué à toute biomasse en excluant toutefois de la définition qui suit le bois et les boues résiduaires ainsi que les boues d'eau potable. Par biomasse on entend :In the mining field, other materials than bentonite can be processed. The process according to the invention can thus be applied to barite, fluorine or various clay minerals. In general, the present invention can be applied to any biomass but excludes the following definition of wood and sludge as well as drinking water sludge. Biomass means:
- le bois, sous forme de bûches, granulés et plaquettes ; - les sous-produits du bois qui recouvrent l'ensemble des déchets produits par l'exploitation forestière (branchage, écorces, sciures...), par les scieries (sciures, plaquettes...), par les industries de transformation du bois- wood, in the form of logs, pellets and platelets; - wood by-products that cover all the waste produced by logging (branching, bark, sawdust ...), sawmills (sawdust, chips ...), by the wood-processing industries
(menuiseries, fabricants de meubles, parquets) et par les fabricants de panneaux ainsi que les emballages tels que les palettes ; - les sous-produits de l'industrie tels les boues issues de la pâte à papier (liqueur noire) et les déchets des industries agroalimentaires (marcs de raisin et de café, pulpes et pépins de raisin etc.) ;(joineries, furniture manufacturers, flooring) and panel manufacturers as well as packaging such as pallets; - industrial by-products such as sludge from paper pulp (black liquor) and waste from agri-food industries (grape and coffee grounds, pulp and grape seeds, etc.);
- les produits issus de l'agriculture traditionnelle (céréales, oléagineux), résidus tels que la paille, la bagasse (résidus ligneux de la canne à sucre) et les nouvelles plantations à vocation énergétique telles que les taillis à courte rotation (saules, miscanthus, etc.);- products from traditional agriculture (cereals, oilseeds), residues such as straw, bagasse (ligneous residues from sugar cane) and new energy plantations such as short rotation coppices (willow, miscanthus) , etc.);
- les déchets organiques tels que les déchets urbains comprenant les boues d'épuration, les ordures ménagères, et les déchets en provenance de l'agriculture tels que les effluents agricoles. Dans l'art antérieur, de nombreux équipements ont été développés pour intensifier les procédés de déshydratation conventionnels. Toutefois, dans la pratique, les procédés développés répondent globalement à une problématique différente de celle de la présente invention, puisqu'il s'agit fondamentalement de procédés de séchage. La plupart des procédés connus reposent sur la technologie du filtre presse. Cette technologie facilite la mise en place d'un dispositif de chauffage. En effet, un filtre presse comporte des plateaux creux permettant la circulation d'un fluide caloporteur. Néanmoins, les plateaux du filtre presse étant disjoints, la circulation du fluide caloporteur dans chacun des plateaux rend l'installation compliquée. En outre, les conditions d'utilisation visent à sécher par contact le gâteau après l'avoir déshydraté mécaniquement. Des problèmes de collage (cuisson) du gâteau de filtration apparaissent couramment sur les plateaux chauffants et empêchent, ou ralentissent, la vidange du filtre presse. Pour abaisser alors la température de fonctionnement, un vide partiel doit être réalisé. L'inconvénient majeur de cette technologie de l'art antérieur réside dans son fonctionnement batch. Une technologie mettant en œuvre un filtre à bandes a été mis au point dans le cadre du séchage impulsionnel par les papetiers qui maîtrisent bien cette technique pour la fabrication du papier. L'apport de chaleur est plus difficile à implémenter car la rotation des rouleaux rend compliquée la circulation de fluides caloporteurs pour les chauffer. Une alternative consiste cependant à réaliser un chauffage par induction. Un autre inconvénient concerne la compacité du procédé puisque le produit est disposé en couche mince d'épaisseur inférieure à 1 mm.- organic waste such as urban waste including sewage sludge, household waste, and waste from agriculture such as agricultural effluents. In the prior art, many pieces of equipment have been developed to intensify conventional dewatering processes. However, in practice, the processes developed globally respond to a problem different from that of the present invention, since they are basically drying processes. Most known methods rely on press filter technology. This technology facilitates the installation of a heating device. Indeed, a filter press comprises hollow trays for the circulation of a coolant. Nevertheless, the plates of the filter press being disjoint, the circulation of the coolant in each of the trays makes the installation complicated. In addition, the conditions of use are intended to dry contact the cake after having dehydrated mechanically. Problems of sticking (baking) of the filter cake commonly appear on the heating plates and prevent or slow down the emptying of the filter press. To then lower the operating temperature, a partial vacuum must be realized. The major disadvantage of this technology of the prior art lies in its batch operation. A technology using a band filter has been developed in the context of pulse drying by papermakers who are well versed in this technique for papermaking. The heat input is more difficult to implement because the rotation of the rollers makes it difficult to circulate heat transfer fluids to heat them. An alternative, however, is to provide induction heating. Another disadvantage relates to the compactness of the process since the product is disposed in a thin layer less than 1 mm thick.
Par opposition, la présente invention, dans ce mode de réalisation préféré, repose sur deux étapes de séparation assistées thermiquement : une 15 première étape, de filtration ou de compression selon le matériau déshydraté, à basse pression (de l'ordre de 3 bars dans un mode de réalisation préféré) suivie d'une étape de séparation à plus haute pression, la température du piston restant constante. Dans un tel procédé selon l'invention, la première étape permet de séparer à moindre coût une grande quantité de liquide. Pendant la seconde phase de séparation, un gain de siccité important peut être espéré, selon les produits déshydratés, même à faible pression (de l'ordre de 7 bars). Par ailleurs, la séparation est plus rapide qu'à température ambiante. Pour passer à un procédé en continu, compte tenu des pressions à mettre en œuvre, la technologie de la presse à vis peut être utilisée dans la présente invention. Comme déjà évoqué plus haut, il est possible de chauffer non seulement les pièces exerçant une pression mais également les autres parois en contact avec le produit à déshydrater. Ce chauffage peut être réalisé à l'aide de résistances électriques mais également en utilisant un fluide caloporteur (huile thermique, eau chaude, vapeur, air chaud, buées issues d'un sécheur...).In contrast, the present invention, in this preferred embodiment, relies on two thermally assisted separation steps: a First stage, filtration or compression depending on the dehydrated material, at low pressure (of the order of 3 bars in a preferred embodiment) followed by a separation step at higher pressure, the piston temperature remaining constant . In such a method according to the invention, the first step makes it possible to separate a large quantity of liquid at a lower cost. During the second phase of separation, a significant increase in dryness can be expected, depending on the dehydrated products, even at low pressure (of the order of 7 bars). Moreover, the separation is faster than at room temperature. To proceed to a continuous process, given the pressures to be implemented, the technology of the screw press can be used in the present invention. As already mentioned above, it is possible to heat not only the parts exerting pressure but also the other walls in contact with the product to be dehydrated. This heating can be achieved using electrical resistances but also by using a coolant (thermal oil, hot water, steam, hot air, steam from a dryer ...).
La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs et aux variantes évoquées. Elle concerne également les autres variantes et applications à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. The present invention is not limited to the embodiments described above by way of non-limiting examples and the variants mentioned. It also relates to other variants and applications within the scope of the skilled person within the scope of the claims below.

Claims

0158616REVENDICATIONS 0158616REVENDICATIONS
1. Procédé de déshydratation mécanique assistée thermiquement dans lequel un produit à déshydrater est introduit dans un dispositif de filtration et/ou de compression et dans lequel un apport de chaleur est réalisé, caractérisé en ce qu'il comporte une première étape à une première pression inférieure à 7 bars au cours de laquelle le produit à déshydrater est chauffé à une température inférieure à la température d'évaporation du liquide à éliminer et le liquide à éliminer est récupéré au fur et à mesure, cette première étape ayant une durée comprise entre 5 minutes et plusieurs heures. 1. Thermally assisted mechanical dehydration process in which a product to be dehydrated is introduced into a filtration and / or compression device and in which a heat input is produced, characterized in that it comprises a first step at a first pressure. less than 7 bar during which the product to be dehydrated is heated to a temperature below the evaporation temperature of the liquid to be removed and the liquid to be removed is recovered as and when, this first step having a duration of between minutes and several hours.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première pression est comprise entre 1 ,5 et 4 bars.2. Method according to claim 1, characterized in that the first pressure is between 1, 5 and 4 bar.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de filtration et/ou compression comporte une enceinte (2, 4) présentant une paroi dont une partie au moins est chauffée, et en ce que le produit à déshydrater est chauffé par conduction à partir de la partie chauffée de la paroi.3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the filtering device and / or compression comprises an enclosure (2, 4) having a wall of which at least a portion is heated, and in that the product to be dehydrated is heated by conduction from the heated portion of the wall.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première étape à une première pression est suivie d'une seconde étape à une seconde pression, cette seconde pression étant supérieure à la première pression et inférieure à 30 bars.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first step at a first pressure is followed by a second step at a second pressure, the second pressure being greater than the first pressure and less than 30 bar. .
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde étape est réalisée à température inférieure à la température d'évaporation du liquide à extraire.5. Method according to claim 4, characterized in that the second step is carried out at a temperature below the evaporation temperature of the liquid to be extracted.
6. Procédé selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que dans la seconde étape la partie chauffée de la paroi reste à température sensiblement constante, cette température correspondant à la température de ladite partie chauffée de la paroi dans le dispositif de filtration et/ou de compression à la fin de la première étape de compression.6. Method according to claims 3 and 5, characterized in that in the second step the heated portion of the wall remains at substantially constant temperature, this temperature corresponding to the temperature of said heated portion of the wall in the filter device and / or compression at the end of the first compression step.
7. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 6, caractérisé en ce que le liquide à éliminer contient majoritairement de l'eau, et en ce que la partie chauffée de la paroi est portée à une température comprise entre 400C et 9O0C dans la première étape.7. Method according to one of claims 3 or 6, characterized in that the liquid to be removed contains mainly water, and in that the heated portion of the wall is heated to a temperature between 40 0 C and 9O 0 C in the first step.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte avant la première étape une étape de déshydratation à température ambiante, sans apport de chaleur, à une pression correspondant à la première pression et au cours de laquelle le liquide à éliminer est récupéré au fur et à mesure.8. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises before the first step a dehydration step at temperature ambient, without input of heat, at a pressure corresponding to the first pressure and during which the liquid to be removed is recovered as and when.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué au prétraitement d'une biomasse humide, à l'exclusion du bois.9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is applied to the pretreatment of a wet biomass, excluding wood.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la biomasse humide subit une étape finale de séchage thermique dans un sécheur, en ce que le sécheur est muni d'un échangeur de chaleur en sortie, et en ce que l'énergie des buées récupérée dans l'échangeur de chaleur est au moins partiellement utilisée pour réaliser un chauffage lors des étapes précédentes du procédé.10. Method according to claim 9, characterized in that the wet biomass undergoes a final step of thermal drying in a dryer, in that the dryer is provided with an output heat exchanger, and in that the energy of the The steam recovered in the heat exchanger is at least partially used for heating during the previous steps of the process.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la déshydratation de déchets liquides ou pâteux, à l'exclusion des boues résiduaires urbaines et des boues d'eau potable. 11. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is applied to the dehydration of liquid or pasty waste, excluding urban waste sludge and drinking water sludge.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'extraction de jus vert à partir d'une biomasse humide, à l'exclusion du bois.12. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is applied to the extraction of green juice from a wet biomass, excluding wood.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la température de la paroi chauffée reste inférieure à 600C. 13. The method of claim 12, characterized in that the temperature of the heated wall remains below 60 0 C.
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