FR3132235A1 - Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. - Google Patents
Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. Download PDFInfo
- Publication number
- FR3132235A1 FR3132235A1 FR2200889A FR2200889A FR3132235A1 FR 3132235 A1 FR3132235 A1 FR 3132235A1 FR 2200889 A FR2200889 A FR 2200889A FR 2200889 A FR2200889 A FR 2200889A FR 3132235 A1 FR3132235 A1 FR 3132235A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- water
- reactor
- oxidation reactor
- mixture
- treated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 title claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 119
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 82
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 82
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 63
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 60
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 101100389694 Arabidopsis thaliana AERO2 gene Proteins 0.000 claims abstract description 5
- 101100389688 Arabidopsis thaliana AERO1 gene Proteins 0.000 claims abstract description 3
- 101150047030 ERO1 gene Proteins 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 21
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 12
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 claims description 3
- 101100206899 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) TIR2 gene Proteins 0.000 claims description 2
- 101100534242 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) srp2 gene Proteins 0.000 claims description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000002211 methanization Effects 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001001478 Homo sapiens Importin subunit alpha-3 Proteins 0.000 description 1
- 101001001462 Homo sapiens Importin subunit alpha-5 Proteins 0.000 description 1
- 102100035692 Importin subunit alpha-1 Human genes 0.000 description 1
- 102100036188 Importin subunit alpha-3 Human genes 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/78—High-pressure apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/0923—Sludge, e.g. from water treatment plant
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0973—Water
- C10J2300/0979—Water as supercritical steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/12—Heating the gasifier
- C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
- C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
- C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
- C10J2300/1892—Heat exchange between at least two process streams with one stream being water/steam
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
TITRE : Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. L’invention concerne un procédé et un dispositif (DT) de traitement hydrothermal de composés organiques, le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte : un réacteur (RO) d’oxydation avec des entrées (ERO1, ERO2) pour un gaz comburant et un gaz combustible et une entrée (ERO3) pour de l’eau en conditions supercritiques ainsi qu’une sortie (SRO) pour l’eau,un réacteur (R) de gazéification configuré pour fonctionner avec de l’eau dans en conditions supercritiques, le réacteur comportant une entrée (ER1) connectée à la sortie (SRO) du réacteur, une entrée (ER2) pour amener du mélange à traiter, contenant des composés organiques à valoriser, sous pression et une sortie (SR) pour un mélange traité comportant des gaz dissous issus des composés organiques ;un échangeur de chaleur (ECH) connecté à la sortie (SR) du réacteur (R), le mélange traité sortant du réacteur étant destiné à servir de source chaude à l’échangeur de chaleur, et connecté à la fois à une alimentation en eau sous pression et à ladite autre entrée (ERO3) du réacteur (RO) d’oxydation, cette eau sous pression étant ainsi destinée à être surchauffée dans l’échangeur de chaleur avant d’entrer dans le réacteur d’oxydation. Figure pour l’abrégé : Figure 1.
Description
La présente invention se rapporte à la valorisation des bio-ressources et plus particulièrement à la valorisation des ressources humides.
Ces ressources humides (taux d’humidité > 50%) représentent en effet un potentiel énergétique important qu’il convient de ne pas négliger en regard des ressources sèches (taux d’humidité < 50% : bois, déchets sec et résidus agricoles divers). Il s‘agit de valoriser des résidus de différentes origines : résidus de l’industrie agro-alimentaire, résidus agricoles, résidus de l’industrie papetière tels que la liqueur noire, boues de station d’épuration et leur digestat de méthanisation, fraction organique des ordures ménagères et leur digestat de méthanisation. Il peut être aussi intéressant de valoriser la biomasse humide, comme par exemple les algues (micro-algues ou macro-algues).
Ces ressources humides comportant une fraction importante d’eau (communément entre 50% et 90%), les procédés connus pour valoriser les ressources sèches ne sont pas nécessairement les mieux adaptés sur un plan énergétique.
C’est pourquoi, pour ces ressources humides, des procédés dits hydrothermaux ont été proposés et font l’objet de constantes améliorations.
Les procédés hydrothermaux consistent à convertir les composés organiques contenus dans la ressource humide (gaz, huiles ou liquides combustibles en fonction des cas).
Dans ce type de procédé, l’eau en présence joue le rôle de milieu réactionnel et de réactif.
En particulier, l’eau comportant les composés organiques à valoriser peut être mise sous conditions supercritiques (eau à une température supérieure à 374°C et pression supérieure à 22,1MPa). Dans ces conditions, les composés organiques sont hydrolysés et se gazéifient (transformation de la matière organique en gaz) On forme ainsi des gaz combustibles énergétiques (H2, CH4,C2H6…) qui se trouvent dissous dans l’eau (sous forte pression).
Il existe différentes façons de faire en sorte que l’eau soit en conditions supercritiques.
Une solution existante consiste à employer un échangeur-réacteur.
Celui-ci se présente généralement sous la forme d’une calandre traversée par un faisceau de tubes. Une chaudière est par exemple employée pour fournir de la chaleur (fluide caloporteur) à l’échangeur-réacteur, et plus précisément dans la calandre. L’eau contenant les composés organiques à valoriser (ressource humide) passe quant à elle dans les tubes. L’échange thermique entre l’environnement et les tubes permet alors de chauffer l’eau.
L’inconvénient de ce type de solution est lié à la qualité du transfert de chaleur au travers de la paroi des tubes permettant de faire circuler le flux de ressource humide dans l’échangeur-réacteur. En effet, les vitesses d’écoulement généralement constatées dans les tubes ne favorisent pas un transfert maximal de la chaleur (régime laminaire) et de plus l’intérieur des tubes peut s’encrasser rapidement selon la nature de la ressource humide traitée.
Une autre solution consiste à employer un réacteur (sans échangeur) configuré pour permettre une combustion en son sein. On pourra par exemple se référer au document EP 3 806 995.
On contourne ainsi les difficultés rencontrées avec l’échangeur-réacteur.
Plus précisément, un agent oxydant est injecté pour permettre la combustion d’une partie de la matière organique comprise dans l’eau ou des produits de réactions déjà formés par ailleurs. L’agent oxydant généralement utilisé est l’oxygène, lequel peut être apporté sous forme d’un flux de gaz pur, d’un flux d’air ou encore d’un flux de peroxyde d’hydrogène. La réaction de combustion ainsi générée apporte l’énergie nécessaire pour porter l’eau contenant les composés organiques à valoriser jusqu’en conditions supercritiques.
L’inconvénient d’une telle solution est liée à la difficulté de piloter correctement le procédé pour atteindre les conditions de température visées. En effet, il est difficile de distinguer si ce sont les produits de réaction (gaz provenant de la gazéification des composés organiques présents dans l’eau à traiter), ou les composés organiques eux-mêmes, qui sont consommés par la réaction de combustion. Il n’est évidemment pas souhaitable que les produits de réaction (gaz) soient consommés majoritairement, au détriment de la matière organique injectée dans le réacteur (à valoriser), puisqu’ils sont la partie valorisable de ce type de procédé.
Par ailleurs, la combustion de la matière organique injectée peut ne pas être optimale compte-tenu de la forme sous laquelle elle peut se présenter dans le procédé (particules de taille importante, agglomération avec de la matière inorganique) ou encore en raison de problématiques d’homogénéisation des flux ou de gestion des temps de séjour.
Encore une autre solution consiste à préchauffer un flux d’eau pure dans un échangeur dédié (qui tire sa source chaude de gaz de combustion issus d’une chaudière) puis à mélanger ce flux d’eau pure dans un réacteur de gazéification avec le flux de ressource humide à gazéifier. L’eau pure est suffisamment préchauffée pour que la température du mélange avec la ressource humide soit compatible avec une gazéification optimale de la matière organique en présence. On pourra se référer à“Review of supercritical gasification with lignocellulosic real biomass as the feedstocks: process parameters, biomass composition, catalyst development, reactor design and its challenges”, Chai Siah Lee & al., Chemical Engineering Journal, vol. 415 (2021), 128837.
Toutefois, pour assurer une bonne efficacité énergétique, le flux de ressource humide à traiter est aussi préchauffé, en l’occurrence par l’intermédiaire du flux d’eau sortant du réacteur de gazéification et au travers d’un échangeur de préchauffage. Cet échangeur de préchauffage peut être impacté par de fortes problématiques d’encrassement au regard de ses conditions de fonctionnement en termes de température et de la nature de la ressource humide traitée (présence d’éléments inorganiques qui précipitent ou génération d’huile très visqueuse agglomérées avec des particules charbonnées). Cet échangeur de préchauffage peut aussi nuire à l’efficacité du procédé global s’il vient à générer des composés organiques (particules charbonnées) plus difficiles à transformer en gaz dans l’étage dédié.
Quel que soit le procédé envisagé, il convient enfin de noter que l’eau issue du procédé de gazéification contient encore, dans la majorité des cas, des espèces organiques en solution. Cela peut rendre impropre cette eau pour le rejet dans l’environnement et cela impact aussi le rendement énergétique du procédé puisque la totalité des composés organiques n’a donc pas été valorisé.
Un objectif de l’invention est de proposer un dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré.
A cet effet, l’invention propose un dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques, caractérisé en ce qu’il comporte :
- un réacteur d’oxydation comportant :
une première entrée pour un gaz comburant et une deuxième entrée pour un gaz combustible, le réacteur étant configuré pour mettre en œuvre une réaction de combustion ;
une troisième entrée pour de l’eau en conditions supercritiques et une sortie pour cette eau,
- un réacteur de gazéification configuré pour fonctionner avec de l’eau en conditions supercritiques, le réacteur comportant :
une première entrée connectée à la sortie du réacteur d’oxydation, cette première entrée étant ainsi destinée à récupérer l’eau sortant du réacteur d’oxydation,
une deuxième entrée pour alimenter le réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression,
une sortie pour un mélange traité, comportant des gaz dissous issus des composés organiques ;
- un échangeur de chaleur relié d’une part, à la sortie du réacteur de gazéification, le mélange traité sortant du réacteur étant destiné à servir de source chaude à l’échangeur de chaleur et d’autre part, à la fois à un circuit d’alimentation en eau sous pression et à la troisième entrée du réacteur d’oxydation, cette eau sous pression étant ainsi destinée à être surchauffée dans l’échangeur de chaleur avant d’alimenter le réacteur d’oxydation.
- un réacteur d’oxydation comportant :
une première entrée pour un gaz comburant et une deuxième entrée pour un gaz combustible, le réacteur étant configuré pour mettre en œuvre une réaction de combustion ;
une troisième entrée pour de l’eau en conditions supercritiques et une sortie pour cette eau,
- un réacteur de gazéification configuré pour fonctionner avec de l’eau en conditions supercritiques, le réacteur comportant :
une première entrée connectée à la sortie du réacteur d’oxydation, cette première entrée étant ainsi destinée à récupérer l’eau sortant du réacteur d’oxydation,
une deuxième entrée pour alimenter le réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression,
une sortie pour un mélange traité, comportant des gaz dissous issus des composés organiques ;
- un échangeur de chaleur relié d’une part, à la sortie du réacteur de gazéification, le mélange traité sortant du réacteur étant destiné à servir de source chaude à l’échangeur de chaleur et d’autre part, à la fois à un circuit d’alimentation en eau sous pression et à la troisième entrée du réacteur d’oxydation, cette eau sous pression étant ainsi destinée à être surchauffée dans l’échangeur de chaleur avant d’alimenter le réacteur d’oxydation.
Le dispositif selon l’invention pourra comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- un circuit d’alimentation en mélange à traiter du réacteur de gazéification, ledit circuit comprenant un surpresseur pour mettre le mélange à traiter sous pression avant son entrée dans le réacteur de gazéification ;
- le circuit d’alimentation en eau pour le réacteur d’oxydation comprend un surpresseur pour mettre sous pression l’eau d’alimentation ;
- au moins une première cuve comportant une entrée connectée à l’échangeur de chaleur de sorte à pouvoir, en utilisation, récupérer le mélange traité, sous pression et refroidi sortant de l’échangeur de chaleur ;
- la cuve comporte également une sortie agencée pour récupérer des gaz provenant du mélange traité, sous pression et refroidi, ladite sortie étant connectée à la deuxième entrée du réacteur d’oxydation pour fournir lesdits gaz en tant que gaz combustible pour le réacteur d’oxydation ;
- une deuxième cuve connectée, par l’intermédiaire d’un détendeur, à une autre sortie de la première cuve, cette autre sortie étant agencée pour pouvoir récupérer une phase aqueuse présente dans cette première cuve ;
- un moyen de soutirage connecté à une sortie de la deuxième cuve, ce moyen de soutirage étant par ailleurs connecté au circuit d’alimentation en eau sous pression pour le réacteur d’oxydation.
- un circuit d’alimentation en mélange à traiter du réacteur de gazéification, ledit circuit comprenant un surpresseur pour mettre le mélange à traiter sous pression avant son entrée dans le réacteur de gazéification ;
- le circuit d’alimentation en eau pour le réacteur d’oxydation comprend un surpresseur pour mettre sous pression l’eau d’alimentation ;
- au moins une première cuve comportant une entrée connectée à l’échangeur de chaleur de sorte à pouvoir, en utilisation, récupérer le mélange traité, sous pression et refroidi sortant de l’échangeur de chaleur ;
- la cuve comporte également une sortie agencée pour récupérer des gaz provenant du mélange traité, sous pression et refroidi, ladite sortie étant connectée à la deuxième entrée du réacteur d’oxydation pour fournir lesdits gaz en tant que gaz combustible pour le réacteur d’oxydation ;
- une deuxième cuve connectée, par l’intermédiaire d’un détendeur, à une autre sortie de la première cuve, cette autre sortie étant agencée pour pouvoir récupérer une phase aqueuse présente dans cette première cuve ;
- un moyen de soutirage connecté à une sortie de la deuxième cuve, ce moyen de soutirage étant par ailleurs connecté au circuit d’alimentation en eau sous pression pour le réacteur d’oxydation.
Un autre objectif de l’invention est de proposer un procédé de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré.
A cet effet, l’invention propose un procédé de traitement hydrothermal de composés organiques, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
A) amener de l’eau à une température comprise entre 550°C et 650°C et à une pression comprise 270 et 300 bars dans un réacteur d’oxydation ;
B) mettre en œuvre une réaction de combustion dans le réacteur d’oxydation afin de porter l’eau à une température comprise entre 900°C et 1000°C ;
C) faire passer l’eau ainsi chauffée du réacteur d’oxydation vers un réacteur de gazéification, l’eau étant maintenue à une pression d’une part comprise entre 240 et 270 bars et d’autre part inférieure à la pression régnant dans le réacteur d’oxydation et concomitamment, alimenter ledit réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression;
D) récupérer un mélange traité sortant du réacteur de gazéification, ce mélange comportant des gaz dissous, pour servir de source chaude à un échangeur de chaleur recevant par ailleurs de l’eau à la pression comprise entre 270 et 300 bars pour la surchauffer depuis la température ambiante à la température comprise entre 550°C et 650°C avant qu’elle n’entre dans le réacteur d’oxydation.
A) amener de l’eau à une température comprise entre 550°C et 650°C et à une pression comprise 270 et 300 bars dans un réacteur d’oxydation ;
B) mettre en œuvre une réaction de combustion dans le réacteur d’oxydation afin de porter l’eau à une température comprise entre 900°C et 1000°C ;
C) faire passer l’eau ainsi chauffée du réacteur d’oxydation vers un réacteur de gazéification, l’eau étant maintenue à une pression d’une part comprise entre 240 et 270 bars et d’autre part inférieure à la pression régnant dans le réacteur d’oxydation et concomitamment, alimenter ledit réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression;
D) récupérer un mélange traité sortant du réacteur de gazéification, ce mélange comportant des gaz dissous, pour servir de source chaude à un échangeur de chaleur recevant par ailleurs de l’eau à la pression comprise entre 270 et 300 bars pour la surchauffer depuis la température ambiante à la température comprise entre 550°C et 650°C avant qu’elle n’entre dans le réacteur d’oxydation.
Le procédé selon l’invention pourra comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- pendant l’étape C), le mélange à traiter est introduit à la température ambiante dans le réacteur à un débit d’entrée donné et l’eau passant du réacteur d’oxydation au réacteur de gazéification est introduite à un débit 3 à 4 fois supérieur au débit d’entrée donné du mélange à traiter ;
- le procédé comprend une étape consistant à amener le mélange traité sortant de l’échangeur de chaleur dans une première cuve assurant une séparation de l’eau et de gaz qui y étaient dissous ;
- le procédé comprend une étape consistant à alimenter le réacteur d’oxydation avec une partie des gaz présents dans la première cuve, lesdits gaz servant de combustible à la réaction de combustion ;
- le procédé comprend en outre une série d’étape consistant successivement à prélever l’eau contenue dans la première cuve, puis détendre ladite eau ainsi prélevée jusqu’à la pression atmosphérique et enfin conduire l’eau ainsi obtenue dans une deuxième cuve assurant une séparation de ladite eau avec d’autres gaz, comme le dioxyde de carbone, qui y étaient encore dissous ;
- le procédé comprend une étape consistant à prélever l’eau contenue dans la deuxième cuve pour la conduire dans un circuit d’alimentation en eau sou pression de l’échangeur de chaleur avant que cette eau n’entre dans le réacteur d’oxydation.
- pendant l’étape C), le mélange à traiter est introduit à la température ambiante dans le réacteur à un débit d’entrée donné et l’eau passant du réacteur d’oxydation au réacteur de gazéification est introduite à un débit 3 à 4 fois supérieur au débit d’entrée donné du mélange à traiter ;
- le procédé comprend une étape consistant à amener le mélange traité sortant de l’échangeur de chaleur dans une première cuve assurant une séparation de l’eau et de gaz qui y étaient dissous ;
- le procédé comprend une étape consistant à alimenter le réacteur d’oxydation avec une partie des gaz présents dans la première cuve, lesdits gaz servant de combustible à la réaction de combustion ;
- le procédé comprend en outre une série d’étape consistant successivement à prélever l’eau contenue dans la première cuve, puis détendre ladite eau ainsi prélevée jusqu’à la pression atmosphérique et enfin conduire l’eau ainsi obtenue dans une deuxième cuve assurant une séparation de ladite eau avec d’autres gaz, comme le dioxyde de carbone, qui y étaient encore dissous ;
- le procédé comprend une étape consistant à prélever l’eau contenue dans la deuxième cuve pour la conduire dans un circuit d’alimentation en eau sou pression de l’échangeur de chaleur avant que cette eau n’entre dans le réacteur d’oxydation.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés et pour lesquels :
La est une représentation d’un dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques conforme à l’invention.
La représente un dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques conforme à l’invention.
Le Dispositif DT de traitement hydrothermal de composés organiques comporte un réacteur RO d’oxydation en série avec un réacteur R de gazéification, ainsi qu’un échangeur de chaleur ECH qui permet de récupérer la chaleur issue du flux d’eau sortant du réacteur R de gazéification pour l’injecter sur un flux d’eau d’alimentation entrant dans le réacteur RO d’oxydation.
Le réacteur RO d’oxydation comporte une première entrée ERO1 pour un gaz comburant et une deuxième entrée ERO2 pour un gaz combustible. Il permet de mettre en œuvre une réaction de combustion. Le réacteur RO d’oxydation est configuré pour porter de l’eau en conditions supercritiques depuis une troisième entrée ERO3 vers une sortie SRO.
Le réacteur R de gazéification est configuré pour fonctionner avec un mélange (eau principalement) en conditions supercritiques. Ce réacteur R comporte une première entrée ER1 connectée à la sortie SRO du réacteur d’oxydation RO, cette première entrée étant ainsi destinée à récupérer l’eau sortant du réacteur d’oxydation RO.
Ce réacteur R comporte aussi une deuxième entrée ER2 pour amener un mélange à traiter (ressource humide), sous pression, ce mélange étant donc chargé de composés organiques. Afin de mettre le mélange à traiter sous pression, le dispositif DT comprend un circuit d’alimentation CA1, en mélange à traiter, pour le réacteur R de gazéification, qui comprend un surpresseur SRP1.
Ce réacteur R comporte encore une sortie SR pour le flux aqueux sortant et comportant donc des gaz dissous issus des composés organiques.
Enfin, l’échangeur de chaleur ECH est connecté d’une part, à la sortie SR du réacteur R de gazéification, le flux aqueux traité sortant du réacteur R de gazéification étant destiné à servir de source chaude à l’échangeur de chaleur ECH, et d’autre part, à la fois à une alimentation en eau sous pression et à la troisième entrée ERO3 du réacteur RO d’oxydation, cette eau sous pression étant ainsi destinée à être préchauffée avant d’entrer dans le réacteur d’oxydation RO.
Nous allons maintenir décrire la mise en œuvre pratique du dispositif décrit précédemment.
La mise en route du procédé est réalisée en eau avec laquelle l’ensemble du dispositif est initialement rempli puis pressurisée jusqu’à la pression de service visée, typiquement entre 240 bars et 270 bars dans le réacteur de gazéification et entre 270 et 300 bars dans le réacteur RO d’oxydation. Cette différence de pression vise à permettre la circulation de l’eau depuis le réacteur RO d’oxydation vers le réacteur de gazéification. L’apport d’énergie initialement nécessaire pour chauffer l’eau à la température désirée transitant dans le réacteur RO d’oxydation (température comprise entre 900°C et 1000°C) puis dans le réacteur de gazéification (température comprise entre 600 et 700°C, somme des flux d’eau surchauffée et d’eau froide injecté en lieu et place du mélange à traiter - ressource humide - lors de cette étape) est réalisé par l’apport d’un gaz combustible « extérieur », à savoir un gaz nécessairement non issu de la mise en œuvre du procédé selon l’invention (par exemple du gaz naturel) lors de cette étape de mise en route. Ce gaz « extérieur » combustible est donc brûlé par combustion lors de son mélange avec un flux de comburant apporté aussi dans le réacteur RO d’oxydation.
Puis, une fois l’ensemble des flux portés aux conditions de fonctionnement désirées en termes de température et de pression (conditions supercritiques), mais aussi de débit dans le réacteur RO d’oxydation et le réacteur R de gazéification, le mélange à traiter peut être introduit dans le réacteur R de gazéification. Il convient de noter que l’eau provenant du réacteur RO d’oxydation et le mélange à traiter se mélangent donc dans le réacteur R de gazéification, au sein d’un volume relativement important.
Ce mélange à traiter comprend généralement, en fonction de sa nature, entre au moins 20% et au plus 50% de matière organique de manière à ce que le procédé ainsi alimenté soit producteur net de produits de réaction valorisables (gaz à haut pouvoir calorifique : H2, CH4, etc) compte-tenu des efficacités énergétiques couramment constatées des différents blocs utilisés dans ce système (rendement de la partie échangeur, pertes thermiques, etc.).
Par ailleurs, le débit de mélange à traiter Dm1est mélangé avec le flux aqueux surchauffé Dm2de manière à atteindre une température au sein du réacteur de gazéification comprise entre 600°C et 700°C. Pour cela, le débit de flux aqueux surchauffé Dm2est typiquement de 3 à 4 fois supérieur à celui de la ressource humide Dm1et à une température comprise entre 900 et 1000°C. Pour rappel, la pression dans le réacteur de gazéification est typiquement comprise entre 240 et 270 bars et la pression dans le réacteur d’oxydation RO est quant à elle typiquement comprise entre 270 et 300 bars.
Un débit de mélange Dm1est alors injecté en continu dans le réacteur de gazéification à l’intérieur duquel est réalisé un mélange avec le débit Dm2de flux aqueux surchauffé. La somme de ces flux constitue un débit Dm3.Les conditions de température et pression permettent de gazéifier les composés organiques contenus dans le mélange. Les réactions thermochimiques en présence (hydrolysation) produisent essentiellement des gaz à haut pouvoir calorifique comme de l’hydrogène (H2), du méthane (CH4) ou encore de l’éthane (C2H6). Du dioxyde de carbone est aussi produit ainsi que des espèces organiques solubles dans l’eau selon le niveau de température atteint dans ce réacteur. Le réacteur R de gazéification permet au mélange ainsi porté à haute température et haute pression de séjourner dans ces conditions typiquement entre 5 et 10 minutes pour permettre la conversion de l’essentiel de la matière organique en gaz. Le temps de séjour est fonction du débit du mélange traité et du volume du réacteur de gazéification. Pour un réacteur de gazéification donné (volume fixé), le temps de séjour est adapté par le débit qui circule dans le réacteur R. Bien entendu, plus on veut traiter des quantités importantes du mélange, plus il faut augmenter le volume du réacteur.
Une fois que le mélange a transité dans le réacteur de gazéification, il en est extrait. Ce flux sortant du réacteur de gazéification (mélange traité) est essentiellement de forme aqueuse, qui transite à un débit Dm3, contenant les gaz de réaction sous forme dissoute dans le flux aqueux - et éventuellement des espèces organiques en solution.
Le mélange traité est ensuite refroidi jusqu’à une température proche de l’ambiant au travers de l’échangeur ECH. La chaleur ainsi extraite est transférée à un flux d’eau entrant dans le réacteur d’oxydation. Ce flux d’eau au débit Dm2entrant dans le réacteur d’oxydation est ainsi préchauffé jusqu’à une température comprise entre 550 et 650°C. Ce flux aqueux a été pressurisé à une pression comprise entre 270 et 300 bars au préalable, par exemple au moyen d’un surpresseur SRP2 prévu dans un circuit d’alimentation CA2 en eau du réacteur RO d’oxydation.
La réalisation d’une étape de préchauffage, en aval du réacteur RO d’oxydation, par le mélange traité (flux sortant du réacteur de gazéification) présente des avantages par rapport au fait d’effectuer un préchauffage sur le mélange à traiter (donc chargé de composés organiques). En effet, l’échangeur de chaleur ne voit transiter que des flux déjà épurés en grande partie (pas ou peu d’éléments organiques ou inorganiques qui auront été convertis, ou qui auront précipités, dans le réacteur de gazéification et par ailleurs une alimentation en eau à surchauffer, par définition dépourvue de composés organiques). Les risques d’encrassement, et donc de perte de performances, de cet échangeur sont ainsi limités. Cette approche ne présente donc pas les inconvénients susceptibles d’être rencontrés les dispositifs décrits par Chai Siah Le & al.
Avantageusement, le flux de mélange à traiter est apporté dans le réacteur de gazéification directement depuis la température ambiante jusqu’à la température de réaction en présence. L’absence d’un étage intermédiaire de montée en température (lorsque la récupération de chaleur est transmise au flux de mélange avant injection dans le réacteur de gazéification) peut ainsi améliorer l’efficacité globale du procédé en évitant la création de composés organiques intermédiaires (sous l’effet de la température, source d’activation de réaction chimiques) difficiles à gazéifier par la suite.
Par ailleurs, le réacteur RO d’oxydation doit fournir un flux aqueux au débit Dm2au réacteur de gazéification avec une température comprise entre 900°C et 1000°C. L’énergie nécessaire pour atteindre ce niveau de température depuis la température en sortie du réacteur RO d’oxydation provient d’une réaction de combustion dont le combustible (gaz) peut être externe. Le comburant nécessaire à cette réaction de combustion est quant à lui apporté dans le réacteur RO d’oxydation sous forme d’oxygène pur gazeux, ou sous forme d’air ou sous forme d’un autre composé comme le peroxyde d’hydrogène. Le débit de comburant est adapté au débit de combustible de manière à générer un mélange stœchiométrique pour assurer la pleine efficacité de la réaction de combustion.
Le flux de gaz à injecter dans le réacteur RO d’oxydation pour atteindre les conditions de températures visées est pilotable précisément, contrairement aux solutions existantes telles que le document EP 3 806 995. Cela permet de gérer de manière optimale le fonctionnement de ce réacteur. De plus, il n’y a ici aucune ambiguïté sur la nature du combustible consommé par la réaction de combustion, les composés organiques du mélange à traiter n’étant pas présent dans ce réacteur d’oxydation.
De manière avantageuse, le dispositif DT peut comporter une cuve PCU pour pouvoir, en utilisation, récupérer le mélange traité, sous pression et refroidi sortant de l’échangeur de chaleur. A cet effet, la cuve PCU comporte une entrée ECU connectée à l’échangeur de chaleur ECH.
Cette cuve PCU permet de séparer les gaz à fort pouvoir calorifique (H2, CH4, C2H6, etc.) de la phase aqueuse par un simple effet de décantation (effet gravitaire). A la température ambiante régnant dans la cuve PCU, les gaz (sauf en ce qui concerne le dioxyde de carbone) ne sont plus dissous dans la phase aqueuse. La phase aqueuse contient donc encore du dioxyde de carbone produit par les réactions de gazéification (car ce gaz est majoritairement à l’état liquide dans les conditions de pression rencontrées ici). On peut ainsi et notamment, récupérer les gaz à fort pouvoir calorifique produits par le procédé de gazéification. Les composés organiques sont ainsi valorisés.
Avantageusement, la cuve PCU comporte également une sortie SCU1 d’une part agencée pour récupérer les gaz présents dans la cuve PCU et d’autre part connectée à la deuxième entrée ERO2 du réacteur RO d’oxydation pour fournir lesdits gaz en tant que combustibles pour le réacteur RO d’oxydation. Dans ce cas, on soutire donc une partie des gaz produits par le procédé de gazéification (la valorisation) pour alimenter la combustion dans le réacteur RO d’oxydation. Ces gaz sont soutirés vers le réacteur RO d’oxydation à une pression comprise entre 240 et 270 bars et sont ensuite portés, au moyen d’un surpresseur SRP3, à une pression légèrement supérieure à celle qui règne dans le réacteur RO d’oxydation de manière à permettre leur injection dans ledit réacteur. Selon la concentration en matière organique de la ressource humide, la composition du gaz obtenue et le niveau de température visé dans le réacteur R de gazéification, entre 30% et 90% des gaz valorisables énergétiquement sont consommés pour alimenter énergétiquement le réacteur RO d’oxydation. Ceci est notablement différent de ce qui est proposé dans l’état de la technique, par exemple dans l’article de Chai Siah Lee & al..
L’eau (phase aqueuse restante) contenue dans la cuve PCU peut aussi être valorisée pour récupérer le dioxyde de carbone qui y est dissous.
A cet effet, le dispositif DT comprend alors une deuxième cuve DCU connectée, par l’intermédiaire d’un détendeur D, à une autre sortie SCU2 de la première cuve PCU, cette autre sortie SCU2 étant agencée pour pouvoir récupérer l’eau présente dans cette première cuve PCU.
La deuxième cuve DCU permet alors de séparer le dioxyde de carbone (CO2) de la phase aqueuse. Le dioxyde de carbone est en effet sous forme gazeuse dans les conditions de température et de pression régnant dans cette cuve (par exemple température ambiante et pression atmosphérique – plus la pression est faible et plus on peut récupérer du dioxyde de carbone sous forme gazeuse). Le dioxyde de carbone peut alors être valorisé.
Avantageusement, l’eau (la phase aqueuse restante) présente dans la deuxième cuve DCU peut alors être recyclé pour servir d’alimentation en eau au réacteur RO d’oxydation après avoir traversé l’échangeur ECH.
Dans ce but, le dispositif DT comprend un moyen de soutirage MS connecté à une sortie SCU de la deuxième cuve DCU, la sortie SCU étant agencée pour pouvoir récupérer l’eau présente dans la deuxième cuve. Dans ce même but, le moyen de soutirage MS est par ailleurs connecté au circuit d’alimentation CA2 en eau sous pression du réacteur RO d’oxydation.
Dans la deuxième cuve DCU, la phase aqueuse, alors épurée de tous les gaz de réaction, mais qui peut encore contenir des composés organiques en solution, est donc recyclée de manière à alimenter avec le débit Dm2le réacteur RO d’oxydation. Un débit Dm4doit donc être extrait du flux qui transitait au débit Dm3(le débit de gaz extrait de la phase aqueuse est négligé pour le raisonnement) en sortant de la deuxième cuve DCU. Ce débit Dm4est égal au débit d’eau Dm1qui rentre dans le réacteur R de gazéification via le mélange à gazéifier.
Le recyclage de la phase aqueuse sortant du réacteur de gazéification est particulièrement intéressant, puisque cela permet d’économiser de l’eau.
En effet, une fois le dispositif DT rempli en eau (phase de mise en route), il n’y a plus besoin d’injecter d’eau supplémentaire pour générer le flux d’eau surchauffé entrant dans le réacteur RO d’oxydation.
Il convient par ailleurs de noter que la séparation des flux recyclés et non recyclés peut s’effectuer au travers d’un moyen de soutirage MS adapté pour favoriser la présence des composés organiques dans le flux recyclé. A cet effet, on peut mettre en œuvre un principe de séparation par décantation.
On limite ainsi les rejets et on améliore aussi le rendement du procédé de gazéification. En effet, les composés organiques qui pourraient être encore en solution dans le flux en recyclage en sortie de la deuxième cuve DCU sont recyclés et donc employés comme une source d’énergie dans le réacteur RO d’oxydation (en plus, le cas échéant, du soutirage des gaz de réaction de la première cuve). La phase aqueuse ainsi épurée de composés organiques peut être plus facilement relâchée dans l’environnement.
Toutes les étapes mises en œuvre avec le dispositif DT confirme à l’invention décrites précédemment peuvent être résumées comme suit.
L’invention est en effet aussi relative à un procédé de traitement hydrothermal de composés organiques, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
A) amener de l’eau à une température comprise entre 550°C et 650°C et à une pression comprise 270 et 300 bars dans un réacteur RO d’oxydation ;
B) mettre en œuvre une réaction de combustion dans le réacteur RO d’oxydation afin de porter l’eau à une température comprise entre 900°C et 1000°C ;
C) faire passer l’eau ainsi chauffée dans depuis le réacteur RO d’oxydation vers un réacteur R de gazéification, l’eau étant maintenue à une pression d’une part comprise entre 240 et 270 bars et d’autre part inférieure à la pression régnant dans le réacteur d’oxydation et concomitamment, alimenter ledit réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression ;
D) récupérer un mélange traité sortant du réacteur de gazéification, ce mélange comportant des gaz dissous, pour servir de source chaude à un échangeur de chaleur recevant par ailleurs de l’eau à la pression comprise entre 270 et 300 bars pour la surchauffer depuis la température ambiante à la température comprise entre 550°C et 650°C avant qu’elle n’entre dans le réacteur RO d’oxydation.
A) amener de l’eau à une température comprise entre 550°C et 650°C et à une pression comprise 270 et 300 bars dans un réacteur RO d’oxydation ;
B) mettre en œuvre une réaction de combustion dans le réacteur RO d’oxydation afin de porter l’eau à une température comprise entre 900°C et 1000°C ;
C) faire passer l’eau ainsi chauffée dans depuis le réacteur RO d’oxydation vers un réacteur R de gazéification, l’eau étant maintenue à une pression d’une part comprise entre 240 et 270 bars et d’autre part inférieure à la pression régnant dans le réacteur d’oxydation et concomitamment, alimenter ledit réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression ;
D) récupérer un mélange traité sortant du réacteur de gazéification, ce mélange comportant des gaz dissous, pour servir de source chaude à un échangeur de chaleur recevant par ailleurs de l’eau à la pression comprise entre 270 et 300 bars pour la surchauffer depuis la température ambiante à la température comprise entre 550°C et 650°C avant qu’elle n’entre dans le réacteur RO d’oxydation.
Bien entendu, on comprend que les conditions de pression et de température présentes à la fois dans le réacteur R de gazéification et dans le réacteur RO d’oxydation permettent d’y contenir une eau en conditions supercritiques.
Par ailleurs, dans l’étape B), l’eau amenée à l’étape A) ainsi que les éléments nécessaires à la mise en œuvre de la combustion, à savoir un comburant et un combustible, sont tous mélangés dans le réacteur d’oxydation.
Par ailleurs, pendant l’étape C), le mélange à traiter est avantageusement introduit à la température ambiante dans le réacteur R à un débit d’entrée donné et l’eau passant de le réacteur RO d’oxydation au réacteur R de gazéification est introduite à un débit 3 à 4 fois supérieur au débit d’entrée donné du mélange à traiter. Cela permet de conserver une température de fonctionnement adéquat dans le réacteur R de gazéification.
Avantageusement, ce procédé pourra aussi comprendre une étape consistant à amener le mélange traité sortant de l’échangeur de chaleur dans une première cuve PCU assurant une séparation de l’eau et de gaz qui y étaient dissous.
Avantageusement, il pourra encore comprendre une étape consistant à alimenter le réacteur RO d’oxydation avec une partie des gaz présents dans la première cuve PCU, lesdits gaz servant de combustible à la réaction de combustion.
Par ailleurs, il pourra également comprendre une série d’étapes consistant successivement à prélever l’eau contenue dans la première cuve PCU, puis détendre ladite eau ainsi prélevée jusqu’à la pression atmosphérique et enfin conduire l’eau ainsi obtenue dans une deuxième cuve DCU assurant une séparation de ladite eau avec d’autres gaz, comme le dioxyde de carbone, qui y étaient encore dissous.
Enfin, il pourra finalement et avantageusement comprendre une étape consistant à prélever l’eau contenue dans la deuxième cuve DCU pour la conduire dans un circuit d’alimentation CA2 en eau sous pression de l’échangeur de chaleur ECH avant que cette eau n’entre le réacteur RO d’oxydation. L’eau est ainsi recyclée, par ailleurs de préférence avec les éventuels composés organiques encore présents dans l’eau récupérée dans la deuxième cuve DCU.
Claims (13)
- Dispositif (DT) de traitement hydrothermal de composés organiques, caractérisé en ce qu’il comporte :
- un réacteur (RO) d’oxydation comportant :
- une première entrée (ERO1) pour un gaz comburant et une deuxième entrée (ERO2) pour un gaz combustible, le réacteur étant configuré pour mettre en œuvre une réaction de combustion ;
- une troisième entrée (ERO3) pour de l’eau en conditions supercritiques et une sortie (SRO) pour cette eau,
- un réacteur (R) de gazéification configuré pour fonctionner avec de l’eau en conditions supercritiques, le réacteur comportant :
- une première entrée (ER1) connectée à la sortie (SRO) du réacteur d’oxydation, cette première entrée (ER1) étant ainsi destinée à récupérer l’eau sortant du réacteur d’oxydation,
- une deuxième entrée (ER2) pour alimenter le réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression, et
- une sortie (SR) pour un mélange traité, comportant des gaz dissous issus des composés organiques ;
- un échangeur de chaleur (ECH) relié :
- d’une part, à la sortie (SR) du réacteur (R) de gazéification, le mélange traité sortant du réacteur étant destiné à servir de source chaude à l’échangeur de chaleur,
- d’autre part, à la fois à un circuit d’alimentation (CA2) en eau sous pression et à la troisième entrée (ERO3) du réacteur (RO) d’oxydation, cette eau sous pression étant ainsi destinée à être surchauffée dans l’échangeur de chaleur avant d’alimenter le réacteur d’oxydation.
- un réacteur (RO) d’oxydation comportant :
- Dispositif (DT) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un circuit d’alimentation (CA1) en mélange à traiter du réacteur (R) de gazéification, ledit circuit comprenant un surpresseur (SRP1) pour mettre le mélange à traiter sous pression avant son entrée dans le réacteur (R) de gazéification.
- Dispositif (DT) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d’alimentation (CA2) en eau pour le réacteur (RO) d’oxydation comprend un surpresseur (SRP2) pour mettre sous pression l’eau d’alimentation.
- Dispositif (DT) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une au moins une première cuve (PCU) comportant une entrée (ECU) connectée à l’échangeur de chaleur (ECH) de sorte à pouvoir, en utilisation, récupérer le mélange traité, sous pression et refroidi sortant de l’échangeur de chaleur.
- Dispositif (DT) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cuve (PCU) comporte également une sortie (SCU1) agencée pour récupérer des gaz provenant du mélange traité, sous pression et refroidi, ladite sortie (SCU1) étant connectée à la deuxième entrée (ERO2) du réacteur (RO) d’oxydation pour fournir lesdits gaz en tant que gaz combustible pour le réacteur (RO) d’oxydation.
- Dispositif (DT) selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième cuve (DCU) connectée, par l’intermédiaire d’un détendeur (D), à une autre sortie (SCU2) de la première cuve (PCU), cette autre sortie (SCU2) étant agencée pour pouvoir récupérer une phase aqueuse présente dans cette première cuve.
- Dispositif (DT) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un moyen de soutirage (MS) connecté à une sortie (SCU) de la deuxième cuve (DCU), ce moyen de soutirage (MS) étant par ailleurs connecté au circuit d’alimentation (CA2) en eau sous pression pour le réacteur (RO) d’oxydation.
- Procédé de traitement hydrothermal de composés organiques, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
A) amener de l’eau à une température comprise entre 550°C et 650°C et à une pression comprise 270 et 300 bars dans un réacteur (RO) d’oxydation ;
B) mettre en œuvre une réaction de combustion dans le réacteur (RO) d’oxydation afin de porter l’eau à une température comprise entre 900°C et 1000°C ;
C) faire passer l’eau ainsi chauffée du réacteur (RO) d’oxydation vers un réacteur (R) de gazéification, l’eau étant maintenue à une pression d’une part comprise entre 240 et 270 bars et d’autre part inférieure à la pression régnant dans le réacteur (RO) d’oxydation et concomitamment, alimenter ledit réacteur de gazéification avec un mélange à traiter, à savoir une eau chargée en composés organiques, sous pression; et
D) récupérer un mélange traité sortant du réacteur de gazéification, ce mélange comportant des gaz dissous, pour servir de source chaude à un échangeur de chaleur recevant par ailleurs de l’eau à la pression comprise entre 270 et 300 bars pour la surchauffer depuis la température ambiante à la température comprise entre 550°C et 650°C avant qu’elle n’entre dans le réacteur d’oxydation. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pendant l’étape C), le mélange à traiter est introduit à la température ambiante dans le réacteur (R) à un débit d’entrée donné et l’eau passant du réacteur (RO) d’oxydation au réacteur (R) de gazéification est introduite à un débit 3 à 4 fois supérieur au débit d’entrée donné du mélange à traiter.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à amener le mélange traité sortant de l’échangeur de chaleur dans une première cuve (PCU) assurant une séparation de l’eau et de gaz qui y étaient dissous.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à alimenter le réacteur (RO) d’oxydation avec une partie des gaz présents dans la première cuve (PCU), lesdits gaz servant de combustible à la réaction de combustion.
- Procédé selon l’une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une série d’étape consistant successivement à prélever l’eau contenue dans la première cuve (PCU), puis détendre ladite eau ainsi prélevée jusqu’à la pression atmosphérique et enfin conduire l’eau ainsi obtenue dans une deuxième cuve (DCU) assurant une séparation de ladite eau avec d’autres gaz, comme le dioxyde de carbone, qui y étaient encore dissous.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à prélever l’eau contenue dans la deuxième cuve pour la conduire dans un circuit d’alimentation en eau sou pression de l’échangeur de chaleur (ECH) avant que cette eau n’entre dans le réacteur d’oxydation (RO).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2200889A FR3132235A1 (fr) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2200889A FR3132235A1 (fr) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. |
| FR2200889 | 2022-02-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3132235A1 true FR3132235A1 (fr) | 2023-08-04 |
Family
ID=81327297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2200889A Pending FR3132235A1 (fr) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3132235A1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9732292B2 (en) * | 2013-03-20 | 2017-08-15 | Empire Technology Development Llc | Corrosion reduction for supercritical water gasification through seeded sacrificial metal |
| US20180117561A1 (en) * | 2015-04-13 | 2018-05-03 | Archimede S.R.L. | Plant for waste disposal and associated method |
| WO2021035052A1 (fr) * | 2019-08-21 | 2021-02-25 | Baudhuin Thomas J | Procédé de gazéification à eau supercritique |
| EP3806995A1 (fr) | 2018-06-14 | 2021-04-21 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Réacteur pour le traitement par oxydation hydrothermale d'une matière organique dans un milieu réactionnel |
-
2022
- 2022-02-01 FR FR2200889A patent/FR3132235A1/fr active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9732292B2 (en) * | 2013-03-20 | 2017-08-15 | Empire Technology Development Llc | Corrosion reduction for supercritical water gasification through seeded sacrificial metal |
| US20180117561A1 (en) * | 2015-04-13 | 2018-05-03 | Archimede S.R.L. | Plant for waste disposal and associated method |
| EP3806995A1 (fr) | 2018-06-14 | 2021-04-21 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Réacteur pour le traitement par oxydation hydrothermale d'une matière organique dans un milieu réactionnel |
| WO2021035052A1 (fr) * | 2019-08-21 | 2021-02-25 | Baudhuin Thomas J | Procédé de gazéification à eau supercritique |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHAI SIAH LEE: "Review of supercritical gasification with lignocellulosic real biomass as the feedstocks: process parameters, biomass composition, catalyst development, reactor design and its challenges", CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, vol. 415, 2021, pages 128837 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3152168B1 (fr) | Procede et dispositif de carbonisation hydrothermale a rendement energetique optimise | |
| EP2262725B1 (fr) | Procédé de démarrage d'une unité de production d'hydrogène hautement intégrée thermiquement par reformage d'une charge hydrocarbonée | |
| EP3152167B1 (fr) | Procédé et dispositif de carbonisation hydrothermale à mélange optimisé de boue et vapeur | |
| CA2518460A1 (fr) | Procede et dispositif de cogeneration par turbine a gaz avec chambre de postcombustion | |
| CA2565936A1 (fr) | Procede de production de gaz de synthese a partir de matiere carbonee et d'energie electrique | |
| CN107500462B (zh) | 一种超临界水氧化系统及其启动方法 | |
| EP2219763A2 (fr) | Procede de reduction catalytique selective d'oxydes d'azote dans des fumees de combustion et installation pour sa mise en oeuvre | |
| EP3476468A1 (fr) | Dispositif pour la gazeification en milieu supercritique d'un effluent aqueux | |
| WO2006087310A1 (fr) | Installation de production d'hydrogene ou de gaz de synthese par gazeification | |
| FR3132235A1 (fr) | Dispositif de traitement hydrothermal de composés organiques amélioré et procédé associé. | |
| BE1017136A6 (fr) | Installation de gazeification de biomasse dans un reacteur cyclonique. | |
| FR2955866A1 (fr) | Procede et systeme d'approvisionnement en energie thermique d'un systeme de traitement thermique et installation mettant en oeuvre un tel systeme | |
| EP3116833A1 (fr) | Procede de traitement de dechets organiques par oxydation hydrothermale | |
| FR2984297A1 (fr) | Procede pour une production de gaz de synthese avec conservation du transfert d'energie par les fumees | |
| EP3625350B1 (fr) | Dispositif et procédé de transformation de matières organiques en mélanges de méthane (ch4) et/ou d'hydrogèn (h2) et/ou de dixoyde de carbone (co2), par couplage de procédés thermochimiques et biologiques | |
| EP3406702B1 (fr) | Systeme et procede de production de biogaz | |
| WO2024068893A1 (fr) | Procede de traitement de dechets complexes | |
| FR3092117A1 (fr) | Procédé et dispositif de production de produits énergétiques par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke | |
| WO2024023308A1 (fr) | Procede de traitement de dechets complexes | |
| WO2024023309A1 (fr) | Procede de traitement de dechets complexes | |
| WO2021123694A1 (fr) | Procédé de gazéification en eau supercritique | |
| FR3123910A1 (fr) | Procédé de synthèse d’un liquide organique porteur d’hydrogène (LOHC) chargé en hydrogène utilisant de l’hydrogène produit à partir d’un digestat de méthanisation | |
| FR3018273A1 (fr) | Procede de traitement d'effluents aqueux par oxydation hydrothermale optimise | |
| FR3131922A1 (fr) | Procede de gazeification de la biomasse | |
| FR3056573A1 (fr) | Procede de gazeification de charge de matiere carbonee dans un reacteur a flux entraine, a rendement ameliore |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230804 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |