WO2024008756A1 - Integrated salt separator, comprising a hollow worm and balls forming salts precipitation and discharge supports, associated biomass gasification facility - Google Patents

Integrated salt separator, comprising a hollow worm and balls forming salts precipitation and discharge supports, associated biomass gasification facility Download PDF

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WO2024008756A1
WO2024008756A1 PCT/EP2023/068462 EP2023068462W WO2024008756A1 WO 2024008756 A1 WO2024008756 A1 WO 2024008756A1 EP 2023068462 W EP2023068462 W EP 2023068462W WO 2024008756 A1 WO2024008756 A1 WO 2024008756A1
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balls
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water
temperature
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Gilles Ratel
Thierry Chataing
Olivier Delattre
Hary DEMEY CEDENO
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Definitions

  • Integrated salt separator comprising a hollow endless screw and balls forming salt precipitation and evacuation supports, Associated biomass gasification installation.
  • the present invention generally relates to salt separators and more particularly those intended to be used in an installation for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feed, in particular under a supercritical fluid, for the production of a gas mixture.
  • load of carbonaceous material we mean here and in the context of the invention any material containing a quantity of carbon, in particular any carbonaceous material from residues.
  • biomass that is to say any inhomogeneous material of plant origin containing carbon, such as lignocellulosic biomass, forestry or agricultural residues (straw), which can be almost dry or soaked in water such as household waste or waste resulting from water treatment such as sewage treatment plant sludge.
  • supercritical fluid we mean here and in the context of the invention, the usual meaning, namely a pressure and a temperature beyond which the fluid is in a supercritical state. Its behavior becomes intermediate between the liquid state and the gaseous state: its density is that of a liquid, but its low viscosity is similar to that of a gas.
  • “supercritical water” is meant the usual meaning, that is to say water at temperatures above 374°C under a pressure above 22.1 MPa.
  • a salt separator according to the invention can be implemented in numerous applications, and particularly in the industrial fields of agri-food, chemistry, energy, including the oil sector and the transport sector, ... for which a separation of salts an aqueous fluid mixture is required.
  • a salt separator according to the invention is suitable for the separation of salts initially present in aqueous solutions with or without organic matter.
  • a salt separator according to the invention is advantageously used in a thermochemical conversion installation of wet carbon resources, such as supercritical water gasification.
  • the gasification of biomass and coal has been known for a long time.
  • it can be defined as a thermochemical transformation of biomass or coal by the action of heat in the presence of gasifying agents.
  • lignocellulosic biomass gasification processes make it possible to generate a gas rich in methane or hydrogen.
  • hydrothermal gasification also called supercritical water gasification
  • moist organic matter comprising a dry matter content typically between 5 and 20% by mass, for example waste from the food industry, industrial effluents such as black liquor, non-spreadable methanization digestates and sludge from sewage treatment plants.
  • industrial effluents such as black liquor, non-spreadable methanization digestates and sludge from sewage treatment plants.
  • the process By operating at high temperature and pressure, the process generates a synthesis gas with a high energy content, composed of a mixture rich in methane, hydrogen, carbon dioxide (syngas) and other light hydrocarbons.
  • the medium By exploiting the properties of water in supercritical conditions, i.e. at a temperature above 374°C and at a pressure above 221 bar, the medium becomes very reactive, which which allows hydrothermal gasification to achieve excellent conversion rates of carbon from biomass into gas, around 70-90%, while separating inorganic elements (salts), potentially allowing their valorization into nutrients, in particular elements nitrogen, phosphorus, and potassium.
  • FIG. 1 reproduces a salt separator as disclosed in publication [1], as it was envisaged for the gasification of biomass with supercritical water.
  • This separator 1 comprises, as a biomass injection device, a cylindrical tube 10 with an injection orifice 11 through which the biomass is injected, and an outlet orifice 12 through which the biomass is discharged into a chamber interior C delimited by a double-walled enclosure 2 20, 21 of which the exterior 21, thermally insulating, integrates heating elements 22 which thus heats the chamber C and the injection tube 10.
  • wet biomass When the wet biomass is introduced into tube 10, it is gradually brought to a temperature of approximately 450°C: precipitation occurs almost instantly as soon as the temperature reached causes a reduction in the solubility of the salts, leading to separation.
  • wet biomass in various phases, in particular solids in a separation zone S within the chamber C.
  • this separation zone S In the configuration installed vertically of the separator, the biomass se/water/salts and other solids mixture, this separation zone S generates a gravity separation into a brine very loaded with salts and a solution depleted in salts.
  • a resolubilization zone R immediately below the separation zone S allows the resolubilization of the salts which are therefore evacuated by gravity in the form of brine through the outlet orifice 23 drilled in the bottom 24 of the separator, and this without mixing with the part of the effluents which rises in the chamber C to be evacuated through the outlet orifice 25 towards a gasification reactor, not shown.
  • Such gravity separators are also described in publications [2] and [3]: they are used for inorganic fluids and salt deposits for hydrothermal gasification. For the same application, there are also cyclonic separators.
  • a gravity separator operates satisfactorily when the phases involved prove to be denser than the carrier medium and according to a grain size distribution allowing gravity separation and brine-type behavior, salts which are referred to as brine-type I in this case.
  • salts precipitate in particles so small (micro or nanoparticles) that they do not sediment.
  • the scrapers used can be rotary, for example of the endless screw or blade type, or even oscillating of the piston type, for example with plates, annular or not.
  • the actuation of the scraper, rotary or oscillating piston type is generally operated by an electric motor.
  • Patent application US2012/214977 describes a scraper for ultrafiltration applications. Specific scrapers have also been considered for viscous fluids: https://www.hrsasia.co.in/heat-exchanger-specialists/scraped-surface-heat-exchanger/.
  • the aim of the invention is to respond at least in part to this need.
  • the invention relates to a salt separator for separating salts from a carbonaceous material containing them, the salt separator comprising:
  • an enclosure delimiting an interior chamber and comprising: a cover pierced with a first injection orifice through which a carbonaceous material containing one or more salts is intended to be injected, at least one side wall pierced with a second orifice injection by which water is intended to be injected, at least part of the height of the side wall being adapted to be heated, the side wall and/or the cover being pierced with at least one first orifice outlet through which the effluents of carbonaceous material devoid of precipitated salts are intended to be evacuated, a bottom, the side wall and/or the bottom being pierced with at least a second outlet orifice through which the precipitated salts are intended to be discharged in the form of brine;
  • the cylinder comprising, on its outer periphery, a helical groove forming an endless screw, the endless screw being mounted in rotation inside the interior chamber of the enclosure so that the first injection orifice opens inside the hollow cylinder, the lower end of the hollow cylinder is arranged above the grid and the upper end of the hollow cylinder is arranged at a distance from the cover sufficient to allow the balls to pass from the interior chamber of the enclosure towards the interior of the hollow cylinder.
  • the separator is advantageously configured so that in operation, when carbonaceous material is injected through the first injection port into the interior of the hollow cylinder and water is injected into the interior chamber through the second injection port , at a pressure above its critical pressure but at a temperature below its critical temperature, the rotation of the endless screw causes the balls to move in a loop comprising:
  • a resolubilization zone between the lower end of the hollow cylinder and the grid in which the salts precipitated on the balls are dissolved then evacuated through the grid, with where appropriate the salts in the form particles present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second outlet orifice, outside the enclosure.
  • the second outlet orifice is arranged below the second water injection orifice so that the brine can be evacuated by gravity draining.
  • the enclosure is advantageously made of a metallic material adapted to the operating conditions of temperature and pressure: it can be made of Inconel®, stainless steel, refractory steel or others.
  • the side wall includes heating means for heating at least a portion of the height of the side wall to a temperature greater than or equal to the critical water and salt precipitation temperature.
  • - heating resistors in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source and integrated into the thickness of the side wall of the enclosure to heat the water and the beads to the higher temperature or equal to the critical temperature of water and precipitation of salts;
  • a heat transfer fluid circuit produced in the thickness of the side wall of the enclosure for the water and the balls at a temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts.
  • an injection of an oxygen-rich fluid intended to produce an exothermic chemical reaction between a carbonaceous material, preferably that not previously converted in a conversion reactor, and the oxygen of the fluid can be carried out upstream. .
  • the operating pressure of the enclosure is between 222 bars and 300 bars.
  • the temperature of the interior chamber in the heating zone (Ch) is of the order of 420°C.
  • the temperature of the interior chamber in the resolubilization zone is of the order of 300°C.
  • the invention also relates to a method of operating a salt separator as described above, comprising the following steps:
  • a heating zone outside the endless screw, along the side wall of the enclosure in which the water and the balls are heated by it to a temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts, downstream of the heating zone, a precipitation zone inside the hollow cylinder, in which on contact with the hot balls, the salts contained in the carbonaceous material precipitate, downstream of the precipitation zone, a resolubilization zone , between the lower end of the hollow cylinder and the grid in which the salts precipitated on the balls are dissolved then evacuated through the grid, with where appropriate the salts in particulate form present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second outlet port, outside the enclosure.
  • the invention also relates to a biomass gasification installation comprising:
  • the operating temperature of the reactor is approximately 600° C. and the operating pressure of the reactor is approximately 300 bars.
  • the invention essentially consists of producing a separator of salts contained in a solution, preferably to be converted thermochemically, which is carried with moving balls by means of a screw, under supercritical conditions.
  • the movement of the heated balls brings them into the hollow cylinder of the endless screw where their temperature, higher than the precipitation temperature of the salts, allows the salts to be deposited on the surface of the balls.
  • the movement of the heated balls in a loop first allows the solution to be converted to be heated to a temperature guaranteeing the precipitation of the salts on the balls and then to separate the solution to be converted into a flow depleted of salts which is evacuated from the separator for be directed to a conversion reactor, in particular a gasification reactor, and into a flow loaded with dissolved salts to be extracted in the form of a brine evacuated by draining, preferably by gravity through a grid.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal sectional view of a salt separator according to the state of the art.
  • Figure 2 is a perspective view of a salt separator according to the invention.
  • FIG 3 Figure 3 repeats Figure 2 and shows the separator in operation with the fluid circulations indicated.
  • FIG 4 is a perspective view of a first variant of mounting the endless screw according to the invention which shows the attachment of its rotation shaft to the hollow cylinder and its arrangement in relation to the enclosure of the separator.
  • FIG 5 is a perspective view of a second variant of mounting the endless screw according to the invention which shows the attachment of its rotation shaft to the hollow cylinder and its arrangement in relation to the enclosure of the separator.
  • FIG 6 is a synoptic view of a wet biomass gasification installation integrating a salt separator according to the invention.
  • FIG 2 there is shown a salt separator 1 according to one embodiment of the invention.
  • the salt separator 1 has an axisymmetric shape of revolution. In its installed configuration, it extends vertically.
  • This separator 1 comprises an enclosure 2 delimiting an interior chamber C including a zone S for separating the precipitated salts.
  • the cover 26 of the enclosure is pierced with the injection orifice 11 through which the wet biomass containing salts is injected.
  • the cover is also pierced with at least a first outlet 25 through which the effluents of the biomass devoid of precipitated salts are intended to be evacuated.
  • the enclosure 2 can have a single metal side wall 20, pierced with a second injection orifice 27 through which water is intended to be injected.
  • the side wall 20 is also pierced with a second outlet orifice 23 through which the precipitated salts are intended to be evacuated in the form of brine.
  • This second outlet 23 is arranged below the second water injection orifice 27 so that the brine can be evacuated by gravity draining.
  • At least part of the height of the side wall 20 is adapted to be heated.
  • heating resistors in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source can be advantageously integrated into the thickness of the single 20 or double metal wall 20, 21 It can be use cylindrical cartridges of small diameter, typically equal to 3.15mm, such as those marketed by the Omega company: https://www.omega.fr/subsection/cartouches-heaters.html.
  • a grid 13 is arranged in the interior chamber C of enclosure 2 at a height between the second injection port 27 and the second outlet port 23.
  • Balls 14 are contained in the interior chamber C of enclosure 2. They are dimensioned so as not to pass through the grill 13.
  • the balls 14 are made of refractory material, for example Inconel®, stainless steel or other refractory steels .
  • the diameter of the balls 14 is preferably between 0.5 mm and 2 mm.
  • the separator 1 comprises a hollow cylinder 15 opening at its two ends 150, 151. It comprises, on its outer periphery, a helical groove 16 forming an endless screw 17 mounted to rotate around a central axis interior of the interior chamber C of enclosure 2. As illustrated in Figure 2, the assembly of this endless screw 17 is carried out so that the first injection orifice 11 opens inside the hollow cylinder 15 with the lower end 150 of the hollow cylinder 15 arranged above of the grid 13 and the upper end 151 of the hollow cylinder 15 arranged at a distance from the cover 26 sufficient to allow the balls 14 to pass from the outside of the hollow cylinder 15 towards the inside of the hollow cylinder 15. As shown in this figure 2, the first injection orifice 11 can be that of an injection tube 10 in the form of a rod which brings the biomass into the hollow cylinder 15.
  • the biomass is injected through the first injection orifice 11 inside the hollow cylinder 15, typically at a temperature of 300°C, into the bed of balls 14 which are at a temperature of the order of 420°C per the heating of the side wall 20, as detailed below.
  • Water is injected into the interior chamber C through the second injection port 27 at a pressure above its critical pressure but at a temperature below its critical temperature, typically 300°C.
  • the rotation of the endless screw 17 causes the balls 14 to move in a loop comprising:
  • heating zone outside the endless screw, along the side wall 20 of the enclosure in which the water and the balls 14 are heated by it to a higher temperature or equal to the critical temperature of water and salt precipitation, typically at 420°C
  • a resolubilization zone between the lower end 151 of the hollow cylinder and the grid 13 in which the salts precipitated on the balls are dissolved then evacuated, with where appropriate the salts under particulate form present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second orifice, outside the enclosure.
  • gases are formed in the precipitation zone P and circulate countercurrent to the balls 14 then are evacuated through the outlet orifice 25.
  • the inorganic salts contained in the biomass are deposited on the balls 14 and are carried away by the circulation of the balls 14 in a loop towards the resolubilization zone R at the bottom of the reactor for evacuation by gravity draining through the orifice of exit 23.
  • the operation of the separator 1 therefore requires that the balls be heated to a temperature such that the temperature within the enclosure 2 is of the order of 420 ° C so that the salts are deposited on the balls and the organic compounds of the injected biomass are evacuated with the water in supercritical conditions through the outlet orifice 25 at the top of the separator.
  • the beads must therefore provide the energy to heat the biomass to this temperature.
  • This temperature depends on the flow rate of balls circulating in the external zone of the screw. For example, for a flow rate of Ikg/h of resource entering separator 1 at 300°C 280 bars, a flow rate of 76kg/h is required to inject balls 14 at 460°C and maintain separator 1 at 420°C . The power provided by the balls 14 to the biomass is then 0.3 kW.
  • Figure 4 shows a variant according to which the injection rod 10 is arranged at a distance from the rotation shaft 19 and opens near the upper end 151 of the hollow cylinder 15.
  • the attachment between the rotation shaft 19 and the hollow cylinder 15 is made only with its lower end 150 by means of fixing lugs 152 which extend radially, preferably being uniformly distributed radially.
  • Figure 5 shows another variant according to which the injection rod 10 is arranged inside the rotation shaft 19 and opens near the lower end 150 of the hollow cylinder 15.
  • the fixation between the rotation shaft 19 and the hollow cylinder 15 is carried out both with its lower end 150 and with its upper end by means respectively of fixing lugs 152 and 153 which extend radially, preferably being uniformly distributed radially.
  • Figure 6 illustrates a wet biomass gasification installation 3 which integrates a salt separator 1 according to the invention.
  • T heating temperature of the biomass to be converted before entering separator 1, typically around 300°C.
  • Tg gasification temperature of biomass, typically around 600°C.
  • This installation 3 includes from upstream to downstream in the direction of the circulation of biomass to be gasified:
  • heat exchanger 4 which can be standard in the management of non-sticky viscous fluid and optimized for heat recovery between ambient temperature and maximum temperature T,
  • the gasification reactor 6 is typically a tube-and-shell reactor and operates at 600°C under pressure of 300 bar.
  • the solid lines symbolize the material flows before gasification, respectively at a cold (ambient) temperature at the inlet of exchanger 4, at a temperature close to T at the outlet of exchanger 4, then at the required gasification temperature Tg from the outlet of separator 1.
  • the dotted lines represent the post-gasification material flows which exit at temperature Tg from reactor 6 and pass back into heat exchanger 4 to be cooled.

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Abstract

The invention relates to a separator for salts contained in a solution which is brought with moving balls by means of a worm, under supercritical conditions. Moving of the heated balls brings them into the hollow cylinder of the worm, where their temperature above the salt precipitation temperature allows the salts to settle on the surface of the balls. Movement of the heated balls in a loop firstly allows the solution for conversion to be heated to a temperature ensuring the precipitation of the salts on the balls and then allows the solution for conversion to be separated into a salt-depleted stream which is discharged from the separator and directed to a conversion reactor, in particular a gasification reactor, and into a stream loaded with dissolved salts to be extracted in the form of a brine discharged by preferably gravity emptying through a grid.

Description

Description Description
Titre : Séparateur de sels intégré, comprenant une vis sans fin creuse et des billes formant des supports de précipitation et d’évacuation de sels, Installation de gazéification de biomasse associée. Title: Integrated salt separator, comprising a hollow endless screw and balls forming salt precipitation and evacuation supports, Associated biomass gasification installation.
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne de manière générale les séparateurs de sels et plus particulièrement ceux destinés à être mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique d’une charge de matière carbonée, notamment sous fluide supercritique, pour la production d'un mélange gazeux. The present invention generally relates to salt separators and more particularly those intended to be used in an installation for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feed, in particular under a supercritical fluid, for the production of a gas mixture.
Par « charge de matière carbonée », on entend ici et dans le cadre de l’invention toute matière contenant une quantité de carbone, en particulier toute matière carbonée de résidus. By “load of carbonaceous material”, we mean here and in the context of the invention any material containing a quantity of carbon, in particular any carbonaceous material from residues.
Il peut donc s'agir de biomasse, c'est-à-dire tout matériau inhomogène d'origine végétale contenant du carbone, tel que de la biomasse ligno-cellulosique, des résidus forestiers ou agricoles (paille), qui peut être quasi-sec ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers ou de déchets résultants de l’assainissement des eaux comme les boues de station d’épuration.It can therefore be biomass, that is to say any inhomogeneous material of plant origin containing carbon, such as lignocellulosic biomass, forestry or agricultural residues (straw), which can be almost dry or soaked in water such as household waste or waste resulting from water treatment such as sewage treatment plant sludge.
Il peut aussi s'agir d'un combustible d'origine fossile, tel que le charbon. It can also be a fuel of fossil origin, such as coal.
Il peut aussi s'agir de déchets combustibles d'origine industrielle, en particulier de l’industrie agroalimentaire, contenant du carbone, tel que des matières plastiques ou des pneumatiques usagés, des huiles usagées, les solvants organiques It can also be combustible waste of industrial origin, in particular from the food industry, containing carbon, such as plastics or used tires, used oils, organic solvents.
II peut aussi s'agir d'une combinaison de biomasse et de combustible d'origine fossile.It can also be a combination of biomass and fossil fuel.
Par « fluide supercritique », on entend ici et dans le cadre de l’invention, le sens usuel, à savoir une pression et une température au-delà desquelles le fluide se trouve dans un état supercritique. Son comportement devient intermédiaire entre l'état liquide et l'état gazeux: sa masse volumique est celle d'un liquide, mais sa faible viscosité s'apparente à celle d'un gaz. By “supercritical fluid”, we mean here and in the context of the invention, the usual meaning, namely a pressure and a temperature beyond which the fluid is in a supercritical state. Its behavior becomes intermediate between the liquid state and the gaseous state: its density is that of a liquid, but its low viscosity is similar to that of a gas.
Ainsi, par « eau supercritique », il est entendu le sens usuel, c’est-à-dire de l'eau à des températures supérieures à 374°C sous une pression supérieure à 22,1 MPa. Thus, by “supercritical water” is meant the usual meaning, that is to say water at temperatures above 374°C under a pressure above 22.1 MPa.
Bien que décrite en référence à une application privilégiée de gazéification d’une charge de matière carbonée sous eau supercritique, un séparateur de sels selon l’invention peut être mis en œuvre dans de nombreuses applications, et tout particulièrement dans les domaines industriels de l'agroalimentaire, de la chimie, de l'énergie, dont le secteur pétrolier et le secteur des transports, ...pour lesquelles une séparation de sels d’un mélange fluide aqueux est requis. Although described with reference to a preferred application of gasification of a charge of carbonaceous material under supercritical water, a salt separator according to the invention can be implemented in numerous applications, and particularly in the industrial fields of agri-food, chemistry, energy, including the oil sector and the transport sector, ... for which a separation of salts an aqueous fluid mixture is required.
De manière générale, un séparateur de sels selon l’invention convient à la séparation de sels initialement présents dans des solutions aqueuses avec ou sans matière organique. Generally speaking, a salt separator according to the invention is suitable for the separation of salts initially present in aqueous solutions with or without organic matter.
Plus spécifiquement, un séparateur de sels selon l’invention est avantageusement mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique de ressources carbonées humides, telle que la gazéification en eau supercritique. More specifically, a salt separator according to the invention is advantageously used in a thermochemical conversion installation of wet carbon resources, such as supercritical water gasification.
Technique antérieure Prior art
Bon nombre de procédés existants permettent de convertir par voie thermochimique une charge carbonée en combustibles liquides (biocarburants, biochar), solides (granulés), et gazeux (biogaz, méthane, syngas, hydrogène). Many existing processes make it possible to thermochemically convert a carbon load into liquid (biofuels, biochar), solid (pellets), and gaseous (biogas, methane, syngas, hydrogen) fuels.
Parmi ceux-ci, la gazéification de la biomasse et du charbon est connue depuis longtemps. De manière générale, on peut la définir comme une transformation thermochimique de la biomasse ou du charbon par l’action de la chaleur en présence d’agents gazéifiant. On cherche à générer, à l’issue de la gazéification, un mélange de gaz. Among these, the gasification of biomass and coal has been known for a long time. Generally speaking, it can be defined as a thermochemical transformation of biomass or coal by the action of heat in the presence of gasifying agents. We seek to generate, at the end of gasification, a mixture of gases.
Ainsi, les procédés de gazéification de la biomasse ligno-cellulosique permettent de générer un gaz riche en méthane ou hydrogène. Thus, lignocellulosic biomass gasification processes make it possible to generate a gas rich in methane or hydrogen.
Plus spécifiquement, la gazéification hydrothermale aussi appelée gazéification en eau supercritique est un procédé thermochimique permettant de produire du gaz renouvelable à partir d’une matière organique humide, comportant un taux de matière sèche typiquement compris entre 5 et 20% en masse, par exemple les déchets d’industrie agro-alimentaire, les effluents industriels comme la liqueur noire, les digestats de méthanisation non-épandables et les boues de stations d’épuration. En opérant à température et pression élevées, le procédé génère un gaz de synthèse à haut contenu énergétique, composé d’un mélange riche en méthane, hydrogène, dioxyde de carbone (syngaz) et autres hydrocarbures légers. More specifically, hydrothermal gasification, also called supercritical water gasification, is a thermochemical process making it possible to produce renewable gas from moist organic matter, comprising a dry matter content typically between 5 and 20% by mass, for example waste from the food industry, industrial effluents such as black liquor, non-spreadable methanization digestates and sludge from sewage treatment plants. By operating at high temperature and pressure, the process generates a synthesis gas with a high energy content, composed of a mixture rich in methane, hydrogen, carbon dioxide (syngas) and other light hydrocarbons.
En exploitant les propriétés de l’eau en conditions supercritiques, soit à une température supérieure à 374°C et à une pression supérieure à 221 bar, le milieu devient très réactif, ce qui permet à la gazéification hydrothermale d’atteindre d’excellent taux de conversion du carbone de la biomasse en gaz, autour de 70-90%, tout en séparant les éléments inorganiques (sels), permettant potentiellement leur valorisation en nutriments, en particulier les éléments azote, phosphore, et potassium. By exploiting the properties of water in supercritical conditions, i.e. at a temperature above 374°C and at a pressure above 221 bar, the medium becomes very reactive, which which allows hydrothermal gasification to achieve excellent conversion rates of carbon from biomass into gas, around 70-90%, while separating inorganic elements (salts), potentially allowing their valorization into nutrients, in particular elements nitrogen, phosphorus, and potassium.
De manière générale, la séparation et la récupération des constituants inorganiques présents dans le flux d'alimentation des réacteurs qui mettent en œuvre des procédés thermochimiques sont cruciales, car ces constituants peuvent conduire au blocage de l'installation, à l'encrassement et à l'empoisonnement du catalyseur de gazéification. De plus, la récupération des sels offre la possibilité de produire un engrais en tant que sous-produit précieux (nutriments), comme explicité ci-avant. In general, the separation and recovery of inorganic constituents present in the feed stream of reactors that implement thermochemical processes are crucial, because these constituents can lead to blockage of the installation, fouling and poisoning of the gasification catalyst. In addition, salt recovery offers the possibility of producing fertilizer as a valuable by-product (nutrients), as explained above.
Cette problématique de séparation des sels est encore plus prégnante dans le cas d’une gazéification en eau supercritique : l’évolution de la constante diélectrique et du produit ionique de l’eau à l’état supercritique conduisent à la précipitation des sels contenus dans la ressource. En effet, au voisinage du point critique, les propriétés de l’eau changent avec une baisse importante de la masse volumique et de la constante diélectrique de l’eau, entre autres. Dans ces conditions, les atomes des composants inorganiques qui pouvaient être dissous/transportés dans l’eau, en dessous du point critique ne le sont plus. Certains de ces sels peuvent modifier les propriétés physiques de l’eau et former une phase dense qui s’écoule en bas du réacteur, mais la plupart précipitent puis s’agglomèrent sur les surfaces chaudes et provoquent des bouchages des réacteurs et induire des arrêts intermittents de l’installation afférente. La gestion de la précipitation et du lieu de cette précipitation est un élément clef pour le développement de la gazéification hydro thermale. This problem of separation of salts is even more significant in the case of gasification in supercritical water: the evolution of the dielectric constant and the ionic product of the water in the supercritical state lead to the precipitation of the salts contained in the resource. Indeed, near the critical point, the properties of water change with a significant drop in the density and dielectric constant of water, among others. Under these conditions, the atoms of inorganic components that could be dissolved/transported in water below the critical point are no longer dissolved/transported in water. Some of these salts can modify the physical properties of the water and form a dense phase that flows down the reactor, but most precipitate and then agglomerate on hot surfaces and cause reactor blockages and induce intermittent shutdowns. of the related installation. Managing precipitation and the location of this precipitation is a key element for the development of hydrothermal gasification.
De nombreux articles dans la littérature montrent que la séparation des sels dans un procédé de conversion thermochimique est d'une importance majeure pour l'efficacité réel du procédé global et pour la durée de vie de l’installation afférente. Néanmoins, l'inconvénient des séparateurs de sel connus jusqu'à présent est que la séparation du sel n'est toujours pas satisfaisante ou, bien que satisfaisante, nécessite des apports d’énergie thermique ou mécanique trop élevées ou que les sels soient associés à une part importante de matière organique. De plus, le colmatage et les dépôts sont un problème majeur dans de tels séparateurs de sel. Plus particulièrement, divers articles scientifiques s’intéressent à la dynamique de la précipitation des sels en conditions d’hydrogénations supercritiques, qui permet de séparer des sels présents initialement d’une solution aqueuse contenant une matière organique.Numerous articles in the literature show that the separation of salts in a thermochemical conversion process is of major importance for the real efficiency of the overall process and for the lifespan of the related installation. However, the disadvantage of the salt separators known up to now is that the separation of the salt is still not satisfactory or, although satisfactory, requires too high thermal or mechanical energy inputs or that the salts are associated with a significant portion of organic matter. Additionally, clogging and deposits are a major problem in such salt separators. More particularly, various scientific articles focus on the dynamics of salt precipitation under supercritical hydrogenation conditions, which makes it possible to separate salts initially present from an aqueous solution containing organic matter.
La figure 1 reproduit un séparateur de sels tel que divulgué dans la publication [1], tel qu’il a été envisagé pour la gazéification de biomasse à l'eau supercritique. Ce séparateur 1 comprend en tant que dispositif d’injection de la biomasse, un tube cylindrique 10 avec un orifice d’injection 11 à travers lequel la biomasse est injectée, et un orifice de sortie 12 à travers lequel la biomasse est évacuée dans une chambre intérieure C délimitée par une enceinte 2 à double-paroi 20, 21 dont celle extérieure 21, isolante thermiquement, intègre des éléments de chauffe 22 qui chauffe ainsi la chambre C et le tube d’injection 10. Figure 1 reproduces a salt separator as disclosed in publication [1], as it was envisaged for the gasification of biomass with supercritical water. This separator 1 comprises, as a biomass injection device, a cylindrical tube 10 with an injection orifice 11 through which the biomass is injected, and an outlet orifice 12 through which the biomass is discharged into a chamber interior C delimited by a double-walled enclosure 2 20, 21 of which the exterior 21, thermally insulating, integrates heating elements 22 which thus heats the chamber C and the injection tube 10.
Lorsque la biomasse humide est introduite dans le tube 10, elle est portée progressivement à une température d’environ 450°C : la précipitation s’opère quasi-instantanément dès que la température atteinte entraine une diminution de la solubilité des sels, entrainant la séparation de la biomasse humide en diverses phases, notamment solides dans une zone de séparation S au sein de la chambre C. When the wet biomass is introduced into tube 10, it is gradually brought to a temperature of approximately 450°C: precipitation occurs almost instantly as soon as the temperature reached causes a reduction in the solubility of the salts, leading to separation. wet biomass in various phases, in particular solids in a separation zone S within the chamber C.
Dans la configuration installée à la verticale du séparateur, le mélange biomas se/eau/sels et autres solides, cette zone de séparation S génère une séparation gravitaire en une saumure très chargée en sels et une solution appauvrie en sels. Une zone de resolubilisation R, immédiatement en-dessous de la zone de séparation S permet la resolubilisation des sels qui sont donc évacués par gravité sous forme de saumure par l’orifice de sortie 23 percé dans le fond 24 du séparateur, et ce sans mélange avec la partie des effluents qui remonte dans la chambre C pour être évacuée par l’orifice de sortie 25 vers un réacteur de gazéification, non représenté. In the configuration installed vertically of the separator, the biomass se/water/salts and other solids mixture, this separation zone S generates a gravity separation into a brine very loaded with salts and a solution depleted in salts. A resolubilization zone R, immediately below the separation zone S allows the resolubilization of the salts which are therefore evacuated by gravity in the form of brine through the outlet orifice 23 drilled in the bottom 24 of the separator, and this without mixing with the part of the effluents which rises in the chamber C to be evacuated through the outlet orifice 25 towards a gasification reactor, not shown.
De tels séparateurs gravitaires sont aussi décrits dans les publications [2] et [3] : ils sont mis en œuvre pour des fluides inorganiques et des dépôts de sels pour la gazéification hydro thermale. Pour une même application, il existe également des séparateurs cycloniques.Such gravity separators are also described in publications [2] and [3]: they are used for inorganic fluids and salt deposits for hydrothermal gasification. For the same application, there are also cyclonic separators.
Globalement, un séparateur gravitaire fonctionne de manière satisfaisante lorsque les phases en jeu s’avèrent plus denses que le milieu porteur et selon une distribution de taille de grains permettant une séparation gravitaire et un comportement de type saumure, sels que l’on qualifie de type I dans ce cas. Or, dans certains cas, les sels précipitent en particules si petites (micro ou nanoparticules), qu’elles ne sédimentent pas. Overall, a gravity separator operates satisfactorily when the phases involved prove to be denser than the carrier medium and according to a grain size distribution allowing gravity separation and brine-type behavior, salts which are referred to as brine-type I in this case. However, in certain cases, salts precipitate in particles so small (micro or nanoparticles) that they do not sediment.
Dans d’autres cas, la séparation gravitaire n’est pas aisée, comme le précise la publication [3]. Ainsi, le passage de la matière carbonée humide dans des conditions sous critiques à des conditions supercritiques peut s’accompagner de l’apparition de phases solides très collantes, sous la forme de sels que l’on qualifie de type II. Ces sels de type II peuvent s’accumuler sur les parois internes de la chambre intérieure du séparateur et le cas échéant colmater le tube d’injection 10 du séparateur comme montré à la figure 1. In other cases, gravity separation is not easy, as specified in the publication [3]. Thus, the passage of wet carbonaceous material in subcritical conditions to supercritical conditions can be accompanied by the appearance of very sticky solid phases, in the form of salts that we qualify as type II. These type II salts can accumulate on the internal walls of the interior chamber of the separator and, if necessary, clog the injection tube 10 of the separator as shown in Figure 1.
Pour éviter une telle accumulation néfaste de sels II, on pourrait envisager d’appliquer des solutions connues, mises en œuvre dans les échangeurs de chaleur de type à surface raclée. De tels échangeurs sont notamment utilisés dans les procédés encrassant, c’est-à-dire lorsque les parois des échangeurs peuvent être le siège de phénomènes d'encrassement des parois impliquées dans les transferts thermiques, i.e. avec dépôt de matières indésirables. To avoid such harmful accumulation of salts II, one could consider applying known solutions, implemented in scraped surface type heat exchangers. Such exchangers are used in particular in clogging processes, that is to say when the walls of the exchangers can be the site of clogging phenomena of the walls involved in heat transfers, i.e. with the deposition of undesirable materials.
A titre d'exemples, les racleurs utilisés peuvent être rotatifs, par exemple de type vis sans fin ou à pales, ou bien encore oscillants de type piston, par exemple avec des plateaux, annulaires ou non. L'actionnement du racleur, rotatif ou oscillant de type piston, est généralement opéré par un moteur électrique. For example, the scrapers used can be rotary, for example of the endless screw or blade type, or even oscillating of the piston type, for example with plates, annular or not. The actuation of the scraper, rotary or oscillating piston type, is generally operated by an electric motor.
Des racleurs pour des échangeurs thermiques ont en particulier été envisagés pour des réacteurs d'oxydation supercritique, comme décrite dans les brevets US 5,100,560A, US6,054,057 A et US5, 461,648 A. Scrapers for heat exchangers have in particular been considered for supercritical oxidation reactors, as described in patents US 5,100,560A, US6,054,057 A and US5, 461,648 A.
La demande de brevet US2012/214977 décrit un racleur pour des applications d’ultrafiltration. Des racleurs spécifiques ont également été envisagés pour des fluides visqueux : https://www.hrsasia.co.in/heat-exchanger-specialists/scraped-surface-heat- exchanger/. Patent application US2012/214977 describes a scraper for ultrafiltration applications. Specific scrapers have also been considered for viscous fluids: https://www.hrsasia.co.in/heat-exchanger-specialists/scraped-surface-heat-exchanger/.
Dans le domaine des fluides organiques, d’autres solutions de désencrassement ont été déjà envisagées, parmi lesquelles on peut citer : In the field of organic fluids, other cleaning solutions have already been considered, including:
- la mise en vibration de pièces par pulsation de pression, comme décrit dans la demande US2008/0073063A1, - the vibration of parts by pressure pulsation, as described in application US2008/0073063A1,
- des traitements chimiques, comme celui de la demande de brevet CA 2119056. Toutes ces solutions ne conviennent pas à la problématique d’accumulation de sels de type II sur les parois, qui en outre peut éventuellement se produire sur les racleurs eux-mêmes.- chemical treatments, such as that of patent application CA 2119056. All of these solutions are not suitable for the problem of accumulation of type II salts on the walls, which can also possibly occur on the scrapers themselves.
H existe donc un besoin pour trouver une solution qui permette de mieux contrôler l’élimination de sels, en particulier de type II, présents dans une solution, notamment une solution destinée à subir un traitement thermochimique de conversion telle que de la biomasse humide destinée à être gazéifier. There is therefore a need to find a solution which makes it possible to better control the elimination of salts, in particular type II, present in a solution, in particular a solution intended to undergo a thermochemical conversion treatment such as wet biomass intended for be gasified.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. The aim of the invention is to respond at least in part to this need.
Exposé de l’invention Presentation of the invention
Pour ce faire, l’invention concerne un séparateur de sels pour séparer les sels d'une matière carbonée les contenant, le séparateur de sel comprenant : To do this, the invention relates to a salt separator for separating salts from a carbonaceous material containing them, the salt separator comprising:
- une enceinte délimitant une chambre intérieure et comprenant : un couvercle percé d’un premier orifice d’injection par lequel une matière carbonée contenant un ou des sels est destinée à être injectée, au moins une paroi latérale percée d’un deuxième orifice d’injection par lequel de l’eau est destinée à être injectée, au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale étant adaptée pour être chauffée, la paroi latérale et/ou le couvercle étant percé(s) d’au moins un premier orifice de sortie par lequel les effluents de la matière carbonée dénuée des sels précipités sont destinés à être évacués, un fond, la paroi latérale et/ou le fond étant percé(e)(s) d’au moins un deuxième orifice de sortie par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure;- an enclosure delimiting an interior chamber and comprising: a cover pierced with a first injection orifice through which a carbonaceous material containing one or more salts is intended to be injected, at least one side wall pierced with a second orifice injection by which water is intended to be injected, at least part of the height of the side wall being adapted to be heated, the side wall and/or the cover being pierced with at least one first orifice outlet through which the effluents of carbonaceous material devoid of precipitated salts are intended to be evacuated, a bottom, the side wall and/or the bottom being pierced with at least a second outlet orifice through which the precipitated salts are intended to be discharged in the form of brine;
- une grille agencée dans la chambre intérieure de l’enceinte; - a grid arranged in the interior chamber of the enclosure;
- des billes contenues dans la chambre intérieure de l’enceinte et dimensionnées pour ne passer au travers de la grille; - balls contained in the interior chamber of the enclosure and sized not to pass through the grid;
- un cylindre creux et débouchant à ses deux extrémités, le cylindre comprenant, sur sa périphérie extérieure, une cannelure hélicoïdale en formant une vis sans fin, la vis sans fin étant montée en rotation à l’intérieur de la chambre intérieure de l’enceinte de sorte que le premier orifice d’injection débouche à l’intérieur du cylindre creux, que l’extrémité inférieure du cylindre creux soit agencée au-dessus de la grille et que l’extrémité supérieure du cylindre creux soit agencée à une distance du couvercle suffisante pour laisser passer les billes de la chambre intérieure de l’enceinte vers l’intérieur du cylindre creux. - a hollow cylinder opening at its two ends, the cylinder comprising, on its outer periphery, a helical groove forming an endless screw, the endless screw being mounted in rotation inside the interior chamber of the enclosure so that the first injection orifice opens inside the hollow cylinder, the lower end of the hollow cylinder is arranged above the grid and the upper end of the hollow cylinder is arranged at a distance from the cover sufficient to allow the balls to pass from the interior chamber of the enclosure towards the interior of the hollow cylinder.
Le séparateur est avantageusement configuré de sorte qu’en fonctionnement, lorsque la matière carbonée est injectée par le premier orifice d’injection à l’intérieur du cylindre creux et de l’eau est injectée dans la chambre intérieure par le deuxième orifice d’injection, à une pression au-dessus de sa pression critique mais à une température inférieure à sa température critique, la rotation de la vis sans fin provoque le déplacement des billes selon une boucle comprenant : The separator is advantageously configured so that in operation, when carbonaceous material is injected through the first injection port into the interior of the hollow cylinder and water is injected into the interior chamber through the second injection port , at a pressure above its critical pressure but at a temperature below its critical temperature, the rotation of the endless screw causes the balls to move in a loop comprising:
- une zone de chauffe, à l’extérieur de la vis sans fin, le long de la paroi latérale de l’enceinte dans laquelle l’eau et les billes sont chauffées par celle-ci à une température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation de sels , - a heating zone, outside the endless screw, along the side wall of the enclosure in which the water and the balls are heated by it to a temperature greater than or equal to the critical temperature water and precipitation of salts,
- en aval de la zone de chauffe, une zone de précipitation à l’intérieur du cylindre creux, dans laquelle au contact des billes chaudes, les sels contenus dans la matière carbonée se précipitent, - downstream of the heating zone, a precipitation zone inside the hollow cylinder, in which on contact with the hot balls, the salts contained in the carbonaceous material precipitate,
- en aval de la zone de précipitation, une zone de resolubilisation, entre l’extrémité inférieure du cylindre creux et la grille dans laquelle les sels précipités sur les billes sont dissous puis évacués à travers la grille, avec le cas échéant les sels sous forme particulaire présents dans la matière carbonée, sous forme de saumure par vidange par le deuxième orifice de sortie, à l’extérieur de l’enceinte. - downstream of the precipitation zone, a resolubilization zone, between the lower end of the hollow cylinder and the grid in which the salts precipitated on the balls are dissolved then evacuated through the grid, with where appropriate the salts in the form particles present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second outlet orifice, outside the enclosure.
Selon une configuration avantageuse, le deuxième orifice de sortie est agencé en-dessous du deuxième orifice d’injection d’eau de sorte que la saumure puisse être évacuée par vidange gravitaire. According to an advantageous configuration, the second outlet orifice is arranged below the second water injection orifice so that the brine can be evacuated by gravity draining.
L’enceinte est avantageusement réalisé dans une matière métallique adaptée aux conditions opératoires de température et de pression : elle peut être en Inconel®, en acier inoxydable, en acier réfractaire ou autres. The enclosure is advantageously made of a metallic material adapted to the operating conditions of temperature and pressure: it can be made of Inconel®, stainless steel, refractory steel or others.
La paroi latérale comprend des moyens de chauffage pour chauffer au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale à une température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels. The side wall includes heating means for heating at least a portion of the height of the side wall to a temperature greater than or equal to the critical water and salt precipitation temperature.
Pour les moyens de chauffage de la paroi latérale de l’enceinte, on peut envisager plusieurs alternatives qui peuvent se cumuler l’une avec l’autre : - des moyens de chauffage externe agencés autour de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer l’eau et les billes à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels ; For the means of heating the side wall of the enclosure, several alternatives can be considered which can be combined with one another: - external heating means arranged around the side wall of the enclosure to heat the water and the balls to a temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of the salts;
- des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe et intégrées dans l’épaisseur de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer l’eau et les billes à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels ; - heating resistors, in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source and integrated into the thickness of the side wall of the enclosure to heat the water and the beads to the higher temperature or equal to the critical temperature of water and precipitation of salts;
- un circuit de fluide caloporteur réalisé dans l’épaisseur de la paroi latérale de l’enceinte pour l’eau et les billes à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels. En tant que fluide caloporteur, on peut réaliser en amont une injection d’un fluide riche en oxygène destiné à produire une réaction chimique exothermique entre une matière carbonée, de préférence celle non convertie au préalable dans un réacteur de conversion et l’oxygène du fluide. - a heat transfer fluid circuit produced in the thickness of the side wall of the enclosure for the water and the balls at a temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts. As a heat transfer fluid, an injection of an oxygen-rich fluid intended to produce an exothermic chemical reaction between a carbonaceous material, preferably that not previously converted in a conversion reactor, and the oxygen of the fluid can be carried out upstream. .
De préférence, la pression de fonctionnement de l’enceinte est comprise entre 222bars et 300bars. Preferably, the operating pressure of the enclosure is between 222 bars and 300 bars.
De préférence encore, la température de la chambre intérieure dans la zone de chauffe (Ch) est de l’ordre de 420°C. More preferably, the temperature of the interior chamber in the heating zone (Ch) is of the order of 420°C.
De préférence encore, la température de la chambre intérieure dans la zone de resolubilisation est de l’ordre de 300°C. More preferably, the temperature of the interior chamber in the resolubilization zone is of the order of 300°C.
L’invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d’un séparateur de sels tel que décrit précédemment, comprenant les étapes suivantes : The invention also relates to a method of operating a salt separator as described above, comprising the following steps:
- injection de la matière carbonée par le premier orifice d’injection à l’intérieur du cylindre creux et injection d’eau par le deuxième orifice d’injection dans la chambre intérieure, à une pression au-dessus de sa pression critique mais à une température inférieure à sa température critique, - injection of the carbonaceous material through the first injection orifice inside the hollow cylinder and injection of water through the second injection orifice into the interior chamber, at a pressure above its critical pressure but at a temperature below its critical temperature,
- rotation de la vis sans fin de de sorte à provoquer le déplacement des billes selon une boucle comprenant: une zone de chauffe, à l’extérieur de la vis sans fin, le long de la paroi latérale de l’enceinte dans laquelle l’eau et les billes sont chauffées par celle-ci à une température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation de sels , en aval de la zone de chauffe, une zone de précipitation à l’intérieur du cylindre creux, dans laquelle au contact des billes chaudes, les sels contenus dans la matière carbonée se précipitent, en aval de la zone de précipitation, une zone de resolubilisation, entre l’extrémité inférieure du cylindre creux et la grille dans laquelle les sels précipités sur les billes sont dissous puis évacués à travers la grille, avec le cas échéant les sels sous forme particulaire présents dans la matière carbonée, sous forme de saumure par vidange par le deuxième orifice de sortie, à l’extérieur de l’enceinte. - rotation of the endless screw so as to cause the balls to move in a loop comprising: a heating zone, outside the endless screw, along the side wall of the enclosure in which the water and the balls are heated by it to a temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts, downstream of the heating zone, a precipitation zone inside the hollow cylinder, in which on contact with the hot balls, the salts contained in the carbonaceous material precipitate, downstream of the precipitation zone, a resolubilization zone , between the lower end of the hollow cylinder and the grid in which the salts precipitated on the balls are dissolved then evacuated through the grid, with where appropriate the salts in particulate form present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second outlet port, outside the enclosure.
L’invention a également pour objet une installation de gazéification de biomasse comprenant: The invention also relates to a biomass gasification installation comprising:
- un séparateur de sels tel que décrit précédemment ; - a salt separator as described previously;
- un réacteur de gazéification relié à l’enceinte du séparateur de sels pour être alimenté en biomasse dénuée de sels. - a gasification reactor connected to the salt separator enclosure to be supplied with salt-free biomass.
Avantageusement, la température de fonctionnement du réacteur est d'environ 600°C et la pression de fonctionnement du réacteur est d'environ 300 bars. Advantageously, the operating temperature of the reactor is approximately 600° C. and the operating pressure of the reactor is approximately 300 bars.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement à réaliser un séparateur de sels contenus dans une solution, de préférence à convertir thermochimiquement, qui est portée avec des billes en déplacement au moyen d’une vis san fin, dans des conditions supercritiques. Thus, the invention essentially consists of producing a separator of salts contained in a solution, preferably to be converted thermochemically, which is carried with moving balls by means of a screw, under supercritical conditions.
Le déplacement des billes chauffées les amène dans le cylindre creux de la vis sans fin où leur température supérieure à la température de précipitation des sels, permet aux sels de se déposer sur la surface des billes. The movement of the heated balls brings them into the hollow cylinder of the endless screw where their temperature, higher than the precipitation temperature of the salts, allows the salts to be deposited on the surface of the balls.
Le déplacement en boucle des billes chauffées, permet en premier lieu de réchauffer la solution à convertir jusqu’à une température garantissant la précipitation des sels sur les billes puis de séparer la solution à convertir en un flux appauvri en sels qui est évacué du séparateur pour être dirigé vers un réacteur de conversion, notamment un réacteur de gazéification, et en un flux chargé en sels dissous à extraire sous la forme d’une saumure évacué par vidange de préférence gravitaire au travers d’une grille. The movement of the heated balls in a loop first allows the solution to be converted to be heated to a temperature guaranteeing the precipitation of the salts on the balls and then to separate the solution to be converted into a flow depleted of salts which is evacuated from the separator for be directed to a conversion reactor, in particular a gasification reactor, and into a flow loaded with dissolved salts to be extracted in the form of a brine evacuated by draining, preferably by gravity through a grid.
D’autre avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes. Brève description des dessins Other advantages and characteristics will become clearer on reading the detailed description, given for illustrative and non-limiting purposes, with reference to the following figures. Brief description of the drawings
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un séparateur de sels selon l’état de l’art. [Fig 1] Figure 1 is a schematic longitudinal sectional view of a salt separator according to the state of the art.
[Fig 2] la figure 2 est une vue en perspective d’un séparateur de sels selon l’invention.[Fig 2] Figure 2 is a perspective view of a salt separator according to the invention.
[Fig 3] la figure 3 reprend la figure 2 et montre le séparateur en fonctionnement avec les circulations des fluides indiquées. [Fig 3] Figure 3 repeats Figure 2 and shows the separator in operation with the fluid circulations indicated.
[Fig 4] la figure 4 est une vue en perspective d’une première variante de montage de la vis sans fin selon l’invention qui montre la fixation de son arbre de rotation au cylindre creux et son agencement par rapport à l’enceinte du séparateur. [Fig 4] Figure 4 is a perspective view of a first variant of mounting the endless screw according to the invention which shows the attachment of its rotation shaft to the hollow cylinder and its arrangement in relation to the enclosure of the separator.
[Fig 5] la figure 5 est une vue en perspective d’une deuxième variante de montage de la vis sans fin selon l’invention qui montre la fixation de son arbre de rotation au cylindre creux et son agencement par rapport à l’enceinte du séparateur. [Fig 5] Figure 5 is a perspective view of a second variant of mounting the endless screw according to the invention which shows the attachment of its rotation shaft to the hollow cylinder and its arrangement in relation to the enclosure of the separator.
[Fig 6] la figure 6 est une vue synoptique d’une installation de gazéification de biomasse humide intégrant un séparateur de sels selon l’invention. [Fig 6] Figure 6 is a synoptic view of a wet biomass gasification installation integrating a salt separator according to the invention.
Description détaillée detailed description
Par souci de clarté, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques selon l’état de l’art et selon l’invention. For the sake of clarity, the same elements are designated by the same numerical references according to the state of the art and according to the invention.
On précise que dans l’ensemble de la demande, les termes « entrée », « sortie », « amont », «aval » sont à comprendre en relation avec le sens de la circulation du fluide considéré au sein d’un séparateur de sels et d’une installation de gazéification selon l’invention. It is specified that throughout the application, the terms “inlet”, “outlet”, “upstream”, “downstream” are to be understood in relation to the direction of circulation of the fluid considered within a salt separator. and a gasification installation according to the invention.
De même, les termes « supérieur », « inférieur », « dessus », « dessous » sont à comprendre en référence à un séparateur de sels selon l’invention agencé à la verticale dans sa configuration de fonctionnement. Likewise, the terms “upper”, “lower”, “above”, “below” are to be understood with reference to a salt separator according to the invention arranged vertically in its operating configuration.
La figure 1 relative à un séparateur de sels selon l’état de l’art a déjà été commentée en préambule. Elle ne le sera donc pas ci-après. Figure 1 relating to a salt separator according to the state of the art has already been commented on in the preamble. It will therefore not be hereafter.
En figure 2, on a représenté un séparateur de sels 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Dans l’exemple illustré, le séparateur de sels 1 est de forme axisymétrique de révolution. Dans sa configuration installée, il s’étend à la verticale. Ce séparateur 1 comprend une enceinte 2 délimitant une chambre intérieure C dont une zone S de séparation des sels précipités. In Figure 2, there is shown a salt separator 1 according to one embodiment of the invention. In the example illustrated, the salt separator 1 has an axisymmetric shape of revolution. In its installed configuration, it extends vertically. This separator 1 comprises an enclosure 2 delimiting an interior chamber C including a zone S for separating the precipitated salts.
Le couvercle 26 de l’enceinte est percé de l’orifice d’injection 11 à travers laquelle la biomasse humide contenant des sels est injectée. Le couvercle est également percé d’au moins un premier orifice de sortie 25 par lequel les effluents de la biomasse dénuée des sels précipités sont destinés à être évacués. The cover 26 of the enclosure is pierced with the injection orifice 11 through which the wet biomass containing salts is injected. The cover is also pierced with at least a first outlet 25 through which the effluents of the biomass devoid of precipitated salts are intended to be evacuated.
L’enceinte 2 peut être à simple paroi latérale métallique 20, percée d’un deuxième orifice d’injection 27 par lequel de l’eau est destinée à être injectée. La paroi latérale 20 est également percée d’un deuxième orifice de sortie 23 par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure. Ce deuxième orifice de sortie 23 est agencé en-dessous du deuxième orifice d’injection d’eau 27 de sorte que la saumure puisse être évacuée par vidange gravitaire. The enclosure 2 can have a single metal side wall 20, pierced with a second injection orifice 27 through which water is intended to be injected. The side wall 20 is also pierced with a second outlet orifice 23 through which the precipitated salts are intended to be evacuated in the form of brine. This second outlet 23 is arranged below the second water injection orifice 27 so that the brine can be evacuated by gravity draining.
Au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale 20 est adaptée pour être chauffée. Pour cette chauffe, des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe peuvent être avantageusement intégrées dans l’épaisseur de la simple 20 ou double-paroi métallique 20, 21 II peut s’agir de cartouches cylindriques de faible diamètre, typiquement égal à 3,15mm comme celles commercialisées par la société Omega : https://www.omega.fr/subsection/cartouches- chauffantes.html. At least part of the height of the side wall 20 is adapted to be heated. For this heating, heating resistors, in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source can be advantageously integrated into the thickness of the single 20 or double metal wall 20, 21 It can be use cylindrical cartridges of small diameter, typically equal to 3.15mm, such as those marketed by the Omega company: https://www.omega.fr/subsection/cartouches-heaters.html.
Une grille 13 est agencée dans la chambre intérieure C de l’enceinte 2 à une hauteur entre le deuxième orifice d’injection 27 et le deuxième orifice de sortie 23. A grid 13 is arranged in the interior chamber C of enclosure 2 at a height between the second injection port 27 and the second outlet port 23.
Des billes 14 sont contenues dans la chambre intérieure C de l’enceinte 2. Elles sont dimensionnées pour ne passer au travers de la grill 13. Les billes 14 sont en matériau réfractaire, par exemple en Inconel®, en acier inoxydable ou autres aciers réfractaires. Le diamètre des billes 14 est compris de préférence entre 0,5 mm et 2 mm. Balls 14 are contained in the interior chamber C of enclosure 2. They are dimensioned so as not to pass through the grill 13. The balls 14 are made of refractory material, for example Inconel®, stainless steel or other refractory steels . The diameter of the balls 14 is preferably between 0.5 mm and 2 mm.
Le séparateur 1 comprend un cylindre creux 15 et débouchant à ses deux extrémités 150, 151. Il comprend, sur sa périphérie extérieure, une cannelure hélicoïdale 16 en formant une vis sans fin 17 montée en rotation autour d’un axe central X à l’intérieur de la chambre intérieure C de l’enceinte 2. Comme illustré à la figure 2, le montage de cette vis sans fin 17 est réalisé de sorte que le premier orifice d’injection 11 débouche à l’intérieur du cylindre creux 15 avec l’extrémité inférieure 150 du cylindre creux 15 agencée au-dessus de la grille 13 et l’extrémité supérieure 151 du cylindre creux 15 agencée à une distance du couvercle 26 suffisante pour laisser passer les billes 14 de l’extérieur du cylindre creux 15 vers l’intérieur du cylindre creux 15. Comme montré sur cette figure 2, le premier orifice d’injection 11 peut être celui d’un tube d’injection 10 sous la forme d’une canne qui amène la biomasse au sein du cylindre creux 15. The separator 1 comprises a hollow cylinder 15 opening at its two ends 150, 151. It comprises, on its outer periphery, a helical groove 16 forming an endless screw 17 mounted to rotate around a central axis interior of the interior chamber C of enclosure 2. As illustrated in Figure 2, the assembly of this endless screw 17 is carried out so that the first injection orifice 11 opens inside the hollow cylinder 15 with the lower end 150 of the hollow cylinder 15 arranged above of the grid 13 and the upper end 151 of the hollow cylinder 15 arranged at a distance from the cover 26 sufficient to allow the balls 14 to pass from the outside of the hollow cylinder 15 towards the inside of the hollow cylinder 15. As shown in this figure 2, the first injection orifice 11 can be that of an injection tube 10 in the form of a rod which brings the biomass into the hollow cylinder 15.
Le fonctionnement du séparateur 1 va maintenant être décrit en référence à la figure 3.The operation of separator 1 will now be described with reference to Figure 3.
La biomasse est injectée par le premier orifice d’injection 11 à l’intérieur du cylindre creux 15, typiquement à une température de 300°C, dans le lit de billes 14 qui sont à une température de l’ordre de 420°C par la chauffe de la paroi latérale 20, comme détaillé ci- après. The biomass is injected through the first injection orifice 11 inside the hollow cylinder 15, typically at a temperature of 300°C, into the bed of balls 14 which are at a temperature of the order of 420°C per the heating of the side wall 20, as detailed below.
De l’eau est injectée dans la chambre intérieure C par le deuxième orifice d’injection 27 à une pression au-dessus de sa pression critique mais à une température inférieure à sa température critique, typiquement de 300°C. Water is injected into the interior chamber C through the second injection port 27 at a pressure above its critical pressure but at a temperature below its critical temperature, typically 300°C.
La rotation de la vis sans fin 17 provoque le déplacement des billes 14 selon une boucle comprenant : The rotation of the endless screw 17 causes the balls 14 to move in a loop comprising:
- une zone de chauffe (Ch), à l’extérieur de la vis sans fin, le long de la paroi latérale 20 de l’enceinte dans laquelle l’eau et les billes 14 sont chauffées par celle-ci à une température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation de sels, typiquement à 420°C - a heating zone (Ch), outside the endless screw, along the side wall 20 of the enclosure in which the water and the balls 14 are heated by it to a higher temperature or equal to the critical temperature of water and salt precipitation, typically at 420°C
- en aval de la zone de chauffe, une zone de précipitation (P) à l’intérieur du cylindre creux 15, dans laquelle au contact des billes chaudes, les sels contenus dans la biomasse se précipitent, - downstream of the heating zone, a precipitation zone (P) inside the hollow cylinder 15, in which on contact with the hot balls, the salts contained in the biomass precipitate,
- en aval de la zone de précipitation, une zone de resolubilisation (R), entre l’extrémité inférieure 151 du cylindre creux et la grille 13 dans laquelle les sels précipités sur les billes sont dissous puis évacués, avec le cas échéant les sels sous forme particulaire présents dans la matière carbonée, sous forme de saumure par vidange par le deuxième orifice, à l’extérieur de l’enceinte. Ainsi, au contact des billes chaudes 14, des gaz sont formés dans la zone de précipitation P et circulent à contrecourant des billes 14 puis sont évacués par l’orifice de sortie 25. - downstream of the precipitation zone, a resolubilization zone (R), between the lower end 151 of the hollow cylinder and the grid 13 in which the salts precipitated on the balls are dissolved then evacuated, with where appropriate the salts under particulate form present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second orifice, outside the enclosure. Thus, on contact with the hot balls 14, gases are formed in the precipitation zone P and circulate countercurrent to the balls 14 then are evacuated through the outlet orifice 25.
Au contact des billes chaudes, les sels inorganiques contenus dans la biomasse se déposent sur les billes 14 et sont emportés par la circulation des billes 14 en boucle vers la zone de resolubilisation R en bas du réacteur pour évacuation par vidange gravitaire par l’orifice de sortie 23. In contact with the hot balls, the inorganic salts contained in the biomass are deposited on the balls 14 and are carried away by the circulation of the balls 14 in a loop towards the resolubilization zone R at the bottom of the reactor for evacuation by gravity draining through the orifice of exit 23.
Le fonctionnement du séparateur 1 nécessite donc que les billes soient chauffées à une température telle que la température au sein de l’enceinte 2 soit de l’ordre de 420 °C de sorte que les sels se déposent sur les billes et que les composés organiques de la biomasse injectée soient évacués avec l’eau en conditions supercritiques par l’orifice de sortie 25 en haut du séparateur. The operation of the separator 1 therefore requires that the balls be heated to a temperature such that the temperature within the enclosure 2 is of the order of 420 ° C so that the salts are deposited on the balls and the organic compounds of the injected biomass are evacuated with the water in supercritical conditions through the outlet orifice 25 at the top of the separator.
Les billes doivent donc apporter l’énergie pour chauffer la biomasse à cette température. Cette température dépend du débit de billes circulant dans la zone externe de la vis. Par exemple, pour un débit de Ikg/h de ressource entrant dans le séparateur 1 à 300°C 280 bars, il faut un débit de 76kg/h pour injecter des billes 14 à 460°C et maintenir un séparateur 1 à 420°C. La puissance apportée par les billes 14 à la biomasse est alors de 0,3kW. The beads must therefore provide the energy to heat the biomass to this temperature. This temperature depends on the flow rate of balls circulating in the external zone of the screw. For example, for a flow rate of Ikg/h of resource entering separator 1 at 300°C 280 bars, a flow rate of 76kg/h is required to inject balls 14 at 460°C and maintain separator 1 at 420°C . The power provided by the balls 14 to the biomass is then 0.3 kW.
H faudrait apporter une puissance supplémentaire de 1,2 kW pour réchauffer les billes de 300°C à une température de 460°C. Ainsi, les billes qui sortent de l’espace annulaire entre la vis et la paroi de l’enceinte ont une température chaude de 460°C, telle que l’énergie qu’elles cèdent au milieu au sein de l’enceinte correspond à l’énergie qui est apportée à la biomasse. An additional power of 1.2 kW would be required to heat the balls from 300°C to a temperature of 460°C. Thus, the balls which emerge from the annular space between the screw and the wall of the enclosure have a hot temperature of 460°C, such that the energy they transfer to the medium within the enclosure corresponds to the energy which is supplied to the biomass.
Différentes variantes de montage de la vis sans fin 17 et de la canne d’injection 10 de biomasse peuvent être prévues dans le cadre de l’invention. Different variants of mounting the endless screw 17 and the biomass injection rod 10 can be provided within the framework of the invention.
La figure 4 montre une variante selon laquelle la canne d’injection 10 est agencée à distance de l’arbre de rotation 19 et débouche à proximité de l’extrémité supérieure 151 du cylindre creux 15. La fixation entre l’arbre de rotation 19 et le cylindre creux 15 n’est réalisée qu’avec son extrémité inférieure 150 au moyen de pattes de fixation 152 qui s’étendent radialement, de préférence en étant répartis uniformément radialement. Figure 4 shows a variant according to which the injection rod 10 is arranged at a distance from the rotation shaft 19 and opens near the upper end 151 of the hollow cylinder 15. The attachment between the rotation shaft 19 and the hollow cylinder 15 is made only with its lower end 150 by means of fixing lugs 152 which extend radially, preferably being uniformly distributed radially.
La figure 5 montre une autre variante selon laquelle la canne d’injection 10 est agencée à l’intérieur de l’arbre de rotation 19 et débouche à proximité de l’extrémité inférieure 150 du cylindre creux 15. La fixation entre l’arbre de rotation 19 et le cylindre creux 15 est réalisée à la fois avec son extrémité inférieure 150 et avec son extrémité supérieure au moyen respectivement de pattes de fixation 152 et 153 qui s’étendent radialement, de préférence en étant répartis uniformément radialement. Figure 5 shows another variant according to which the injection rod 10 is arranged inside the rotation shaft 19 and opens near the lower end 150 of the hollow cylinder 15. The fixation between the rotation shaft 19 and the hollow cylinder 15 is carried out both with its lower end 150 and with its upper end by means respectively of fixing lugs 152 and 153 which extend radially, preferably being uniformly distributed radially.
La figure 6 illustre une installation 3 de gazéification de biomasse humide qui intègre un séparateur de sels 1 selon l’invention. Figure 6 illustrates a wet biomass gasification installation 3 which integrates a salt separator 1 according to the invention.
Sur cette figure 6, les différents symboles relatifs aux températures sont les suivants : In this figure 6, the different symbols relating to temperatures are as follows:
T: température de chauffe de la biomasse à convertir avant son entrée dans le séparateur 1, typiquement aux environs de 300°C. T: heating temperature of the biomass to be converted before entering separator 1, typically around 300°C.
Tg : température de gazéification de la biomasse, typiquement aux environs de 600°C.Tg: gasification temperature of biomass, typically around 600°C.
Cette installation 3 comprend d’amont en aval dans le sens de la circulation de biomasse à gazéifier : This installation 3 includes from upstream to downstream in the direction of the circulation of biomass to be gasified:
- un échangeur de chaleur 4, qui peut être standard dans la gestion de fluide visqueux non collant et optimisé pour la récupération de chaleur entre la température ambiante et au maximum la température T, - a heat exchanger 4, which can be standard in the management of non-sticky viscous fluid and optimized for heat recovery between ambient temperature and maximum temperature T,
- un séparateur de sels 1, relié en aval à l’échangeur de chaleur 4, qui permet d’évacuer les effluents de biomasse sans sels tout en séparant les sels sous forme de saumure, - a salt separator 1, connected downstream to the heat exchanger 4, which makes it possible to evacuate the biomass effluent without salts while separating the salts in the form of brine,
- un séparateur haute pression 5, relié en aval au séparateur 1, pour séparer les sels précipités sous forme solide de l’eau de saumure évacuée ; - a high pressure separator 5, connected downstream to the separator 1, to separate the precipitated salts in solid form from the evacuated brine water;
- un réacteur de gazéification 6, relié en aval au séparateur de sels 1 pour gazéifier la biomasse sans sels à la température Tg. - a gasification reactor 6, connected downstream to the salt separator 1 to gasify the biomass without salts at the temperature Tg.
Le réacteur de gazéification 6 est typiquement un réacteur à tube-calandre et fonctionne à 600°C sous pression de 300 bar. The gasification reactor 6 is typically a tube-and-shell reactor and operates at 600°C under pressure of 300 bar.
Sur cette figure 6, les tracés pleins symbolisent les flux de matière avant la gazéification, respectivement à une température froide (ambiante) à l’entrée de l’échangeur 4, à une température proche de T à la sortie de l’échangeur 4, puis à la température requise de gazéification Tg dès la sortie du séparateur 1. Les tracés pointillés représentent quant à eux les flux matière post-gazéification qui sortent à la température Tg du réacteur 6 et passent en retour dans l’échangeur de chaleur 4 pour être refroidis. In this figure 6, the solid lines symbolize the material flows before gasification, respectively at a cold (ambient) temperature at the inlet of exchanger 4, at a temperature close to T at the outlet of exchanger 4, then at the required gasification temperature Tg from the outlet of separator 1. The dotted lines represent the post-gasification material flows which exit at temperature Tg from reactor 6 and pass back into heat exchanger 4 to be cooled.
Comme précisé sur cette figure 6, une fois refroidis, les effluents convertis par la gazéification (syngas) sont évacués de l’installation 3 vers un procédé de stockage ou d’exploitation directe. As shown in Figure 6, once cooled, the effluents converted by gasification (syngas) are evacuated from installation 3 to a storage or direct exploitation process.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Other variants and improvements can be considered without departing from the scope of the invention.
Liste des références citées List of cited references
[1]: “A novel salt separator for the supercritical water gasification of biomass” , J Reimer, G. Peng, S. Viereck, E. De Boni, J. Breinl, F. Vogel, J. of Supercritical Fluids 117 (2016) 113-121. [1]: “A novel salt separator for the supercritical water gasification of biomass”, J Reimer, G. Peng, S. Viereck, E. De Boni, J. Breinl, F. Vogel, J. of Supercritical Fluids 117 (2016 ) 113-121.
[2]: “Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 1: Type 1 salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Vogel, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 99-112. [2]: “Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 1: Type 1 salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Vogel, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 99-112.
[3]: “Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 2. Type 2 salts and mixtures of two salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Voge, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 113-124. [3]: “Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 2. Type 2 salts and mixtures of two salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Voge, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 113-124.

Claims

Revendications Claims
1. Séparateur de sels (1) pour séparer les sels d'une matière carbonée les contenant, le séparateur de sel comprenant : 1. Salt separator (1) for separating salts from a carbonaceous material containing them, the salt separator comprising:
- une enceinte (2) délimitant une chambre intérieure (C) et comprenant : un couvercle (26) percé d’un premier orifice d’injection (11), par lequel une matière carbonée contenant un ou des sels est destinée à être injectée, au moins une paroi latérale (20, 21) percée d’un deuxième orifice d’injection (27), par lequel de l’eau est destinée à être injectée, au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale étant adaptée pour être chauffée, la paroi latérale et/ou le couvercle étant percé(s) d’au moins un premier orifice de sortie (25) par lequel les effluents de la matière carbonée dénuée des sels précipités sont destinés à être évacués, un fond (24), la paroi latérale et/ou le fond étant percé(e)(s) d’au moins un deuxième orifice de sortie (23) par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure ; - an enclosure (2) delimiting an interior chamber (C) and comprising: a cover (26) pierced with a first injection orifice (11), through which a carbonaceous material containing one or more salts is intended to be injected, at least one side wall (20, 21) pierced with a second injection orifice (27), through which water is intended to be injected, at least part of the height of the side wall being adapted to be heated, the side wall and/or the cover being pierced with at least a first outlet orifice (25) through which the effluents of the carbonaceous material devoid of precipitated salts are intended to be evacuated, a bottom (24) , the side wall and/or the bottom being pierced with at least a second outlet orifice (23) through which the precipitated salts are intended to be evacuated in the form of brine;
- une grille (13) agencée dans la chambre intérieure de l’enceinte; - a grid (13) arranged in the interior chamber of the enclosure;
- des billes (14) contenues dans la chambre intérieure de l’enceinte et dimensionnées pour ne passer au travers de la grille; - balls (14) contained in the interior chamber of the enclosure and sized not to pass through the grid;
- un cylindre creux (15) et débouchant à ses deux extrémités (150, 151), le cylindre (15) comprenant, sur sa périphérie extérieure, une cannelure hélicoïdale (16) en formant une vis sans fin (17), la vis sans fin étant montée en rotation à l’intérieur de la chambre intérieure de l’enceinte de sorte que le premier orifice d’injection (11) débouche à l’intérieur du cylindre creux, que l’extrémité inférieure (150) du cylindre creux soit agencée au-dessus de la grille (13) et que l’extrémité supérieure (151) du cylindre creux soit agencée à une distance du couvercle (26) suffisante pour laisser passer les billes (14) de l’extérieur du cylindre creux vers l’intérieur du cylindre creux. - a hollow cylinder (15) opening at its two ends (150, 151), the cylinder (15) comprising, on its outer periphery, a helical groove (16) forming an endless screw (17), the endless screw end being mounted in rotation inside the interior chamber of the enclosure so that the first injection orifice (11) opens inside the hollow cylinder, that the lower end (150) of the hollow cylinder is arranged above the grid (13) and that the upper end (151) of the hollow cylinder is arranged at a distance from the cover (26) sufficient to allow the balls (14) to pass from the outside of the hollow cylinder towards the inside the hollow cylinder.
2. Séparateur de sels selon la revendication 1, le deuxième orifice de sortie étant agencé en- dessous du deuxième orifice d’injection d’eau de sorte que la saumure puisse être évacuée par vidange gravitaire. 2. Salt separator according to claim 1, the second outlet orifice being arranged below the second water injection orifice so that the brine can be evacuated by gravity draining.
3. Séparateur de sels selon la revendication 1 ou 2, comprenant des moyens de chauffage externe agencés autour de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer l’eau et les billes à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels. 3. Salt separator according to claim 1 or 2, comprising external heating means arranged around the side wall of the enclosure to heat the water and the balls to the temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts.
4. Séparateur de sels selon l’une des revendications précédentes, comprenant des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe et intégrées dans l’épaisseur de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer l’eau et les billes à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels. 4. Salt separator according to one of the preceding claims, comprising heating resistors, in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source and integrated into the thickness of the side wall of the enclosure to heat the water and the beads to the temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts.
5. Séparateur de sels selon l’une des revendications précédentes, comprenant un circuit de fluide caloporteur réalisé dans l’épaisseur de la paroi latérale de l’enceinte pour l’eau et les billes à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels. 5. Salt separator according to one of the preceding claims, comprising a heat transfer fluid circuit produced in the thickness of the side wall of the enclosure for the water and the balls at the temperature greater than or equal to the critical temperature of water and precipitation of salts.
6. Séparateur de sels selon l’une des revendications précédentes, la pression de fonctionnement de l’enceinte étant comprise entre 222bars et 300bars. 6. Salt separator according to one of the preceding claims, the operating pressure of the enclosure being between 222 bars and 300 bars.
7. Séparateur de sels selon l’une des revendications précédentes, la température de la chambre intérieure dans la zone de chauffe (Ch) étant de l’ordre de 420°C. 7. Salt separator according to one of the preceding claims, the temperature of the interior chamber in the heating zone (Ch) being of the order of 420°C.
8. Séparateur de sels selon l’une des revendications précédentes, la température de la chambre intérieure dans la zone de resolubilisation (R) étant de l’ordre de 300°C. 8. Salt separator according to one of the preceding claims, the temperature of the interior chamber in the resolubilization zone (R) being of the order of 300°C.
9. Procédé de fonctionnement d’un séparateur de sels selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : 9. Method of operating a salt separator according to one of the preceding claims, comprising the following steps:
- injection de la matière carbonée par le premier orifice d’injection à l’intérieur du cylindre creux et injection d’eau par le deuxième orifice d’injection dans la chambre intérieure, à une pression au-dessus de sa pression critique mais à une température inférieure à sa température critique, - injection of the carbonaceous material through the first injection orifice inside the hollow cylinder and injection of water through the second injection orifice into the interior chamber, at a pressure above its critical pressure but at a temperature below its critical temperature,
- rotation de la vis sans fin de de sorte à provoquer le déplacement des billes selon une boucle comprenant: une zone de chauffe, à l’extérieur de la vis sans fin, le long de la paroi latérale de l’enceinte dans laquelle l’eau et les billes sont chauffées par celle-ci à une température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation de sels , en aval de la zone de chauffe, une zone de précipitation à l’intérieur du cylindre creux, dans laquelle au contact des billes chaudes, les sels contenus dans la matière carbonée se précipitent, en aval de la zone de précipitation, une zone de resolubilisation, entre l’extrémité inférieure du cylindre creux et la grille dans laquelle les sels précipités sur les billes sont dissous puis évacués à travers la grille, avec le cas échéant les sels sous forme particulaire présents dans la matière carbonée, sous forme de saumure par vidange par le deuxième orifice de sortie, à l’extérieur de l’enceinte. - rotation of the endless screw so as to cause the balls to move in a loop comprising: a heating zone, outside the endless screw, along the side wall of the enclosure in which the water and the balls are heated by it to a temperature greater than or equal to the critical temperature of the water and precipitation of salts, downstream of the heating zone, a precipitation zone inside the hollow cylinder, in which on contact with the hot balls, the salts contained in the carbonaceous material precipitate, downstream of the precipitation zone, a resolubilization zone, between the lower end of the hollow cylinder and the grid in which the salts precipitate on the balls are dissolved then evacuated through the grid, with where appropriate the salts in particulate form present in the carbonaceous material, in the form of brine by draining through the second outlet orifice, outside the enclosure.
10. Installation (3) de gazéification de biomasse comprenant : - un séparateur de sels (1) selon l’une des revendications 1 à 8; 10. Biomass gasification installation (3) comprising: - a salt separator (1) according to one of claims 1 to 8;
- un réacteur de gazéification (6) relié à l’enceinte du séparateur de sels (1) pour être alimenté en biomasse dénuée de sels. - a gasification reactor (6) connected to the salt separator enclosure (1) to be supplied with salt-free biomass.
11. Installation selon la revendication 10, la température de fonctionnement du réacteur étant d'environ 600°C et la pression de fonctionnement du réacteur étant d'environ 300 bars. 11. Installation according to claim 10, the operating temperature of the reactor being approximately 600°C and the operating pressure of the reactor being approximately 300 bars.
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