FR3140363A1 - Procede de traitement de dechets organiques - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé d’hydrotraitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant : a) une mise sous pression du mélange M1 comprenant au moins de la matière organique afin d’obtenir un flux de mélange M1p, b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 15° à 90°C afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique, c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention concerne le domaine du traitement de biomasse, en particulier de boues de stations d’épuration, des déchets alimentaires et agroalimentaires, des digestats de fumier et de résidus agricoles.
Les traitements hydrothermaux de biomasse sont de plus en plus nombreux. Ils nécessitent des températures élevées. Il est donc essentiel de maitriser les températures afin d’obtenir la qualité de traitement hydrothermale de la biomasse souhaitée.
Ainsi, la maitrise des températures et des temps de séjour du procédé est extrêmement importante pour aboutir au résultat voulu. Des températures trop élevées ou trop basses, des temps de séjour trop courts ou trop longs soit ne permettent pas aux réactions voulues de se produire soit entrainent des réactions secondaires non souhaitées qui aboutissent à une dégradation globale des performances voulues ou pire à la production d’un résidu dont le cout de traitement sera important.
En particulier l’étape de chauffage des traitements hydrothermaux est une grande cause de ces réactions secondaires du fait du fort temps de séjour à des températures intermédiaires qui peuvent entrainer la formation de composés non désirés comme des huiles, des goudrons ou des dérivés proches du charbon. Cette étape de chauffage est d’autant plus longue que les températures à atteindre sont élevées, en particulier lorsque les températures à atteindre sont proches ou supérieures à la température de l’eau supercritique.
De plus, dans l’état de la technique, le chauffage est souvent effectué via un échangeur type “tube in tube” pour récupérer la chaleur du flux (ou produit) en sortie du réacteur de traitement hydrothermal afin de diminuer la quantité de chaleur nécessaire au procédé. Or dans ce type d’échangeur, la faible conduction thermique du produit à chauffer entraine une variation de température à l’intérieur du produit très importante et donc des conditions de process différentes entre les différentes parties du produit conduisant à des réactions parasites non désirées.
Il existe donc un besoin de fournir un procédé d’hydrotraitement d’un mélange, type biomasse, permettant de meilleurs échanges thermiques et une moindre formation de composés non désirés comme des huiles, des goudrons ou des dérivés proches du charbon.
L’invention concerne un procédé d’hydrotraitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant :
a) une mise sous pression du mélange M1 comprenant au moins de la matière organique afin d’obtenir un flux de mélange M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 15° à 90°C afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée.
Selon un mode de réalisation, l’eau injectée à l’étape b) est à une pression d’au moins 225 bars, le procédé comprenant alors éventuellement une étape de mise sous pression de l’eau à une pression d’au moins 225 bars.
Selon un mode de réalisation, le mélange M2 est introduit dans un turbulateur statique avant d’être introduit dans le réacteur d’hydrotraitement, ledit turbulateur statique étant de préférence choisi parmi une hélice, des pales, un ou plusieurs coudes, ou des combinaisons de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre :
- au moins une étape d’échange de chaleur X1 permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b), un flux refroidi M3’ étant alors obtenu, et comprenant éventuellement au moins une étape de chauffage supplémentaire de l’eau, en aval de l’échange de chaleur X1 permettant de chauffer l’eau à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b), et
- éventuellement au moins une étape d’échange de chaleur X2 permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b), un flux refroidi M3’’ étant alors obtenu.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre :
- au moins une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant du flux M3’’ permettant d’obtenir de la vapeur et un flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée, et
- une étape d’injection d’au moins une partie de ladite vapeur pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
Selon un mode de réalisation, le mélange M1 est préchauffée en amont de l’étape a) de mise sous pression à une température allant de 50 à 160°C, préférentiellement de 50 à 90°C.
De préférence, le refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant d’au moins une fraction du flux M3’’ est mis en œuvre à une pression régulée en fonction de la température de préchauffage du mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M4 pour obtenir un flux M4’ et au moins une étape de digestion mises en œuvre sur au moins une fraction du flux M4’.
Selon un mode de réalisation, le mélange M1p lors de l’injection d’eau de l’étape b) est à une température allant de 90°C à 300°C, de préférence de 90 à 170°C.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape d’injection d’eau à une température d’au moins 374°C directement dans le réacteur d’hydrotraitement, ladite eau étant de préférence à la même température et à la même pression que l’eau injectée lors de l’étape b).
De préférence, le flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée est récupérée par une sortie en partie haute du réacteur, ledit réacteur comportant en outre une sortie en partie basse du réacteur.
De préférence, le flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée sortant du réacteur peut subir une ou plusieurs autres étapes de traitement postérieur, ladite ou lesdites autres étapes étant mise en œuvre le cas échéant en amont des échanges de chaleur X1 et X2.
L’invention a également pour objet une installation pour la mise en œuvre du procédé d’hydrotraitement selon l’invention, ladite installation comprenant :
- une ligne d’amenée de mélange M1,
- une pompe de mise sous pression 2 alimentée par la ligne d’amenée de mélange M1 et comportant une ligne de sortie de mélange M1p,
- un dispositif d’injection de l’eau ES avec un angle allant de 15° à 90° dans la ligne de mélange M1p en aval de la pompe de mise sous pression 2,
- une ligne d’amenée de flux M2 en aval du dispositif d’injection d’eau ES et en amont du réacteur d’hydrotraitement,
- un réacteur d’hydrotraitement 1 comportant au moins une entrée pour introduire au moins une fraction du flux M2 et au moins une sortie pour extraire un flux M3.
Selon un mode de réalisation, l’installation selon l’invention comprend en outre :
- Un turbulateur statique 10 alimenté par le flux M2, ledit turbulateur statique étant situé en amont ou à l’entrée du réacteur d’hydrotraitement 1, et
- un échangeur de chaleur 6 en aval du réacteur d’hydrotraitement 1, ledit échangeur de chaleur permettant de récupérer la chaleur du flux M3 pour obtenir un flux M3’ et de transférer cette chaleur à l’eau en amont du dispositif d’injection de l’eau ES, et
- éventuellement un dispositif de chauffage de l’eau 7, en aval de l’échangeur de chaleur 6 et en amont du dispositif d’injection de l’eau ES.
Selon un mode de réalisation, l’installation selon l’invention comprend en outre :
- Eventuellement un échangeur de chaleur 8 permettant de récupérer de la chaleur du mélange M3’ pour obtenir un mélange M3’’ et de transférer cette chaleur au mélange M1p en amont du dispositif d’injection de l’eau ES,
- Un dispositif de refroidissement 4 alimenté par au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant M3’’ permettant de produire de la vapeur et un flux refroidi M4,
- Un dispositif d’injection 3 de ladite vapeur produite dans le flux de mélange M1 en amont de la pompe de mise sous pression 2,
- Eventuellement un dispositif de refroidissement 9 en aval du dispositif de refroidissement 4 alimenté par au moins une fraction du flux M4 permettant de refroidir au moins une fraction du flux M4 pour obtenir un flux M4’, et
- Eventuellement un digesteur 5 alimenté par le flux M4’.
L’invention permet ainsi la mise en température très rapide de la biomasse par chauffage direct qui permet de maitriser par la suite les conditions de process voulues.
L’invention permet également d’effectuer une mise en température uniforme de la biomasse grâce notamment à un mélangeur statique qui permet d’avoir aussi une maitrise des conditions de process voulues.
Enfin, l’invention permet de maintenir la récupération thermique du procédé par chauffage de l’eau en conditions supercritiques afin de minimiser la consommation thermique globale du procédé.
La biomasse présente une certaine viscosité. Or, la viscosité entraine une difficulté à l’échange thermique. La viscosité de l’eau étant plus faible que celle de toute biomasse, chauffer l’eau permettra donc d’aboutir à un échangeur de récupération d’une taille inférieure et donc un cout inférieur.
L’invention propose d’injecter de l’eau supercritique directement dans le flux de matière organique M1. Ainsi, le choc thermique entre la matière organique M1 dont une partie est du contenu cellulaire et l’eau supercritique très chaude va entrainer des cavitations locales par différence de densité locale et donc de pression locale. Ces cavitations permettent une libération immédiate du contenu cellulaire dans la matrice aqueuse et donc par la suite dans le réacteur d’hydrotraitement des réactions immédiates des protéines et des sucres contenues dans les bactéries.
L’invention concerne le traitement hydrothermal d’un mélange M1 comprenant de la matière organique. Le mélange M1 comprendra en outre de la matière inorganique.
Le mélange M1 est typiquement une biomasse. La biomasse peut être pâteuse ou liquide, il peut s’agir en particulier des boues de stations d’épuration, des déchets alimentaires et agroalimentaires, en particulier des digestats de fumier et de résidus agricoles.
La présente invention concerne un procédé d’hydrotraitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant :
- une mise sous pression du mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, permettant d’obtenir un flux de mélange M1p,
- une injection d’eau à une température d’au moins 374°C dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 15° à 90° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
- une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée.
Au sens de la présente invention, l’expression « au moins une fraction d’un mélange ou flux » a le même sens que l’expression « tout ou partie dudit mélange ou flux ». Lorsqu’il s’agit d’une partie dudit mélange ou dudit flux, cette expression se réfère à une certaine proportion dudit mélange ou dudit flux. Par exemple, au sens de cette expression « chaque fraction du mélange » ou « chaque fraction du flux » aura la même composition.
Au sens de la présente invention, l’expression « le cas échéant de l’étape X » introduit une caractéristique présente lorsque l’étape X est présente.
Au sens de la présente invention, l’expression « le cas échéant du flux X » introduit une caractéristique présente lorsque le flux X est présent.
Le procédé selon l’invention comprend une étape de mise sous pression du mélange M1 à une pression allant de préférence de 150 à 350 bars, de préférence de 170 à 220 bars, ledit mélange M1 pouvant éventuellement être déjà sous pression.
Pour l’étape de mise sous pression, une pompe peut être prévue sur la ligne du mélange M1.
En aval de la mise sous pression, un flux de mélange M1p est obtenu.
Le procédé selon l’invention comprend une étape pendant laquelle de l’eau à une température d’au moins 374°C est injectée dans le flux de mélange M1p afin d’obtenir un flux de mélange M2 comprenant de l’eau et de la matière organique. Le mélange M2 comprendra typiquement également de la matière inorganique.
L’injection d’eau est mise en œuvre avec un angle allant de 15° à 90°, de préférence de 45 à 90°, voire de 45 à 75°, par rapport à la ligne d’arrivée de flux M1p.
La illustre l’angle défini dans l’invention, comme étant l’angle (alpha) entre la ligne d’injection d’eau ES et la ligne d’arrivée de flux M1p.
Après l’injection d’eau ES, la ligne de flux M2 peut ne pas être parallèle avec la ligne de flux M1p. Par exemple, la ligne de flux M2 peut comprendre un turbulateur qui serait constitué d’un ou plusieurs changements de direction de la tuyauterie avant entrée dans le réacteur d’hydrotraitement.
Selon un mode de réalisation, le mélange M1p lors de l’injection d’eau de l’étape b) est à une température allant de 90°C à 300°C, de préférence de 90 à 170°C.
Le mélange M1p peut être chauffé en une ou plusieurs étapes, par exemple par échange de chaleur et/ou par un chauffage externe.
En amont de l’étape b), l’eau injectée sera typiquement à une pression supérieure à la pression du mélange M1p.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’eau injectée à l’étape b) est à une pression d’au moins 225 bars. Selon ce mode de réalisation, l’eau injectée sera alors dite « eau supercritique ».
Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend au moins une étape de chauffage de l’eau permettant d’obtenir de l’eau à la température d’au moins 374°C en amont de son injection à l’étape b).
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend une étape de mise sous pression de l’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars suivie d’au moins une étape de chauffage de l’eau permettant d’obtenir de l’eau à la température d’au moins 374°C en amont de son injection à l’étape b).
De préférence, au moins une étape de chauffage de l’eau est mise en œuvre par échange de chaleur avec la chaleur d’au moins une fraction du flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée sortant du réacteur d’hydrotraitement, le flux ainsi refroidi sera dénommé flux M3’ à l’issue de cet échange de chaleur (il pourrait s’agir de l’étape d’échange de chaleur X1 décrite ci-après).
En sortie de l’injection entre l’eau ES et la boue M1p, un turbulateur statique (par exemple choisi parmi hélice, pales, coudes de tuyauterie, ou des combinaisons de ceux-ci) peut aussi être introduit pour augmenter la turbulence et l’échange rapide de chaleur entre la boue et l’eau et éviter que la boue et l’eau restent dans des flux séparés (afin d’éviter les lignes hydrauliques laminaires).
Ainsi, selon un mode de réalisation de l’invention, en amont de l’étape c), le mélange M2 est introduit dans un turbulateur statique, ledit turbulateur statique étant alors situé en amont du réacteur ou à l’entrée du réacteur d’hydrotraitement.
Selon un mode de réalisation, un turbulateur statique est présent en amont ou à l’entrée du réacteur d’hydrotraitement afin d’augmenter la turbulence dans le mélange M2.
Etape c)
Le procédé selon l’invention comprend une étape d’introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, éventuellement après passage dans un turbulateur statique.
Le réacteur d’hydrotraitement est avantageusement maintenu à une température allant de 150°C à 430°C. Par exemple, ce maintien en température peut être effectué via un échange de chaleur périphérique avec un fluide chaud, la mise en œuvre de l’équipement à l’intérieur d’un four maintenu en température, la mise en œuvre de collier électrique chauffant.
Dans le cadre du procédé de l’invention, un contrôle des débits des flux de l'eau injectée, de préférence eau supercritique, et du mélange M1p est avantageusement mis en œuvre et permettra typiquement au nouveau mélange (mélange dit M2) d'avoir un temps de séjour dans le réacteur d'hydrotraitement allant de 1 minute à 30 minutes de préférence 10 minutes à 15 minutes.
A la sortie du réacteur d’hydrotraitement, un flux comprenant de la matière organique hydrotraitée est obtenu, flux M3. Le procédé de l’invention comprendra typiquement une étape d’extraction d’un flux M3.
Avantageusement le réacteur d’hydrotraitement est constitué d’une sortie de matière M5, matière dite non hydrotraitée. En effet, le réacteur d’hydrotraitement peut être muni d’un dispositif de séparation, par exemple un filtre, permettant d’obtenir un flux enrichi en matières solubles (flux M3) et un flux appauvri en matières solubles (flux M5), puis de les extraire du réacteur.
Au sens de la présente invention, on entend par « flux enrichi en matières solubles », un flux comprenant une proportion massique de matières solubles supérieure à la proportion massique de matières solubles dans le mélange M2.
Au sens de la présente invention, on entend par « flux appauvri en matières solubles », un flux comprenant une proportion massique de matières solubles inférieure à la proportion massique de matières solubles dans le mélange M2.
Au sens de la présente invention, une matière soluble sera une matière obtenue après filtration dans un filtre de 40 µm (matière non retenue par ledit filtre de 40 µm) puis séchage d’une matière initiale.
Le filtre peut comprendre une ou plusieurs couches de filtration, pouvant avoir éventuellement des tailles de maille différentes, de préférence les couches de filtration externes ont des mailles de tailles supérieure aux couches de filtration internes.
Selon un mode de réalisation, le filtre présente une maille de taille inférieure à 100 µm, de préférence inférieure à 50 µm, de préférence encore inférieure à 40 µm. Lorsque le filtre comprend plusieurs couches de filtration, alors la maille la plus fine aura de préférence une taille inférieure à 100 µm, de préférence inférieure à 50 µm, de préférence encore inférieure à 40 µm.
Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend une extraction d’un flux hydrotraité M3 (aussi appelé flux enrichi en matières solubles) et une extraction d’un flux non hydrotraité M5 (aussi appelé flux appauvri en matières solubles). De préférence, selon ce mode de réalisation, l’entrée de mélange M2 se fait via une entrée E1 du réacteur d’hydrotraitement, la sortie du flux M3 se fait via une sortie S1 du réacteur d’hydrotraitement et la sortie de flux M5 se fait via une sortie S2 du réacteur d’hydrotraitement. Avantageusement, l’entrée E1 se situe à une altitude inférieure à la sortie S1 et à une altitude supérieure à la sortie S2.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le procédé de l’invention comprend en outre au moins une étape d’échange de chaleur X1 permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 (en aval de l’échange de chaleur X1, le flux refroidi sera dénommé flux M3’) pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b). Typiquement, selon ce mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend en outre au moins une étape de chauffage de l’eau, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b).
Lorsque le procédé de l’invention comprend une étape d’échange de chaleur X1, ladite étape d’échange de chaleur X1 est de préférence mise en œuvre avec de l’eau ayant une pression d’au moins 225 bars, elle sera ainsi de préférence mise en œuvre après une étape de mise sous pression de l’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars.
Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend en outre une étape d’échange de chaleur X2 permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 (de préférence du flux M3’ lorsque le premier échange de chaleur X1 est présent) pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé. Cet échange de chaleur permet alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi.
Le flux M1p en aval de l’échange de chaleur X2 pourra typiquement avoir une température allant de 90 à 170°C.
Le flux M3’’ pourra typiquement avoir une température allant de 100 à 200°C.
De préférence, selon ce mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement selon l’invention comprend en outre :
- une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’’ permettant d’obtenir de la vapeur et un flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée, et
- une étape d’injection d’au moins une partie de ladite vapeur pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
L’étape de refroidissement peut être mise en œuvre à l’aide d’un dispositif de refroidissement choisi parmi un échangeur de chaleur intégré ou non à un cycle de rankine, flash, scrubber, de préférence à l’aide d’un flash.
La vapeur produite lors du refroidissement est, selon ce mode de réalisation, utilisée pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
De préférence, selon ce mode de réalisation, le mélange M1 est préchauffée en amont de l’étape a) de mise sous pression à une température allant de 50 à 160°C, préférentiellement de 50 à 90°C, grâce à la vapeur issue du refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’’. Il conviendra de noter que le mélange M1 pourra éventuellement être déjà sous pression, avant l’étape a) définie dans l’invention, l’étape a) permettra ainsi d’augmenter la pression du mélange M1.
L’invention permet ainsi une meilleure optimisation de la viscosité de la biomasse qui subit des traitements à fortes pressions. En effet, la difficulté de pompage à ces hautes pressions nécessite une viscosité minimale de la biomasse à pomper afin de rentrer dans les spécifications des pompes à très haute pression.
Par injection de vapeur dans le mélange M1, on utilise l’ensemble des possibilités pour diminuer la viscosité de la biomasse jusqu’à une valeur acceptable pour les technologies de pompage tout en minimisant la dilution de la biomasse qui peut causer des surcouts de dimensionnement des équipements aval (temps de séjour à respecter...).
Selon un mode de réalisation, le refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant M3’’ est mis en œuvre à une pression régulée en fonction de la température de préchauffage du mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
En effet, la pression et la température sont liées pour de la vapeur saturée. Le maintien d’une pression constante permet de contrôler la température de la vapeur et donc la température maximum pouvant être atteinte par le produit réchauffé par la vapeur (mélange M1 dans le cas de l’invention).
Par exemple, la pression peut être maintenue entre 2 et 10 bars.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre une étape supplémentaire de refroidissement d’au moins une fraction du flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée pour obtenir un flux M4’ suivie d’une étape d’introduction dudit flux M4’ dans un digesteur pour permettre la digestion de la matière organique contenu dans le flux M4’.
L’étape de refroidissement supplémentaire permet par exemple de refroidir le flux M4 à une température inférieure ou égale à 100°C, de préférence inférieure ou égale à 60°C, de préférence encore inférieure ou égale à 40°C.
Selon un mode de réalisation, le flux M4’ refroidi est ensuite introduit dans un digesteur pour subir une étape de digestion.
La digestion peut être mise en œuvre selon tout procédé de digestion connue de l’homme du métier.
Selon un mode de réalisation, le procédé de traitement selon l’invention comprend au moins une étape de digestion anaérobie mise en œuvre sur au moins une fraction du flux M4’, de préférence la totalité du flux M4’.
La digestion anaérobie peut être mésophile ou thermophile.
Lorsqu’une digestion mésophile est mise en œuvre, alors la température dans le digesteur va de 33°C à 37°C et le temps de séjour est de 16 à 22 jours.
Lorsqu’une digestion thermophile est mise en œuvre, alors la température dans le digesteur va de 55° à 60°C et le temps de séjour est de 10 à 12 jours.
Le temps de séjour et la température sont deux facteurs influençant la bonne dégradation des boues et donc l'optimisation de la production d'énergie.
Lorsque le flux à digérer est suffisamment liquide, la digestion peut être de type UASB et les temps de séjour réduit.
A l’issue de l’étape de digestion, un biogaz est obtenu.
Ce biogaz comprend typiquement un mélange essentiellement constitué de méthane, de dioxyde de carbone et d'eau. Le biogaz peut éventuellement comprendre d'autres gaz, tels que l’hydrogène, l’oxygène, l'azote, le sulfure d'hydrogène mais ces autres gaz représentent collectivement moins de 10 % en poids du biogaz, du poids total du biogaz.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre une ou plusieurs étapes de préchauffage du mélange M1p, à une température allant par exemple de 90°C à 300°C de préférence de 90°C à 170°C. Au moins une étape de préchauffage peut par exemple être effectuée par échange de chaleur X2 avec la chaleur présente dans le flux M3’, ledit flux M3’ étant obtenu après un premier échange de chaleur X1 mis en œuvre sur le flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée issu de l’étape c). Une telle étape d’échange de chaleur X2 peut être combinée à une autre étape de chauffage externe pour chauffer le mélange M1p à la température désirée.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre une (autre) étape d’injection d’eau ES2 à une température d’au moins 374°C directement dans le réacteur d’hydrotraitement, étape nommée étape d).
De préférence, ladite eau pour cette autre injection directement dans le réacteur d’hydrotraitement est à la même température et à la même pression que l’eau injectée lors de l’étape b) du procédé de l’invention. Selon un mode de réalisation, cette eau injectée ES2 dans le réacteur, est obtenue par le même procédé que celui décrit pour l’eau injectée à l’étape b) (avantageusement échange de chaleur X1 puis chauffage supplémentaire. Cela permet de minimiser les équipements et les besoins énergétiques.
De préférence, l’eau ES et l’eau ES2 sont de l’eau supercritique (température d’au moins 374°C et pression d’au moins 225 bars).
Typiquement, selon ce mode de réalisation, le réacteur d’hydrotraitement comprendra, outre l’entrée pour introduire le flux M2, une deuxième entrée E2 pour introduire l’eau ES2 (eau à une température d’au moins 374°C). Ladite deuxième entrée E2 est de préférence située en bas du réacteur. Plus spécifiquement, si le flux M2 est introduit sur une entrée E1 en partie supérieure du réacteur d’hydrotraitement, alors l’eau ES2 sera de préférence introduite via une entrée E2 en partie inférieure du réacteur d’hydrotraitement.
Selon un mode de réalisation, l’eau ES2 est introduite dans le réacteur d’hydrotraitement dans le sens vertical, de préférence dans le sens du bas vers le haut par rapport à la gravité.
Selon un mode de réalisation, le flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée est récupérée par une sortie en partie haute du réacteur, ledit réacteur comportant en outre une sortie en partie basse du réacteur.
Au sens de la présente invention, l’expression « partie basse » s’oppose à l’expression « partie haute ». Ainsi, une sortie en partie haute se situera à une altitude supérieure à la sortie en partie basse. De même, une sortie en partie haute se situera à une altitude supérieure à une entrée en partie basse.
Selon un mode de réalisation, l’étape d’injection d’eau directement dans le réacteur est effectuée par une entrée E2 en partie basse du réacteur, alors que la sortie du flux M3 s’effectuera de préférence par une sortie S1 en partie haute du réacteur.
Ainsi, selon un mode de réalisation mettant en œuvre une injection d’eau ES2 et une extraction de matière non hydrotraitée (appauvri en matières solubles), alors de préférence par rapport au réacteur d’hydrotraitement, l’entrée E1 de matière M2 se situe à une altitude inférieure à la sortie S1 de matière M3 et l’entrée E1 de matière M2 se situe à une altitude supérieure à la sortie S2 de matière M5 et supérieure à l’entrée E2 d’eau ES2. Cette configuration permet ainsi d’optimiser les temps de séjour et de favoriser la solubilisation de la matière dans le réacteur.
Selon un mode de réalisation, au moins une fraction du flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée sortant du réacteur est envoyée vers une ou plusieurs étapes de traitement postérieur.
Parmi les traitements postérieurs pouvant être mis en œuvre, on peut citer une étape de chauffage complémentaire, une étape de gazéification hydrothermale. Selon ce mode de réalisation, le(s) échange(s) de chaleur (X1, X2) décrits dans la présente invention et la digestion décrite dans l’invention seront mis en œuvre le cas échéant, en aval desdits traitements postérieurs.
Selon un mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement de l’invention comprend :
a) une mise sous pression du mélange M1, ledit mélange M1 étant éventuellement sous pression, ledit mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, afin d’obtenir un flux de mélange sous pression M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C et à une pression d’au moins 225 bars dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 45° à 75° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée,
ledit procédé comprenant en outre :
- une étape de mise sous pression d’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars,
- une étape d’échange de chaleur X1 en aval de ladite mise sous pression d’eau, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), permettant d’obtenir en aval de l’échange X1, un flux refroidi M3’ et un flux d’eau chauffée W2,
- une étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur le flux d’eau chauffée W2, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau W2 à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d),
- une étape d’échange de chaleur X2, en aval de l’échange de chaleur X1, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), cet échange de chaleur X2 permettant alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi.
Selon un mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement de l’invention comprend :
a) une mise sous pression du mélange M1, ledit mélange M1 étant éventuellement sous pression, ledit mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, afin d’obtenir un flux de mélange sous pression M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C et à une pression d’au moins 225 bars dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 15° à 90° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée,
ledit procédé comprenant en outre :
- en amont de l’étape c), une étape d’introduction du flux M2 dans un turbulateur statique,
- une étape de mise sous pression d’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars,
- une étape d’échange de chaleur X1 en aval de ladite mise sous pression d’eau, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), permettant d’obtenir en aval de l’échange X1, un flux refroidi M3’ et un flux d’eau chauffée W2,
- une étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur le flux d’eau chauffée W2, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau W2 à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b),
- une étape d’échange de chaleur X2, en aval de l’échange de chaleur X1, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), cet échange de chaleur X2 permettant alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi.
Selon un mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement de l’invention comprend :
a) une mise sous pression du mélange M1, ledit mélange M1 étant éventuellement sous pression, ledit mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, afin d’obtenir un flux de mélange sous pression M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C et à une pression d’au moins 225 bars dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 45° à 75° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée,
ledit procédé comprenant en outre :
- en amont de l’étape c), une étape d’introduction du flux M2 dans un turbulateur statique,
- une étape de mise sous pression d’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars,
- une étape d’échange de chaleur X1 en aval de ladite mise sous pression d’eau, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), permettant d’obtenir en aval de l’échange X1, un flux refroidi M3’ et un flux d’eau chauffée W2,
- une étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur le flux d’eau chauffée W2, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau W2 à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d),
- une étape d’échange de chaleur X2, en aval de l’échange de chaleur X1, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), cet échange de chaleur X2 permettant alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi.
Selon un mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement de l’invention comprend :
a) une mise sous pression du mélange M1, ledit mélange M1 étant éventuellement sous pression, ledit mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, afin d’obtenir un flux de mélange sous pression M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C et à une pression d’au moins 225 bars dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 45° à 75° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température d’au moins 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée,
ledit procédé comprenant en outre :
- une étape de mise sous pression d’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars,
- une étape d’échange de chaleur X1 en aval de ladite mise sous pression d’eau, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), permettant d’obtenir en aval de l’échange X1, un flux refroidi M3’ et un flux d’eau chauffée W2,
- une étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur le flux d’eau chauffée W2, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau W2 à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b),
- une étape d’échange de chaleur X2, en aval de l’échange de chaleur X1, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), cet échange de chaleur X2 permettant alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi
- une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’’ permettant d’obtenir de la vapeur et un flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée, et
- une étape d’injection d’au moins une partie de ladite vapeur pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
Selon un mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement de l’invention comprend :
a) une mise sous pression du mélange M1, ledit mélange M1 étant éventuellement sous pression, ledit mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, afin d’obtenir un flux de mélange sous pression M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C et à une pression d’au moins 225 bars dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 15° à 90° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée,
ledit procédé comprenant en outre :
- en amont de l’étape c), une étape d’introduction du flux M2 dans un turbulateur statique,
- une étape de mise sous pression d’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars,
- une étape d’échange de chaleur X1 en aval de ladite mise sous pression d’eau, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau W1 destinée à être injectée à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), permettant d’obtenir en aval de l’échange X1, un flux refroidi M3’ et un flux d’eau chauffée W2,
- une étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur le flux d’eau chauffée W2, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau W2 à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d),
- une étape d’échange de chaleur X2, en aval de l’échange de chaleur X1, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), cet échange de chaleur X2 permettant alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi
- une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’’ permettant d’obtenir de la vapeur et un flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée, et
- une étape d’injection d’au moins une partie de ladite vapeur pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
Selon un mode de réalisation, le procédé d’hydrotraitement de l’invention comprend :
a) une mise sous pression du mélange M1, ledit mélange M1 étant éventuellement sous pression, ledit mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, afin d’obtenir un flux de mélange sous pression M1p,
b) une injection d’eau à une température d’au moins 374°C et à une pression d’au moins 225 bars dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 45° à 75° afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
c) une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée,
ledit procédé comprenant en outre :
- en amont de l’étape c), une étape d’introduction du flux M2 dans un turbulateur statique,
- une étape de mise sous pression d’eau jusqu’à une pression d’au moins 225 bars,
- une étape d’échange de chaleur X1 en aval de ladite mise sous pression d’eau, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau W1 destinée à être injectée à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), permettant d’obtenir en aval de l’échange X1, un flux refroidi M3’ et un flux d’eau chauffée W2,
- une étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur le flux d’eau chauffée W2, en aval dudit échange de chaleur X1, permettant de chauffer l’eau W2 à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b) et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d),
- une étape d’échange de chaleur X2, en aval de l’échange de chaleur X1, permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b) du procédé et le cas échéant l’eau ES2 destinée à être injectée à l’étape d), cet échange de chaleur X2 permettant alors d’obtenir un flux M3’’ refroidi
- une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’’ permettant d’obtenir de la vapeur et un flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée, et
- une étape d’injection d’au moins une partie de ladite vapeur pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
L’invention a également pour objet une installation pour la mise en œuvre du procédé d’hydrotraitement selon l’invention.
L’installation selon l’invention comprend :
- une ligne d’amenée de mélange M1, éventuellement sous pression,
- une pompe de mise sous pression 2 alimentée par la ligne d’amenée de mélange M1 et comportant une ligne de sortie de mélange M1p,
- un dispositif d’injection de l’eau ES avec un angle allant de 15° à 90° dans la ligne de mélange M1p en aval de la pompe de mise sous pression 2, un flux de mélange M2 est alors obtenu,
- une ligne d’amenée de flux M2 en aval du dispositif d’injection d’eau ES et en amont du réacteur d’hydrotraitement,
- un réacteur d’hydrotraitement 1 comportant au moins une entrée E1 et au moins une sortie S1 pour un flux M3.
Selon un mode de réalisation, le réacteur d’hydrotraitement 1 comporte en outre au moins une sortie S2 pour un flux M5 et/ou au moins une entrée E2 pour introduire de l’eau directement dans le réacteur 1. De préférence, l’entrée E1 est située à une altitude inférieure à celle de la sortie S1, de préférence encore l’entrée E1 est située à une altitude supérieure à celle de la sortie S2, avantageusement, la sortie S1 est à une altitude supérieure à celle de l’entrée E2. Cette configuration permet d’améliorer les temps de séjour et la solubilisation de la matière dans le réacteur.
Les à illustrent des modes de réalisation d’installations pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
L’installation de la comprend la ligne d’amenée de mélange M1, la pompe de mise sous pression 2, la ligne d’amenée d’eau supercritique ES via un angle alpha dans la ligne de mélange M1p en aval de la pompe de mise sous pression 2, et le réacteur d’hydrotraitement 1 comportant une sortie S1 pour le flux M3 et une sortie S2 pour la matière non hydrotraitée M5.
Selon un mode de réalisation, l’installation comprend en outre un turbulateur statique 10 alimenté par la ligne de flux M2, ledit turbulateur statique étant en amont ou à l’entrée du réacteur d’hydrotraitement 1. Le mélange sortant du turbulateur 10 peut ainsi alimenter le réacteur d’hydrotraitement 1. Ce mode de réalisation est illustré sur les et .
Le turbulateur statique peut être choisi parmi une hélice, des pales ou des coudes ou des combinaisons de ceux-ci. Ainsi, par exemple, la ligne d’amenée de flux de mélange M2 située entre le dispositif d’injection d’eau ES et le réacteur d’hydrotraitement 1 peut comprendre un ou plusieurs coudes permettant d’apporter de la turbulence améliorant ainsi les échanges entre l’eau et la boue.
Comme illustré à la , le turbulateur 10 peut comprendre des coudes.
Selon un mode de réalisation, le réacteur d’hydrotraitement 1 comporte un dispositif de séparation, par exemple un ou plusieurs filtres.
Le filtre peut comprendre une ou plusieurs couches de filtration, pouvant avoir éventuellement des tailles de maille différentes, de préférence les couches de filtration externes ont des mailles de tailles supérieure aux couches de filtration internes.
Selon un mode de réalisation, le filtre présente une maille de taille inférieure à 100 µm, de préférence inférieure à 50 µm, de préférence encore inférieure à 40 µm. Lorsque le filtre comprend plusieurs couches de filtration, alors la maille la plus fine aura de préférence une taille inférieure à 100 µm, de préférence inférieure à 50 µm, de préférence encore inférieure à 40 µm.
Selon un mode de réalisation illustré sur les à , l’installation comprend en outre un dispositif d’injection d’eau ES2 directement dans le réacteur d’hydrotraitement, via une entrée E2, de préférence en partie basse du réacteur, permettant une injection verticale du bas vers le haut.
La illustre un mode de réalisation du procédé selon l’invention. L’installation illustrée à la montre une étape d’échange de chaleur X1 via un échangeur de chaleur 6. L’échangeur de chaleur 6 permet de récupérer la chaleur présente dans le flux M3 sortant du réacteur d’hydrotraitement 1 pour la transférer à l’eau W1 afin de préchauffer l’eau avant son injection dans le flux M1p.
Selon un mode de réalisation illustré à la , l’installation selon l’invention comprend :
- un échangeur de chaleur 6 en aval du réacteur d’hydrotraitement, ledit échangeur de chaleur 6 permettant de récupérer la chaleur du flux M3 pour obtenir un flux M3’ refroidi et de transférer cette chaleur à l’eau W1 en amont du dispositif d’injection de l’eau ES pour obtenir un flux d’eau chauffée W2,
- un dispositif de chauffage de l’eau 7, en aval de l’échangeur de chaleur 6 et en amont du dispositif d’injection de l’eau ES, ledit dispositif de chauffage 7 étant alimenté par l’eau W2 et permet d’obtenir de l’eau ES à une température d’au moins 374°C.
Selon un mode de réalisation non représenté, l’installation comprend sur la ligne d’amenée d’eau W1 en amont de l’échangeur de chaleur 6, une pompe de mise sous pression permettant avantageusement de porter l’eau à une pression d’au moins 225 bars.
Selon un mode de réalisation avantageux lorsque l’installation comprend un dispositif d’injection d’eau ES2, l’installation comprend en outre une ligne d’amenée d’eau reliant l’échangeur de chaleur 6 ou le cas échéant l’échangeur de chaleur 7 au dispositif d’injection d’eau ES2.
La illustre un mode de réalisation du procédé selon l’invention. L’installation illustrée à la comprend :
- un échangeur de chaleur 6 en aval du réacteur d’hydrotraitement 1, ledit échangeur de chaleur permettant de récupérer la chaleur du flux M3 pour obtenir un flux M3’ et de transférer cette chaleur à l’eau W1 en amont du dispositif de chauffage 7, permettant d’obtenir une eau chauffée W2,
- un dispositif de chauffage de l’eau 7, en aval de l’échangeur de chaleur 6 alimenté par l’eau chauffée W2 et en amont du dispositif d’injection de l’eau ES,
- un dispositif de refroidissement 4 alimenté par au moins une fraction du flux M3’ permettant de produire de la vapeur et un flux refroidi M4,
- un dispositif d’injection 3 de ladite vapeur produite dans le flux de mélange M1 en amont de la pompe de mise sous pression 2, ledit dispositif d’injection 3 pouvant être un réacteur,
- un dispositif de refroidissement 9 en aval du dispositif de refroidissement 4 permettant de refroidir au moins une fraction du flux M4 pour obtenir un flux M4’, et
- un digesteur 5 alimenté par le flux M4’.
La illustre un mode de réalisation du procédé selon l’invention. L’installation illustrée à la comprend :
- un échangeur de chaleur 6 en aval du réacteur d’hydrotraitement, ledit échangeur de chaleur permettant de récupérer la chaleur du flux M3 pour obtenir un flux M3’ et de transférer cette chaleur à l’eau W1 en amont du dispositif de chauffage 7, permettant d’obtenir une eau chauffée W2,
- un dispositif de chauffage de l’eau 7, en aval de l’échangeur de chaleur 6 alimenté par l’eau chauffée W2 et en amont du dispositif d’injection de l’eau ES,
- un échangeur de chaleur 8 permettant de récupérer de la chaleur du mélange M3’ pour obtenir un mélange M3’’ et de transférer cette chaleur au mélange M1p en amont du dispositif d’injection de l’eau ES,
- un dispositif de refroidissement 4 alimenté par au moins une fraction du flux M3’’ permettant de produire de la vapeur et un flux refroidi M4,
- un dispositif d’injection 3 de ladite vapeur produite dans le flux de mélange M1 en amont de la pompe de mise sous pression 2, ledit dispositif d’injection 3 pouvant être un réacteur,
- un dispositif de refroidissement 9 en aval du dispositif de refroidissement 4 permettant de refroidir au moins une fraction du flux M4 pour obtenir un flux M4’, et
- un digesteur 5 alimenté par le flux M4’.
La diffère de la par la présence d’un turbulateur statique 10.
Selon un mode de réalisation non représenté sur les Figures, l’installation selon l’invention comprend en outre au moins un dispositif de traitement postérieur alimenté par au moins une fraction du flux M3 en aval du réacteur d’hydrotraitement 1. Lorsque l’installation comprend en outre au moins un échangeur de chaleur 6, alors ledit dispositif de traitement postérieur est en amont dudit échangeur de chaleur 6. De préférence, ledit dispositif de traitement postérieur est choisi parmi une étape de chauffage complémentaire, une étape de gazéification hydrothermale.
Claims (15)
- Procédé d’hydrotraitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant :
- une mise sous pression du mélange M1 comprenant au moins de la matière organique afin d’obtenir un flux de mélange M1p,
- une injection d’eau à une température d’au moins 374°C dans le flux du mélange M1p avec un angle allant de 15° à 90°C afin d’obtenir un flux M2 comprenant de l’eau et de la matière organique,
- une introduction du flux M2 dans un réacteur d’hydrotraitement, ledit réacteur d’hydrotraitement étant maintenu à une température allant de 150°C à 430°C, afin d’obtenir un flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée.
- Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 1, dans laquelle l’eau injectée à l’étape b) est à une pression d’au moins 225 bars, le procédé comprenant alors éventuellement une étape de mise sous pression de l’eau à une pression d’au moins 225 bars.
- Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le mélange M2 est introduit dans un turbulateur statique avant d’être introduit dans le réacteur d’hydrotraitement, ledit turbulateur statique étant de préférence choisi parmi une hélice, des pales, un ou plusieurs coudes, ou des combinaisons de ceux-ci.
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre
- au moins une étape d’échange de chaleur X1 permettant de récupérer de la chaleur du flux M3 pour chauffer au moins partiellement l’eau destinée à être injectée à l’étape b), un flux refroidi M3’ étant alors obtenu, et comprenant éventuellement au moins une étape de chauffage supplémentaire de l’eau, en aval de l’échange de chaleur X1 permettant de chauffer l’eau à la température d’au moins 374°C avant son injection à l’étape b), et
- éventuellement au moins une étape d’échange de chaleur X2 permettant de récupérer de la chaleur du flux M3’ pour chauffer le mélange M1p en amont de l’injection d’eau de l’étape b), un flux refroidi M3’’ étant alors obtenu.
- Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 4, comprenant en outre :
- au moins une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant du flux M3’’ permettant d’obtenir de la vapeur et un flux M4 comprenant de la matière organique hydrotraitée, et
- une étape d’injection d’au moins une partie de ladite vapeur pour préchauffer le mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le mélange M1 est préchauffée en amont de l’étape a) de mise sous pression à une température allant de 50 à 160°C, préférentiellement de 50 à 90°C.
- Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le refroidissement d’au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant d’au moins une fraction du flux M3’’ est mis en œuvre à une pression régulée en fonction de la température de préchauffage du mélange M1 en amont de l’étape a) de mise sous pression.
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant en outre une étape de refroidissement d’au moins une fraction du flux M4 pour obtenir un flux M4’ et au moins une étape de digestion mises en œuvre sur au moins une fraction du flux M4’.
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le mélange M1p lors de l’injection d’eau de l’étape b) est à une température allant de 90°C à 300°C, de préférence de 90 à 170°C.
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une étape d’injection d’eau à une température d’au moins 374°C directement dans le réacteur d’hydrotraitement, ladite eau étant de préférence à la même température et à la même pression que l’eau injectée lors de l’étape b).
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée est récupérée par une sortie en partie haute du réacteur, ledit réacteur comportant en outre une sortie en partie basse du réacteur.
- Procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le flux M3 comprenant de la matière organique hydrotraitée sortant du réacteur peut subir une ou plusieurs autres étapes de traitement postérieur, ladite ou lesdites autres étapes étant mise en œuvre le cas échéant en amont des échanges de chaleur X1 et X2.
- Installation pour la mise en œuvre du procédé d’hydrotraitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, ladite installation comprenant :
- une ligne d’amenée de mélange M1,
- une pompe de mise sous pression (2) alimentée par la ligne d’amenée de mélange M1 et comportant une ligne de sortie de mélange M1p,
- un dispositif d’injection de l’eau ES avec un angle allant de 15° à 90° dans la ligne de mélange M1p en aval de la pompe de mise sous pression (2),
- une ligne d’amenée de flux M2 en aval du dispositif d’injection d’eau ES et en amont du réacteur d’hydrotraitement,
- un réacteur d’hydrotraitement (1) comportant au moins une entrée pour introduire au moins une fraction du flux M2 et au moins une sortie pour extraire un flux M3.
- Installation selon la revendication précédente, comprenant en outre :
- Un turbulateur statique (10) alimenté par le flux M2, ledit turbulateur statique étant situé en amont ou à l’entrée du réacteur d’hydrotraitement (1), et
- un échangeur de chaleur (6) en aval du réacteur d’hydrotraitement (1), ledit échangeur de chaleur permettant de récupérer la chaleur du flux M3 pour obtenir un flux M3’ et de transférer cette chaleur à l’eau en amont du dispositif d’injection de l’eau ES, et
- éventuellement un dispositif de chauffage de l’eau (7), en aval de l’échangeur de chaleur (6) et en amont du dispositif d’injection de l’eau ES.
- Installation selon la revendication 13 ou 14, comprenant en outre :
- Eventuellement un échangeur de chaleur (8) permettant de récupérer de la chaleur du mélange M3’ pour obtenir un mélange M3’’ et de transférer cette chaleur au mélange M1p en amont du dispositif d’injection de l’eau ES,
- Un dispositif de refroidissement (4) alimenté par au moins une fraction du flux M3’ ou le cas échéant M3’’ permettant de produire de la vapeur et un flux refroidi M4,
- Un dispositif d’injection (3) de ladite vapeur produite dans le flux de mélange M1 en amont de la pompe de mise sous pression (2),
- Eventuellement un dispositif de refroidissement (9) en aval du dispositif de refroidissement (4) alimenté par au moins une fraction du flux M4 permettant de refroidir au moins une fraction du flux M4 pour obtenir un flux M4’, et
- Eventuellement un digesteur (5) alimenté par le flux M4’.
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| US10427130B2 (en) * | 2015-06-05 | 2019-10-01 | Suez International | Hydrothermal carbonization method and device with optimised sludge and steam mixing |
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2023
- 2023-09-28 WO PCT/EP2023/076992 patent/WO2024068894A1/fr unknown
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