WO2021123694A1 - Supercritical water gasification method - Google Patents

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WO2021123694A1
WO2021123694A1 PCT/FR2020/052573 FR2020052573W WO2021123694A1 WO 2021123694 A1 WO2021123694 A1 WO 2021123694A1 FR 2020052573 W FR2020052573 W FR 2020052573W WO 2021123694 A1 WO2021123694 A1 WO 2021123694A1
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flow
temperature
supercritical
digestate
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Application number
PCT/FR2020/052573
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Inventor
Guillaume BOISSONET
Cyril Bourasseau
Thierry Chataing
Original Assignee
Syctom L'agence Metropolitaine Des Dechets Menagers
Syndicat Interdepartemental Pour L'assainissement De L'agglomeration Parisienne
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    • Y02W10/40Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing

Definitions

  • the invention relates to the field of the reprocessing of organic waste, and in particular to organic waste of little value such as digestates.
  • the present invention relates to a process for the gasification in supercritical water (GESC) of organic or synthetic carbonaceous material, more specifically the gasification in supercritical water of a co-digestate, for example resulting from the methanization of a mixture of FOr (Residual organic fraction), sewage sludge and possibly agricultural waste (eg horse manure).
  • GESC supercritical water
  • the present invention proposes to improve the energy balance of a supercritical water gasification process of a co-digestate.
  • This technique makes it possible in particular to treat sludge from sewage treatment plants, waste, micro-algae, black liquor from paper mills, etc.
  • the document [1] cited at the end of the description discloses a device for gasification of biomass in supercritical water. It is in particular recalled in this document that the amount of heat necessary to bring a mixture to the gasification temperature in supercritical water is relatively large and constitutes a major limitation to the implementation of this process. This limitation is all the more important in the case of a non-catalytic process for which the gasification temperature is higher. Thus, depending on the nature of the effluent to be treated, the quantity of heat necessary for the gasification of the latter can be 3 times greater than the energy (otherwise called "Superior Calorific Power" or "PCS”) that it contains. .
  • PCS Superior Calorific Power
  • the effluent considered comprises a relatively low PCS, in particular less than 12 MJ / kg of dry matter, it remains difficult to give the gasification process implemented energy efficiency (defined as the ratio of the energy recovered in the form of of gaseous species on the thermal energy to be supplied) positive without resorting to recovery of the energy exchanged with the effluent.
  • the digestates or co-digestates resulting from a methanization process have a high content of inorganic matter, which may in particular correspond to more than 40% of the dry matter of said digestate, and consequently have a low SCP.
  • This preheating is carried out in particular within a heat exchanger, for example an exchanger of the tube-shell type, arranged upstream of the supercritical water gasification reactor.
  • Document [3] cited at the end of the description also proposes, according to a catalytic approach, preheating of the effluent to be treated essentially according to the same terms as document [2].
  • An aim of the present invention is therefore to provide a supercritical water gasification process making it possible to achieve positive energy efficiency.
  • the object of the present invention is achieved by a process for the gasification in supercritical water of a co-digestate forming an aqueous effluent which comprises organic matter, mineral matter, the process comprising:
  • the heating of the reactor being provided by the circulation of a flow of hot air, supplied by a boiler, entering a heating circuit of the reactor at a temperature T5 and leaving the heating circuit through an outlet pipe at a temperature T6, lower than the temperature T5, the process being remarkable in that the flow of hot air at temperature T6 flows from the outlet pipe to a first heat exchanger in which a Preheating of an air stream, intended to be heated by the boiler, is performed by heat exchange between the hot air stream and the air stream.
  • the hot air flow leaves the first exchanger at a temperature T7 lower than the temperature T6, and is led to a second exchanger in which a preheating of a fuel supplying the boiler is carried out by exchange. thermal between the hot air flow and said fuel.
  • a step of preheating from a temperature T1 to the temperature T2 of the co-digestate prior to its injection into the gasification reactor with supercritical water the preheating being carried out, in a third heat exchanger, by heat exchange between the supercritical flow flowing from the gasifier reactor in supercritical water and the co-digestate injected into the third exchanger.
  • the third exchanger is a twin-tube type exchanger.
  • the co-digestate prior to its preheating, is injected under pressure into the third exchanger, advantageously at a pressure of between 270 bars and 300 bars.
  • a step of high pressure separation of the gaseous species and of the liquid phase of the supercritical flow at the outlet of the third exchanger is carried out in a high pressure separation module.
  • a step of separating residual gaseous species in the liquid phase coming from the high pressure separation module is performed in a low pressure separation module.
  • the mineral material is extracted from the co-digestate in the third exchanger to form a flow of brine at a temperature T10.
  • the supercritical flow after the heat exchange step in the third exchanger, and before the high pressure separation step, is injected into a fourth heat exchanger so as to heat a first flow of water.
  • a flow of brine leaving the third heat exchanger is injected into a fifth heat exchanger so as to heat a second flow of water.
  • the co-digestate results from the methanization of organic materials.
  • the invention also relates to a supercritical water gasification plant (1) which comprises:
  • a supercritical water gasification reactor provided with a heating circuit in which a hot air flow is intended to circulate and provide the thermal energy necessary for the supercritical water gasification of a co-digestate injected into said reactor , said flow of hot air leaving the reactor through an outlet pipe;
  • the installation being characterized in that said device also comprises a first heat exchanger within which the air flow intended to be heated by the boiler is preheated by heat exchange with the hot air flow circulating in the heating pipe. exit.
  • said installation further comprises a second heat exchanger intended to preheat a fuel intended to ensure the operation of the boiler by heat exchange with the air flow leaving the first heat exchanger.
  • said installation comprises a high pressure injection module intended to inject a high pressure co-digestate into the supercritical water gasification reactor.
  • a third heat exchanger is arranged between the high pressure injection module and the supercritical water gasification reactor, the third exchanger being arranged to allow preheating of the co-digestate by heat exchange between this last and the supercritical flow from the gasification reactor in supercritical water.
  • said installation further comprises a high pressure separation module intended to collect the supercritical flow at the end of the phase. heat exchange in a third exchanger, and to separate the gaseous species from the aqueous phase.
  • the installation comprises a fourth heat exchanger, arranged between the third exchanger and the high pressure separation module, intended to heat a first flow of water by heat exchange with the supercritical flow.
  • the installation comprises a low pressure separation module intended to collect the aqueous phase coming from the high pressure separation module and to separate residual gaseous species from said aqueous phase.
  • the third exchanger is also intended to separate and extract the mineral matter included in the co-digestate and to evacuate it via an evacuation pipe in the form of brine.
  • said installation comprises a fifth heat exchanger intended to heat a second stream of water by heat exchange with the brine.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a supercritical water gasification plant for implementing the supercritical water gasification process of a co-digestate according to the present invention.
  • digestate is understood to mean a residue from the process of methanization of natural organic materials or of organic waste products such as For or sludge from a treatment plant.
  • co-digestate means a residue from the methanization process of a mixture of natural organic materials or of different organic waste products, such as, for example, a residue of the methanization process of a mixture of For and of sludge. wastewater treatment plant.
  • the installation 1 comprises in particular a supercritical water gasification reactor 10 in which the organic matter of the co-digestate is transformed into gaseous species dissolved in water, and thus form a supercritical flow Fs delivered at the level of a pipe 11c .
  • a supercritical water gasification reactor 10 in which the organic matter of the co-digestate is transformed into gaseous species dissolved in water, and thus form a supercritical flow Fs delivered at the level of a pipe 11c .
  • the gasification in supercritical water can be carried out in the presence or absence of a catalyst.
  • the gaseous species can include methane (CPU), hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), and, in smaller quantities, carbon compounds of the type C x H y .
  • the equilibrium and in particular the relative proportions of the gaseous species in the supercritical fluid is a function of the temperature Tr and the pressure Pr imposed on the effluent in the supercritical water gasification reactor.
  • the pressure Pr can in this respect be between 270 bars and 300 bars.
  • the temperature Tr can be between 550 ° C and 700 ° C, for example equal to 600 ° C.
  • the supercritical water gasification reactor 10 may in this regard be of the tube / shell type so as to allow the effluent to be heated to temperature Tr by heat exchange between a hot air flow FAC and said effluent.
  • the hot air flow FAC circulates in a heating circuit of the reactor 10 at a temperature T5 and leaves it via an outlet pipe 21s at a temperature T6, lower than the temperature T5.
  • the temperature T5 is for example between 650 ° C and 800 ° C, for example equal to 700 ° C, while the temperature T6, after heat transfer to the effluent, can be between 550 ° C and 750 ° C. , for example equal to 600 ° C.
  • the hot air flow FAC is produced in particular by a step of heating a flow of cold air FAF at the level of a boiler 20 supplied with fuel C.
  • the flow of cold air FAF is nevertheless preheated in a first exchanger 30, for example a tube and shell exchanger or a two-tube plate exchanger.
  • the preheating of the flow of cold air FAF is ensured, within said first exchanger 30, by a heat exchange between the flow of hot air FAC and the flow of cold air FAF.
  • the hot air flow FAC circulating in the outlet pipe 21 s , is injected into a heating circuit of the first exchanger 30 at the temperature T6 and leaves it, via an exchange pipe 31 s, at the temperature T7 lower than temperature T6.
  • the temperature T7 can be between 120 ° C and 200 ° C, for example equal to 140 ° C.
  • the fuel C can be preheated in a second exchanger 40, for example a tube and shell exchanger or a two-tube plate exchanger.
  • the preheating of the fuel C is ensured, within said second exchanger 40, by a heat exchange between the fuel C and the hot air flow FAC at the temperature T7.
  • the hot air flow FAC circulating in the exchange pipe 31 s , is injected into a heating circuit of the second exchanger 40 at the temperature T7, and leaves it at a temperature T8, lower than the temperature.
  • the temperature T8 can be between 50 ° C and 120 ° C, for example equal to 70 ° C.
  • the hot air flow FAC circulating in the outlet pipe 21 s has a relatively high temperature which is advantageously taken advantage of for the preheating of the cold air flow FAF, and possibly of the fuel C.
  • the quantity of energy supplied by the boiler to bring the flow of cold air FAF to the temperature T5 to form the flow of hot air is thereby reduced.
  • the method also comprises a step of preheating from a temperature T1 to the temperature T2 of the co-digestate prior to its injection into the gasification reactor with supercritical water 10.
  • the preheating is carried out in particular in a third heat exchanger 50, for example a two-tube exchanger, by heat exchange between the supercritical flow Fs flowing in line 11c and the co-digestate injected into the third exchanger 50. Following this heat exchange, the flow Fs goes into a subcritical state and has a temperature T4 which can be between 110 ° C and 200 ° C, for example equal to 120 ° C.
  • the temperature T1 can be between 10 ° C and 50 ° C, and the temperature T2 between 350 and 450 ° C, for example equal to 410 ° C.
  • the co-digestate is injected under pressure, by a module 60, into the third exchanger 50, for example at a pressure of between 270 bars and 300 bars.
  • the injection can be carried out by means of a piston pump.
  • the preheating of the co-digestate in the third exchanger 50 can also lead to a separation of the mineral matter from the co-digestate, and an evacuation of the latter in an evacuation pipe 51c in the form of brine at a temperature T10 which can be between 200 ° C and 450 ° C, for example equal to 350 ° C.
  • the gasification process also comprises a high pressure separation step, carried out in a high pressure separation module 70 at a pressure between 200 bars and 300 bars.
  • This high pressure separation step is intended to separate, at least in part, the ESG gaseous species from the liquid phase.
  • the gaseous species are evacuated via a first outlet pipe 71s, while the liquid phase, formed of water and traces of gas, in particular traces of CO2, is conveyed, via an intermediate pipe 71i, to a module low pressure separation 80.
  • This module 80 makes it possible in particular to perform a gas-liquid separation step at low pressure, and in particular at a pressure of between 2 bars and 10 bars, of water E and traces of gas TG.
  • the water E and the traces of gas TG thus separated are discharged, respectively, through a second outlet duct 81s and a third outlet duct 82s.
  • the installation 1 can also include a fourth heat exchanger 90 within which a first flow of water FE1 is heated.
  • the heating of the first flow FE1 water is performed by heat exchange with the supercritical flow at the end of the heat exchange in the third exchanger 50.
  • the supercritical flow at the outlet of the fourth exchanger is at a temperature T9 lower than the temperature T4 at the exit of the third exchanger.
  • the temperature T9 can be between 30 ° C and 80 ° C, for example be equal to 50 ° C.
  • the flow of brine coming from the third exchanger 50, and at the temperature T6, can be injected into a fifth heat exchanger 100 so as to heat a second flow of water FE2.
  • the installation described above was the subject of a simulation in order to determine the energy efficiency of a supercritical water gasification process that it implements.
  • the table given below shows the digital data on the basis of which the simulation is carried out.
  • the simulation carried out with the PROSIMPLUS software considers three different configurations and aims to compare the energy yields, carbon yields and heat recovery rates associated with each of these configurations.
  • the energy efficiency is defined as the ratio of the PCS energy of the gas mixture to the thermal energy supplied during the execution of the process.
  • the carbon yield is defined as the ratio of the quantity of net CH 4 to the quantity of carbon in the co-digestate injected.
  • the heat recovery rate is defined as 1 minus the ratio of the energy supplied by the boiler to the thermal energy to be supplied.
  • the first configuration only considers heating by hot air of the co-digestate injected into the reactor.
  • the second configuration close to what is described in documents [2] and [3], considers a recovery of the thermal energy of the supercritical flow resulting from the gasification in supercritical water in order to preheat the co-digestate before its injection into said. reactor.
  • the third configuration takes up most of the terms of the present invention and considers the first, the second, the third and the fourth exchanger. Examination of the table given below shows that the heat recovery rate is much better as the number of exchangers is increased. The result is improved energy efficiency and net carbon return.
  • Such an installation can in particular operate autonomously by using as fuel the methane formed during the gasification. Furthermore, the installation according to the present invention can advantageously treat a co-digestate obtained from a methanization installation.

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Abstract

The invention relates to a method for supercritical water gasification of a co-digestate, the method comprising: - feeding the co-digestate, at a temperature T2, into a supercritical water gasification reactor (10), - discharging, from the reactor outlet, a supercritical flow (FS) comprising water and gaseous species, the reactor being heated by the circulation of a hot air flow (FAC) which is supplied by a boiler and which enters a heating circuit of the reactor at a temperature T5 and leaves the heating circuit via an outlet pipe (21S) at a temperature T6, the method being characterised in that the hot air flow (FAC) at the temperature T6 flows from the outlet pipe (21S) to a first heat exchanger (30) in which an air flow which is intended to be heated by the boiler is pre-heated by heat exchange between the hot air flow (FAC) and the air flow.

Description

Description Description
Titre : PROCEDE DE GAZEIFICATION EN EAU SUPERCRITIQUE DOMAINE TECHNIQUE Title: SUPERCRITICAL WATER CARBONATION PROCESS TECHNICAL FIELD
L'invention se rapporte au domaine du retraitement des déchets organiques, et notamment aux déchets organiques peu valorisables tels que les digestats. The invention relates to the field of the reprocessing of organic waste, and in particular to organic waste of little value such as digestates.
En particulier, la présente invention concerne un procédé de gazéification en eau supercritique (GESC) de matière carbonée organique ou synthétique, plus spécifiquement la gazéification en eau supercritique d'un co-digestat, par exemple issu de la méthanisation d'un mélange de FOr (Fraction Organique résiduelle), de Boues d'épuration et éventuellement de déchets issus de l'agriculture(par exemple du fumier équin). In particular, the present invention relates to a process for the gasification in supercritical water (GESC) of organic or synthetic carbonaceous material, more specifically the gasification in supercritical water of a co-digestate, for example resulting from the methanization of a mixture of FOr (Residual organic fraction), sewage sludge and possibly agricultural waste (eg horse manure).
Notamment, la présente invention propose d'améliorer le bilan énergétique d'un procédé de gazéification en eau supercritique d'un co-digestat. In particular, the present invention proposes to improve the energy balance of a supercritical water gasification process of a co-digestate.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE STATE OF THE PRIOR ART
La gazéification en eau supercritique de biomasse humide, comprenant par exemple plus de 70 % d'eau et aujourd'hui bien connue de l'homme et est abondamment décrite dans la littérature. The supercritical water gasification of wet biomass, comprising for example more than 70% water and today well known to man and is widely described in the literature.
Cette technique permet notamment de traiter les boues de station d'épurations, les déchets, les micro-algues, la liqueur noire issue de papeterie.... This technique makes it possible in particular to treat sludge from sewage treatment plants, waste, micro-algae, black liquor from paper mills, etc.
Notamment, le traitement de ces matières carbonées par gazéification en eau supercritique permet de transformer ces dernières en un mélange gazeux, appelé « syngaz », qui comprend en particulier les espèces gazeuses suivantes : CH4, H2, CO2, CO. La transformation de ces dernières, effectuée dans un réacteur dédié, en présence ou non d'un catalyseur, requiert toutefois un apport de chaleur qui a une incidence directe sur le rendement, et l'efficacité énergétique associés à la conversion des espèces carbonées en syngaz. In particular, the treatment of these carbonaceous materials by gasification in supercritical water makes it possible to transform the latter into a gaseous mixture, called “syngas”, which comprises in particular the following gaseous species: CH 4 , H 2 , CO 2 , CO. The transformation of the latter, carried out in a dedicated reactor, in the presence or absence of a catalyst, however requires a supply of heat which has a direct impact on the yield, and the energy efficiency associated with the conversion of carbonaceous species into syngas. .
A cet égard, le document [1] cité à la fin de la description divulgue un dispositif de gazéification en eau supercritique de biomasse. Il est en particulier rappelé dans ce document que la quantité de chaleur nécessaire pour porter un mélange à la température de gazéification en eau supercritique est relativement importante et constitue une limitation majeure à la mise en œuvre de ce procédé. Cette limitation est d'autant plus importante dans le cas d'un procédé non catalytique pour lequel la température de gazéification est plus élevée. Ainsi, dépendamment de la nature de l'effluent à traiter, la quantité de chaleur nécessaire à la gazéification de ce dernier peut être 3 fois supérieure à l'énergie (autrement appelé « Pouvoir Calorifique Supérieur » ou « PCS ») qu'il contient. Ainsi, lorsque l'effluent considéré comprend un PCS relativement faible, notamment inférieur à 12 MJ/kg de matière sèche il reste difficile de conférer au procédé de gazéification mis en œuvre une efficacité énergétique (définie comme le rapport de l'énergie récupérée sous forme d'espèces gazeuses sur l'énergie thermique à fournir) positive sans recourir à une récupération de l'énergie échangée avec l'effluent. In this regard, the document [1] cited at the end of the description discloses a device for gasification of biomass in supercritical water. It is in particular recalled in this document that the amount of heat necessary to bring a mixture to the gasification temperature in supercritical water is relatively large and constitutes a major limitation to the implementation of this process. This limitation is all the more important in the case of a non-catalytic process for which the gasification temperature is higher. Thus, depending on the nature of the effluent to be treated, the quantity of heat necessary for the gasification of the latter can be 3 times greater than the energy (otherwise called "Superior Calorific Power" or "PCS") that it contains. . Thus, when the effluent considered comprises a relatively low PCS, in particular less than 12 MJ / kg of dry matter, it remains difficult to give the gasification process implemented energy efficiency (defined as the ratio of the energy recovered in the form of of gaseous species on the thermal energy to be supplied) positive without resorting to recovery of the energy exchanged with the effluent.
Les digestats ou co-digestats issus d'un procédé de méthanisation ont une forte teneur en matières inorganiques, qui peut notamment correspondre à plus de 40 % de la matière sèche dudit digestat, et présentent par voie de conséquence un faible PCS. The digestates or co-digestates resulting from a methanization process have a high content of inorganic matter, which may in particular correspond to more than 40% of the dry matter of said digestate, and consequently have a low SCP.
L'amélioration de l'efficacité énergétique des procédés de gazéification en eau supercritique, notamment non catalytiques, reste un enjeu crucial dès lors que l'on attribue à ces procédés une vocation énergétique. Improving the energy efficiency of supercritical water gasification processes, in particular non-catalytic, remains a crucial issue when these processes are attributed an energy vocation.
Ainsi, dans une approche non-catalytique décrite dans le document [2] cité à la fin de la description, il est proposé de préchauffer l'effluent à traiter via un échange thermique entre ledit effluent et le mélange supercritique. Thus, in a non-catalytic approach described in document [2] cited at the end of the description, it is proposed to preheat the effluent to be treated via heat exchange between said effluent and the supercritical mixture.
Ce préchauffage est notamment exécuté au sein d'un échangeur thermique, par exemple un échangeur du type tube-calandre, disposé en amont du réacteur de gazéification en eau supercritique. This preheating is carried out in particular within a heat exchanger, for example an exchanger of the tube-shell type, arranged upstream of the supercritical water gasification reactor.
Le document [3] cité à la fin de la description propose également, selon une approche catalytique, un préchauffage de l'effluent à traiter essentiellement selon les mêmes termes que le document [2]. Document [3] cited at the end of the description also proposes, according to a catalytic approach, preheating of the effluent to be treated essentially according to the same terms as document [2].
Les deux approches présentées dans les documents [2] et [3] requièrent toutefois un apport de chaleur d'une source énergétique extérieure qui affecte d'autant l'efficacité énergétique du procédé de gazéification en eau supercritique. Cet apport de chaleur est en particulier assuré par un flux d'air produit par une chaudière et destiné à porter l'effluent à traiter à la température de gazéification en eau supercritique, et notamment à une température supérieure à 600 °C lorsque l'approche non-catalytique est considérée. The two approaches presented in documents [2] and [3] however require a supply of heat from an external energy source which affects the energy efficiency of the supercritical water gasification process as much. This heat input is provided in particular by a flow of air produced by a boiler and intended to bring the effluent to be treated to the temperature of gasification in supercritical water, and in particular to a temperature above 600 ° C when the approach non-catalytic is considered.
Par ailleurs, le débit d'air chaud permettant d'assurer le chauffage à la température requise de l'effluent à traiter doit être relativement élevé, et est par voie de conséquence une source de pertes énergétiques supplémentaires. Furthermore, the flow of hot air making it possible to ensure heating to the required temperature of the effluent to be treated must be relatively high, and is consequently a source of additional energy losses.
Ainsi, quelle que soit l'approche considérée, la récupération d'énergie thermique reste limitée à une valeur comprise entre 40 % et 60 %, de sorte que les procédés de gazéification connus de la technique présentent un bilan énergétique négatif dès lors que le co-digestat considéré présente un faible PCS. Thus, whatever the approach considered, the recovery of thermal energy remains limited to a value between 40% and 60%, so that the gasification processes known in the art have a negative energy balance when the co -digestate considered has a low PCS.
Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé de gazéification en eau supercritique permettant d'atteindre une efficacité énergétique positive. An aim of the present invention is therefore to provide a supercritical water gasification process making it possible to achieve positive energy efficiency.
EXPOSÉ DE L'INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
Le but de la présente invention est atteint par un procédé de gazéification en eau supercritique d'un co-digestat formant un effluent aqueux qui comprend de la matière organique, de la matière minérale, le procédé comprenant : The object of the present invention is achieved by a process for the gasification in supercritical water of a co-digestate forming an aqueous effluent which comprises organic matter, mineral matter, the process comprising:
- l'injection du co-digestat, à une température T2 dans un réacteur de gazéification en eau supercritique, chauffé à une température Tr, de manière à transformer la matière organique en espèces gazeuses, - injection of the co-digestate, at a temperature T2 in a gasification reactor in supercritical water, heated to a temperature Tr, so as to transform the organic matter into gaseous species,
- l'écoulement, en sortie du réacteur, d'un flux supercritique, à une température T3 inférieure à la température T2, comprenant de l'eau et les espèces gazeuses, le chauffage du réacteur étant assuré par la circulation d'un flux d'air chaud, fourni par une chaudière, entrant dans un circuit de chauffage du réacteur à une température T5 et ressortant de circuit de chauffage par une conduite de sortie à une température T6, inférieure à la température T5, le procédé étant remarquable en ce que le flux d'air chaud à la température T6 s'écoule de la conduite de sortie vers un premier échangeur de chaleur dans lequel un préchauffage d'un flux d'air, destiné à être chauffé par la chaudière, est exécuté par échange thermique entre le flux d'air chaud et le flux d'air. the flow, at the outlet of the reactor, of a supercritical flow, at a temperature T3 lower than the temperature T2, comprising water and the gaseous species, the heating of the reactor being provided by the circulation of a flow of hot air, supplied by a boiler, entering a heating circuit of the reactor at a temperature T5 and leaving the heating circuit through an outlet pipe at a temperature T6, lower than the temperature T5, the process being remarkable in that the flow of hot air at temperature T6 flows from the outlet pipe to a first heat exchanger in which a Preheating of an air stream, intended to be heated by the boiler, is performed by heat exchange between the hot air stream and the air stream.
Selon un mode de mise en œuvre, le flux d'air chaud ressort du premier échangeur à une température T7 inférieure à la température T6, et est conduit vers un deuxième échangeur dans lequel un préchauffage d'un combustible alimentant la chaudière est exécuté par échange thermique entre le flux d'air chaud et ledit combustible. According to one embodiment, the hot air flow leaves the first exchanger at a temperature T7 lower than the temperature T6, and is led to a second exchanger in which a preheating of a fuel supplying the boiler is carried out by exchange. thermal between the hot air flow and said fuel.
Selon un mode de mise en œuvre, une étape de préchauffage d'une température Tl à la température T2 du co-digestat préalablement à son injection dans le réacteur de gazéification en eau supercritique, le préchauffage étant exécuté, dans un troisième échangeur de chaleur, par échange thermique entre le flux supercritique s'écoulant du réacteur de gazéificateur en eau supercritique et le co-digestat injecté dans le troisième échangeur. According to one embodiment, a step of preheating from a temperature T1 to the temperature T2 of the co-digestate prior to its injection into the gasification reactor with supercritical water, the preheating being carried out, in a third heat exchanger, by heat exchange between the supercritical flow flowing from the gasifier reactor in supercritical water and the co-digestate injected into the third exchanger.
Selon un mode de mise en œuvre, le troisième échangeur est un échangeur de type bi- tubes. According to one embodiment, the third exchanger is a twin-tube type exchanger.
Selon un mode de mise en œuvre, préalablement à son préchauffage, le co-digestat est injecté sous pression dans le troisième échangeur, avantageusement à une pression comprise entre 270 bars et 300 bars. According to one embodiment, prior to its preheating, the co-digestate is injected under pressure into the third exchanger, advantageously at a pressure of between 270 bars and 300 bars.
Selon un mode de mise en œuvre, une étape de séparation haute pression des espèces gazeuses et de la phase liquide du flux supercritique en sortie du troisième échangeur est exécutée dans un module de séparation haute pression. According to one embodiment, a step of high pressure separation of the gaseous species and of the liquid phase of the supercritical flow at the outlet of the third exchanger is carried out in a high pressure separation module.
Selon un mode de mise en œuvre, une étape de séparation d'espèces gazeuses résiduelles dans la phase liquide issue du module de séparation haute pression est exécutée dans un module de séparation basse pression. According to one embodiment, a step of separating residual gaseous species in the liquid phase coming from the high pressure separation module is performed in a low pressure separation module.
Selon un mode de mise en œuvre, la matière minérale est extraite du co-digestat dans le troisième échangeur pour former un flux de saumure à une température T10. According to one embodiment, the mineral material is extracted from the co-digestate in the third exchanger to form a flow of brine at a temperature T10.
Selon un mode de mise en œuvre, le flux supercritique, après l'étape d'échange thermique dans le troisième échangeur, et avant l'étape de séparation haute pression, est injecté dans un quatrième échangeur de chaleur de manière à chauffer un premier flux d'eau. Selon un mode de mise en œuvre, un flux de saumure en sortie du troisième échangeur de chaleur est injecté dans un cinquième échangeur de chaleur de manière à chauffer un deuxième flux d'eau. According to one embodiment, the supercritical flow, after the heat exchange step in the third exchanger, and before the high pressure separation step, is injected into a fourth heat exchanger so as to heat a first flow of water. According to one embodiment, a flow of brine leaving the third heat exchanger is injected into a fifth heat exchanger so as to heat a second flow of water.
Selon un mode de mise en œuvre, le co-digestat est issue de la méthanisation de matières organiques. According to one mode of implementation, the co-digestate results from the methanization of organic materials.
L'invention concerne également une installation de gazéification en eau supercritique (1) qui comprend : The invention also relates to a supercritical water gasification plant (1) which comprises:
- un réacteur de gazéification en eau supercritique pourvu d'un circuit de chauffage dans lequel un flux d'air chaud est destiné à circuler et fournir l'énergie thermique nécessaire à la gazéification en eau supercritique d'un co-digestat injecté dans ledit réacteur, ledit flux d'air chaud ressortant du réacteur par une conduite de sortie ; - a supercritical water gasification reactor provided with a heating circuit in which a hot air flow is intended to circulate and provide the thermal energy necessary for the supercritical water gasification of a co-digestate injected into said reactor , said flow of hot air leaving the reactor through an outlet pipe;
- une chaudière fournissant le flux d'air chaud ; - a boiler providing the flow of hot air;
L'installation étant caractérisée en ce que ledit dispositif comprend également un premier échangeur de chaleur au sein duquel le flux d'air destiné à être chauffé par la chaudière est préalablement préchauffé par échange thermique avec le flux d'air chaud circulant dans la conduite de sortie. The installation being characterized in that said device also comprises a first heat exchanger within which the air flow intended to be heated by the boiler is preheated by heat exchange with the hot air flow circulating in the heating pipe. exit.
Selon un mode de mise en œuvre, ladite installation comprend en outre un deuxième échangeur de chaleur destiné à préchauffer un combustible destiné à assurer le fonctionnement de la chaudière par échange thermique avec le flux d'air sortant du premier échangeur de chaleur. According to one embodiment, said installation further comprises a second heat exchanger intended to preheat a fuel intended to ensure the operation of the boiler by heat exchange with the air flow leaving the first heat exchanger.
Selon un mode de mise en œuvre, ladite installation comprend un module d'injection haute pression destiné à injecter un co-digestat à haute pression dans le réacteur de gazéification en eau supercritique. According to one embodiment, said installation comprises a high pressure injection module intended to inject a high pressure co-digestate into the supercritical water gasification reactor.
Selon un mode de mise en œuvre, un troisième échangeur de chaleur est disposé entre le module d'injection haute pression et le réacteur de gazéification en eau supercritique, le troisième échangeur étant agencé pour permettre un préchauffage du co-digestat par échange thermique entre ce dernier et le flux supercritique issu du réacteur de gazéification en eau supercritique. According to one embodiment, a third heat exchanger is arranged between the high pressure injection module and the supercritical water gasification reactor, the third exchanger being arranged to allow preheating of the co-digestate by heat exchange between this last and the supercritical flow from the gasification reactor in supercritical water.
Selon un mode de mise en œuvre, ladite installation comprend en outre un module de séparation haute pression destiné à collecter le flux supercritique à l'issue de la phase d'échange thermique dans un troisième échangeur, et à en séparer les espèces gazeuses de la phase aqueuse. According to one embodiment, said installation further comprises a high pressure separation module intended to collect the supercritical flow at the end of the phase. heat exchange in a third exchanger, and to separate the gaseous species from the aqueous phase.
Selon un mode de mise en œuvre, l'installation comprend un quatrième échangeur de chaleur, disposé entre le troisième échangeur et le module de séparation haute pression, destiné à chauffer un premier flux d'eau par échange thermique avec le flux supercritique. According to one embodiment, the installation comprises a fourth heat exchanger, arranged between the third exchanger and the high pressure separation module, intended to heat a first flow of water by heat exchange with the supercritical flow.
Selon un mode de mise en œuvre, l'installation comprend un module de séparation à basse pression destiné à collecter la phase aqueuse issue du module de séparation haute pression et séparer des espèces gazeuses résiduelles de ladite phase aqueuse. According to one embodiment, the installation comprises a low pressure separation module intended to collect the aqueous phase coming from the high pressure separation module and to separate residual gaseous species from said aqueous phase.
Selon un mode de mise en œuvre, le troisième échangeur est également destiné à séparer et extraire de la matière minérale comprise dans le co-digestat et l'évacuer via une conduite d'évacuation sous forme de saumure. According to one embodiment, the third exchanger is also intended to separate and extract the mineral matter included in the co-digestate and to evacuate it via an evacuation pipe in the form of brine.
Selon un mode de mise en œuvre, ladite installation comprend un cinquième échangeur de chaleur destiné à chauffer un deuxième flux d'eau par échange thermique avec la saumure. According to one embodiment, said installation comprises a fifth heat exchanger intended to heat a second stream of water by heat exchange with the brine.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un procédé de gazéification en eau supercritique selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : Other characteristics and advantages will appear in the following description of a supercritical water gasification process according to the invention, given by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings in which:
[Fig. 1] est une représentation schématique d'une installation de gazéification en eau supercritique pour la mise en œuvre du procédé de gazéification en eau supercritique d'un co-digestat selon la présente invention. [Fig. 1] is a schematic representation of a supercritical water gasification plant for implementing the supercritical water gasification process of a co-digestate according to the present invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
A la figure 1, on peut voir un exemple d'une installation 1 de gazéification en eau supercritique mise en œuvre pour la gazéification en eau supercritique d'un co-digestat formé par un effluent aqueux qui comprend de la matière organique, de la matière minérale. In Figure 1, one can see an example of a supercritical water gasification installation 1 implemented for the supercritical water gasification of a co-digestate formed by an aqueous effluent which comprises organic matter, mineral.
Par « digestat », on entend un résidu du processus de méthanisation de matières organiques naturelles ou de produits résiduaires organiques tel que de la For ou des boues de station d'épuration. Par « co-digestat », on entend un résidu du processus de méthanisation d'un mélange de matières organiques naturelles ou de produits résiduaires organiques différents, comme par exemple, un résidu du processus de méthanisation d'un mélange de For et de boues de station d'épuration. The term “digestate” is understood to mean a residue from the process of methanization of natural organic materials or of organic waste products such as For or sludge from a treatment plant. The term “co-digestate” means a residue from the methanization process of a mixture of natural organic materials or of different organic waste products, such as, for example, a residue of the methanization process of a mixture of For and of sludge. wastewater treatment plant.
L'installation 1 comprend notamment un réacteur de gazéification en eau supercritique 10 dans lequel la matière organique du co-digestat est transformée en espèces gazeuses dissoutes dans de l'eau, et forment ainsi un flux supercritique Fs délivré au niveau d'une conduite 11c. Une description détaillée d'un tel réacteur est donnée dans le document [4] cité à la fin de la description. The installation 1 comprises in particular a supercritical water gasification reactor 10 in which the organic matter of the co-digestate is transformed into gaseous species dissolved in water, and thus form a supercritical flow Fs delivered at the level of a pipe 11c . A detailed description of such a reactor is given in document [4] cited at the end of the description.
La gazéification en eau supercritique peut être exécutée en présence ou non d'un catalyseur. The gasification in supercritical water can be carried out in the presence or absence of a catalyst.
Les espèces gazeuses peuvent comprendre du méthane (CPU), du dihydrogène (H2), du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO2), et, en moindre quantité, des composés carbonés du type CxHy. The gaseous species can include methane (CPU), hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), and, in smaller quantities, carbon compounds of the type C x H y .
L'équilibre et en particulier les proportions relatives des espèces gazeuses dans le fluide supercritique est fonction de la température Tr et de la pression Pr imposées à l'effluent dans le réacteur de gazéification en eau supercritique. The equilibrium and in particular the relative proportions of the gaseous species in the supercritical fluid is a function of the temperature Tr and the pressure Pr imposed on the effluent in the supercritical water gasification reactor.
La pression Pr peut à cet égard être comprise entre 270 bars et 300 bars. The pressure Pr can in this respect be between 270 bars and 300 bars.
La température Tr peut être comprise entre 550 °C et 700 °C, par exemple égale à 600 °C. Le réacteur de gazéification en eau supercritique 10 peut à cet égard être du type tube/calandre de manière à permettre le chauffage de l'effluent à la température Tr par échange thermique entre un flux d'air chaud FAC et ledit effluent. The temperature Tr can be between 550 ° C and 700 ° C, for example equal to 600 ° C. The supercritical water gasification reactor 10 may in this regard be of the tube / shell type so as to allow the effluent to be heated to temperature Tr by heat exchange between a hot air flow FAC and said effluent.
Par exemple, selon la présente invention, le flux d'air chaud FAC circule dans un circuit de chauffage du réacteur 10 à une température T5 et en ressort par une conduite de sortie 21s à une température T6, inférieure à la température T5. For example, according to the present invention, the hot air flow FAC circulates in a heating circuit of the reactor 10 at a temperature T5 and leaves it via an outlet pipe 21s at a temperature T6, lower than the temperature T5.
La température T5 est par exemple comprise entre 650 °C et 800 °C, par exemple égale à 700 °C, tandis que la température T6, après transfert de chaleur vers l'effluent, peut être comprise entre 550 °C et 750 °C, par exemple égale à 600 °C. The temperature T5 is for example between 650 ° C and 800 ° C, for example equal to 700 ° C, while the temperature T6, after heat transfer to the effluent, can be between 550 ° C and 750 ° C. , for example equal to 600 ° C.
Le flux d'air chaud FAC est notamment produit par une étape de chauffage d'un flux d'air froid FAF au niveau d'une chaudière 20 alimentée en combustible C. Selon la présente invention, le flux d'air froid FAF est néanmoins préchauffé dans un premier échangeur 30, par exemple un échangeur tubes et calandre ou un échangeur à plaque bi-tubes. En particulier, le préchauffage de flux d'air froid FAF est assuré, au sein dudit premier échangeur 30, par un échange thermique entre le flux d'air chaud FAC et le flux d'air froid FAF. À cet égard, le flux d'air chaud FAC, circulant dans la conduite de sortie 21s, est injecté dans un circuit de chauffage du premier échangeur 30 à la température T6 et en ressort, par une conduite d'échange 31s, à la température T7 inférieure à la température T6. La température T7 peut être comprise entre 120 °C et 200 °C, par exemple égale à 140 °C. The hot air flow FAC is produced in particular by a step of heating a flow of cold air FAF at the level of a boiler 20 supplied with fuel C. According to the present invention, the flow of cold air FAF is nevertheless preheated in a first exchanger 30, for example a tube and shell exchanger or a two-tube plate exchanger. In particular, the preheating of the flow of cold air FAF is ensured, within said first exchanger 30, by a heat exchange between the flow of hot air FAC and the flow of cold air FAF. In this regard, the hot air flow FAC, circulating in the outlet pipe 21 s , is injected into a heating circuit of the first exchanger 30 at the temperature T6 and leaves it, via an exchange pipe 31 s, at the temperature T7 lower than temperature T6. The temperature T7 can be between 120 ° C and 200 ° C, for example equal to 140 ° C.
De manière équivalente, le combustible C peut être préchauffé dans un deuxième échangeur 40, par exemple un échangeur tubes et calandre ou un échangeur à plaque bi- tubes. En particulier, le préchauffage du combustible C est assuré, au sein dudit deuxième échangeur 40, par un échange thermique entre le combustible C et le flux d'air chaud FAC à la température T7. À cet égard, le flux d'air chaud FAC, circulant dans la conduite d'échange 31s, est injecté dans un circuit de chauffage du deuxième échangeur 40 à la température T7, et en ressort à une température T8, inférieure à la température T7. La température T8 peut être comprise entre 50 °C et 120 °C, par exemple égale à 70 °C.In an equivalent manner, the fuel C can be preheated in a second exchanger 40, for example a tube and shell exchanger or a two-tube plate exchanger. In particular, the preheating of the fuel C is ensured, within said second exchanger 40, by a heat exchange between the fuel C and the hot air flow FAC at the temperature T7. In this regard, the hot air flow FAC, circulating in the exchange pipe 31 s , is injected into a heating circuit of the second exchanger 40 at the temperature T7, and leaves it at a temperature T8, lower than the temperature. T7. The temperature T8 can be between 50 ° C and 120 ° C, for example equal to 70 ° C.
La récupération d'énergie au niveau du premier échangeur 30, et éventuellement au niveau du deuxième échangeur 40, permet d'améliorer l'efficacité énergétique du procédé de gazéification en eau supercritique. En effet, le flux d'air chaud FAC circulant dans la conduite de sortie 21s présente une température relativement élevée qui est avantageusement mise à profit pour la préchauffe du flux d'air froid FAF, et éventuellement du carburant C. Ainsi, la quantité d'énergie fournie par la chaudière pour porter le flux d'air froid FAF à la température T5 pour former le flux d'air chaud s'en trouve réduite. The recovery of energy at the level of the first exchanger 30, and possibly at the level of the second exchanger 40, makes it possible to improve the energy efficiency of the supercritical water gasification process. In fact, the hot air flow FAC circulating in the outlet pipe 21 s has a relatively high temperature which is advantageously taken advantage of for the preheating of the cold air flow FAF, and possibly of the fuel C. Thus, the quantity of energy supplied by the boiler to bring the flow of cold air FAF to the temperature T5 to form the flow of hot air is thereby reduced.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend également une étape de préchauffage d'une température Tl à la température T2 du co-digestat préalablement à son injection dans le réacteur de gazéification en eau supercritique 10. According to an advantageous embodiment, the method also comprises a step of preheating from a temperature T1 to the temperature T2 of the co-digestate prior to its injection into the gasification reactor with supercritical water 10.
Le préchauffage est notamment exécuté dans un troisième échangeur 50 de chaleur, par exemple un échangeur bi-tubes, par échange thermique entre le flux supercritique Fs s'écoulant dans la conduite 11c et le co-digestat injecté dans le troisième échangeur 50. À la suite de cet échange thermique, le flux Fs passe dans un état sous critique et présente une température T4 qui peut être comprise entre 110 °C et 200 °C, par exemple égale à 120 °C. The preheating is carried out in particular in a third heat exchanger 50, for example a two-tube exchanger, by heat exchange between the supercritical flow Fs flowing in line 11c and the co-digestate injected into the third exchanger 50. Following this heat exchange, the flow Fs goes into a subcritical state and has a temperature T4 which can be between 110 ° C and 200 ° C, for example equal to 120 ° C.
La température Tl peut être comprise entre 10 °C et 50 °C, et la température T2 entre 350 et 450 °C, par exemple égale à 410 °C . The temperature T1 can be between 10 ° C and 50 ° C, and the temperature T2 between 350 and 450 ° C, for example equal to 410 ° C.
De manière avantageuse, le co-digestat est injecté sous pression, par un module 60, dans le troisième échangeur 50, par exemple à une pression comprise entre 270 bars et 300 bars. L'injection peut être exécutée au moyen d'une pompe piston. Advantageously, the co-digestate is injected under pressure, by a module 60, into the third exchanger 50, for example at a pressure of between 270 bars and 300 bars. The injection can be carried out by means of a piston pump.
Par ailleurs, le préchauffage du co-digestat dans le troisième échangeur 50 peut également conduire à une séparation des matières minérales du co-digestat, et une évacuation de ces dernières dans une conduite d'évacuation 51c sous forme de saumure à une température T10 qui peut être comprise entre 200 °C et 450 °C, par exemple égale à 350 °C. Furthermore, the preheating of the co-digestate in the third exchanger 50 can also lead to a separation of the mineral matter from the co-digestate, and an evacuation of the latter in an evacuation pipe 51c in the form of brine at a temperature T10 which can be between 200 ° C and 450 ° C, for example equal to 350 ° C.
Le procédé de gazéification comprend également une étape de séparation haute pression, exécutée dans un module de séparation haute pression 70 à une pression comprise entre 200 bars et 300 bars. Cette étape de séparation haute pression est destinée à séparer, au moins en partie, les espèces gazeuses ESG de la phase liquide. En particulier, les espèces gazeuses sont évacuées par un premier conduit de sortie 71s, tandis que la phase liquide, formée d'eau et de traces de gaz, notamment des traces de CO2, est acheminée, via un conduit intermédiaire 71i, vers un module de séparation basse pression 80. Ce module 80 permet notamment d'exécuter une étape de séparation gaz- liquide à basse pression, et notamment à une pression comprise entre 2 bars et 10 bars, de l'eau E et des traces de gaz TG. L'eau E et les traces de gaz TG ainsi séparées sont évacuées, respectivement, par un deuxième conduit de sortie 81s et un troisième conduit de sortie 82s. The gasification process also comprises a high pressure separation step, carried out in a high pressure separation module 70 at a pressure between 200 bars and 300 bars. This high pressure separation step is intended to separate, at least in part, the ESG gaseous species from the liquid phase. In particular, the gaseous species are evacuated via a first outlet pipe 71s, while the liquid phase, formed of water and traces of gas, in particular traces of CO2, is conveyed, via an intermediate pipe 71i, to a module low pressure separation 80. This module 80 makes it possible in particular to perform a gas-liquid separation step at low pressure, and in particular at a pressure of between 2 bars and 10 bars, of water E and traces of gas TG. The water E and the traces of gas TG thus separated are discharged, respectively, through a second outlet duct 81s and a third outlet duct 82s.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, une partie des espèces gazeuses forment le carburant C nécessaire au fonctionnement de la chaudière. L'installation 1 peut également comprendre un quatrième échangeur 90 chaleur au sein duquel un premier flux d'eau FE1 est chauffé. En particulier, le chauffage du premier flux d'eau FE1 est exécuté par échange thermique avec le flux supercritique à l'issue de l'échange thermique dans le troisième échangeur 50. En particulier, le flux supercritique, en sortie du quatrième échangeur est à une température T9 inférieure à la température T4 en sortie du troisième échangeur. La température T9 peut être comprise entre 30 °C et 80 °C, par exemple être égale à 50 °C. According to a particularly advantageous embodiment, a portion of the gaseous species form the fuel C necessary for the operation of the boiler. The installation 1 can also include a fourth heat exchanger 90 within which a first flow of water FE1 is heated. In particular, the heating of the first flow FE1 water is performed by heat exchange with the supercritical flow at the end of the heat exchange in the third exchanger 50. In particular, the supercritical flow at the outlet of the fourth exchanger is at a temperature T9 lower than the temperature T4 at the exit of the third exchanger. The temperature T9 can be between 30 ° C and 80 ° C, for example be equal to 50 ° C.
De manière équivalente, le flux de saumure issue du troisième échangeur 50, et à la température T6, peut être injecté dans un cinquième échangeur 100 de chaleur de manière à chauffer un deuxième flux d'eau FE2. Equivalently, the flow of brine coming from the third exchanger 50, and at the temperature T6, can be injected into a fifth heat exchanger 100 so as to heat a second flow of water FE2.
L'installation décrite ci-avant a fait l'objet d'une simulation de manière à déterminer l'efficacité énergétique d'un procédé de gazéification en eau supercritique qu'elle met en œuvre. The installation described above was the subject of a simulation in order to determine the energy efficiency of a supercritical water gasification process that it implements.
Le tableau donné ci-après reprend les données numériques sur la base desquelles est exécutée la simulation. The table given below shows the digital data on the basis of which the simulation is carried out.
[Table 1]
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[Table 1]
Figure imgf000012_0001
La simulation effectuée avec le logiciel PROSIMPLUS considère trois configurations différentes et vise à comparer les rendements énergétiques, les rendements carbones et les taux de récupération de chaleur associées à chacune de ces configurations. Le rendement énergétique est défini comme le rapport de l'énergie PCS du mélange gazeux sur l'énergie thermique apportée lors de l'exécution du procédé. The simulation carried out with the PROSIMPLUS software considers three different configurations and aims to compare the energy yields, carbon yields and heat recovery rates associated with each of these configurations. The energy efficiency is defined as the ratio of the PCS energy of the gas mixture to the thermal energy supplied during the execution of the process.
Le rendement carbone est défini comme le rapport de la quantité de CH4 net sur la quantité de carbone dans le co-digestat injecté. Enfin le taux de récupération de chaleur est défini comme 1 moins le rapport de l'énergie apportée par la chaudière sur l'énergie thermique à apporter. The carbon yield is defined as the ratio of the quantity of net CH 4 to the quantity of carbon in the co-digestate injected. Finally, the heat recovery rate is defined as 1 minus the ratio of the energy supplied by the boiler to the thermal energy to be supplied.
La première configuration ne considère qu'un chauffage par de l'air chaud du co-digestat injecté dans le réacteur. The first configuration only considers heating by hot air of the co-digestate injected into the reactor.
La deuxième configuration, proche de ce qui est décrit dans les documents [2] et [3], considère une récupération de l'énergie thermique du flux supercritique résultant de la gazéification en eau supercritique afin préchauffer le co-digestat avant son injection dans ledit réacteur. The second configuration, close to what is described in documents [2] and [3], considers a recovery of the thermal energy of the supercritical flow resulting from the gasification in supercritical water in order to preheat the co-digestate before its injection into said. reactor.
Enfin, la troisième configuration reprend l'essentiel des termes de la présente invention et considère le premier, le deuxième, le troisième ainsi que le quatrième échangeur. L'examen du tableau donné ci-après montre que le taux de récupération de chaleur est bien meilleur à mesure que l'on multiplie les échangeurs. Il en résulte une amélioration du rendement énergétique et du rendement carbone net. Finally, the third configuration takes up most of the terms of the present invention and considers the first, the second, the third and the fourth exchanger. Examination of the table given below shows that the heat recovery rate is much better as the number of exchangers is increased. The result is improved energy efficiency and net carbon return.
[Table 2]
Figure imgf000013_0001
Ainsi, l'intégration complète d'échangeurs de chaleurs permettant de récupérer l'énergie thermique du flux d'air chaud et du flux supercritique tel que proposé dans la présente invention permet d'augmenter de manière certaine l'efficacité énergétique globale de l'installation de gazéification considérée dans la présente invention (troisième configuration).
[Table 2]
Figure imgf000013_0001
Thus, the complete integration of heat exchangers making it possible to recover the thermal energy of the hot air flow and of the supercritical flow as proposed in the present invention makes it possible to increase in a certain way the overall energy efficiency of the gasification installation considered in the present invention (third configuration).
Une telle installation peut notamment de fonctionner de manière autonome en utilisant comme combustible le méthane formé au cours de la gazéification. Par ailleurs, l'installation selon la présente invention peut avantageusement traiter un co- digestat issu d'une installation de méthanisation. Such an installation can in particular operate autonomously by using as fuel the methane formed during the gasification. Furthermore, the installation according to the present invention can advantageously treat a co-digestate obtained from a methanization installation.
RÉFÉRENCES REFERENCES
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Claims

Revendications Claims
1. Procédé de gazéification en eau supercritique d'un co-digestat formant un effluent aqueux qui comprend de la matière organique, de la matière minérale, le procédé comprenant : 1. A process for the gasification in supercritical water of a co-digestate forming an aqueous effluent which comprises organic matter, mineral matter, the process comprising:
- l'injection du co-digestat, à une température T2 dans un réacteur de gazéification en eau supercritique (10), chauffé à une température Tr, de manière à transformer la matière organique en espèces gazeuses, - injection of the co-digestate, at a temperature T2 in a gasification reactor in supercritical water (10), heated to a temperature Tr, so as to transform the organic matter into gaseous species,
- l'écoulement, en sortie du réacteur, d'un flux supercritique (FS), à une température T3 inférieure à la température T2, comprenant de l'eau et les espèces gazeuses, le chauffage du réacteur étant assuré par la circulation d'un flux d'air chaud (FAC), fourni par une chaudière, entrant dans un circuit de chauffage du réacteur à une température T5 et ressortant de circuit de chauffage par une conduite de sortie (21S) à une température T6, inférieure à la température T5, le procédé étant caractérisé en ce que le flux d'air chaud (FAC) à la température T6 s'écoule de la conduite de sortie (21S) vers un premier échangeur (30) de chaleur dans lequel un préchauffage d'un flux d'air, destiné à être chauffé par la chaudière, est exécuté par échange thermique entre le flux d'air chaud (FAC) et le flux d'air. the flow, at the outlet of the reactor, of a supercritical flow (FS), at a temperature T3 lower than the temperature T2, comprising water and the gaseous species, the heating of the reactor being ensured by the circulation of a flow of hot air (FAC), supplied by a boiler, entering a heating circuit of the reactor at a temperature T5 and leaving the heating circuit via an outlet pipe (21S) at a temperature T6, lower than the temperature T5, the method being characterized in that the flow of hot air (FAC) at the temperature T6 flows from the outlet pipe (21S) to a first heat exchanger (30) in which a preheating of a flow air, intended to be heated by the boiler, is performed by heat exchange between the hot air flow (FAC) and the air flow.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le flux d'air chaud (FAC) ressort du premier échangeur (30) à une température T7 inférieure à la température T6, et est conduit vers un deuxième échangeur (40) dans lequel un préchauffage d'un combustible alimentant la chaudière est exécuté par échange thermique entre le flux d'air chaud (FAC) et ledit combustible. 2. Method according to claim 1, wherein the hot air flow (FAC) leaves the first exchanger (30) at a temperature T7 lower than the temperature T6, and is conducted to a second exchanger (40) in which a preheating of a fuel supplying the boiler is carried out by heat exchange between the hot air flow (FAC) and said fuel.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une étape de préchauffage d'une température Tl à la température T2 du co-digestat préalablement à son injection dans le réacteur de gazéification en eau supercritique (10), le préchauffage étant exécuté, dans un troisième échangeur (50) de chaleur, par échange thermique entre le flux supercritique (FS) s'écoulant du réacteur de gazéificateur en eau supercritique et le co- digestat injecté dans le troisième échangeur (50). 3. The method of claim 1 or 2, wherein a step of preheating from a temperature T1 to the temperature T2 of the co-digestate prior to its injection into the supercritical water gasification reactor (10), the preheating being performed, in a third heat exchanger (50), by heat exchange between the supercritical flow (FS) flowing from the gasifier reactor in supercritical water and the co-digestate injected into the third exchanger (50).
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le troisième échangeur (50) est un échangeur de type bi-tubes. 4. The method of claim 3, wherein the third exchanger (50) is a two-tube type exchanger.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, préalablement à son préchauffage, le co-digestat est injecté sous pression dans le troisième échangeur (50), avantageusement à une pression comprise entre 270 bars et 300 bars. 5. The method of claim 3 or 4, wherein, prior to its preheating, the co-digestate is injected under pressure into the third exchanger (50), advantageously at a pressure between 270 bars and 300 bars.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel une étape de séparation haute pression des espèces gazeuses et de la phase liquide du flux supercritique (FS) en sortie du troisième échangeur (50) est exécutée dans un module de séparation haute pression (70). 6. Method according to one of claims 3 to 5, wherein a high pressure separation step of the gaseous species and the liquid phase of the supercritical flow (FS) at the outlet of the third exchanger (50) is performed in a separation module. high pressure (70).
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel une étape de séparation d'espèces gazeuses résiduelles dans la phase liquide issue du module de séparation haute pression (70) est exécutée dans un module de séparation basse pression (80). 7. The method of claim 6, wherein a step of separating residual gas species in the liquid phase from the high pressure separation module (70) is performed in a low pressure separation module (80).
8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel la matière minérale est extraite du co-digestat dans le troisième échangeur (50) pour former un flux de saumure à une température T10. 8. Method according to one of claims 3 to 7, wherein the mineral material is extracted from the co-digestate in the third exchanger (50) to form a flow of brine at a temperature T10.
9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7 et la revendication 6, dans lequel le flux supercritique (FS), après l'étape d'échange thermique dans le troisième échangeur (50), et avant l'étape de séparation haute pression, est injecté dans un quatrième échangeur de chaleur de manière à chauffer un premier flux d'eau. 9. Method according to one of claims 3 to 7 and claim 6, wherein the supercritical flow (FS), after the heat exchange step in the third exchanger (50), and before the high separation step pressure, is injected into a fourth heat exchanger so as to heat a first flow of water.
10. Procédé selon l'une des revendications 3 à 9 et la revendication 8, dans lequel un flux de saumure en sortie du troisième échangeur (50) de chaleur est injecté dans un cinquième échangeur de chaleur de manière à chauffer un deuxième flux d'eau. 10. Method according to one of claims 3 to 9 and claim 8, wherein a flow of brine at the outlet of the third heat exchanger (50) is injected into a fifth heat exchanger so as to heat a second flow of water.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le co-digestat est issue de la méthanisation de matières organiques. 11. Method according to one of claims 1 to 10, wherein the co-digestate results from the methanization of organic materials.
12. Installation de gazéification en eau supercritique (1) qui comprend : 12. Supercritical water gasification installation (1) which comprises:
- un réacteur de gazéification en eau supercritique (10) pourvu d'un circuit de chauffage dans lequel un flux d'air chaud (FAC) est destiné à circuler et fournir l'énergie thermique nécessaire à la gazéification en eau supercritique d'un co-digestat injecté dans ledit réacteur, ledit flux d'air chaud (FAC) ressortant du réacteur par une conduite de sortie (21S) ; - a supercritical water gasification reactor (10) provided with a heating circuit in which a hot air flow (FAC) is intended to circulate and provide the thermal energy necessary for the gasification in supercritical water of a co -digestate injected into said reactor, said hot air flow (FAC) leaving the reactor through an outlet pipe (21S);
- une chaudière fournissant le flux d'air chaud (FAC) ; L'installation étant caractérisée en ce que ledit dispositif comprend également un premier échangeur (30) de chaleur au sein duquel le flux d'air destiné à être chauffé par la chaudière est préalablement préchauffé par échange thermique avec le flux d'air chaud (FAC) circulant dans la conduite de sortie (21S). - a boiler providing the hot air flow (FAC); The installation being characterized in that said device also comprises a first heat exchanger (30) within which the air flow intended to be heated by the boiler is preheated beforehand by heat exchange with the hot air flow (FAC ) flowing in the outlet pipe (21S).
13. Installation selon la revendication 12, dans laquelle ladite installation comprend en outre un deuxième échangeur (40) de chaleur destiné à préchauffer un combustible destiné à assurer le fonctionnement de la chaudière par échange thermique avec le flux d'air sortant du premier échangeur (30) de chaleur. 13. Installation according to claim 12, wherein said installation further comprises a second heat exchanger (40) intended to preheat a fuel intended to ensure the operation of the boiler by heat exchange with the air flow leaving the first exchanger ( 30) of heat.
14. Installation selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle ladite installation comprend un module d'injection haute pression destiné à injecter un co-digestat à haute pression dans le réacteur de gazéification en eau supercritique (10). 14. Installation according to claim 12 or 13, wherein said installation comprises a high pressure injection module intended to inject a high pressure co-digestate into the supercritical water gasification reactor (10).
15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle un troisième échangeur (50) de chaleur est disposé entre le module d'injection haute pression et le réacteur de gazéification en eau supercritique (10), le troisième échangeur (50) étant agencé pour permettre un préchauffage du co-digestat par échange thermique entre ce dernier et le flux supercritique (FS) issu du réacteur de gazéification en eau supercritique (10). 15. Installation according to claim 14, wherein a third heat exchanger (50) is arranged between the high pressure injection module and the supercritical water gasification reactor (10), the third exchanger (50) being arranged to allow preheating of the co-digestate by heat exchange between the latter and the supercritical flow (FS) from the supercritical water gasification reactor (10).
16. Installation selon la revendication 15, dans laquelle ladite installation comprend en outre un module de séparation haute pression (70) destiné à collecter le flux supercritique (FS) à l'issue de la phase d'échange thermique dans troisième échangeur (50), et à séparer les espèces gazeuses de la phase aqueuse. 16. Installation according to claim 15, wherein said installation further comprises a high pressure separation module (70) intended to collect the supercritical flow (FS) at the end of the heat exchange phase in the third exchanger (50). , and in separating the gaseous species from the aqueous phase.
17. Installation selon la revendication 16, dans laquelle l'installation comprend un quatrième échangeur de chaleur, disposé entre le troisième échangeur (50) et le module de séparation haute pression (70), destiné à chauffer un premier flux d'eau par échange thermique avec le flux supercritique (FS). 17. Installation according to claim 16, wherein the installation comprises a fourth heat exchanger, arranged between the third exchanger (50) and the high pressure separation module (70), intended to heat a first flow of water by exchange. thermal with supercritical flux (FS).
18. Installation selon la revendication 16 ou 17, dans laquelle l'installation comprend un module de séparation à basse pression destiné à collecter la phase aqueuse issue du module de séparation haute pression (70) et séparer des espèces gazeuses résiduelles de ladite phase aqueuse. 18. Installation according to claim 16 or 17, wherein the installation comprises a low pressure separation module intended to collect the aqueous phase from the high pressure separation module (70) and separate residual gaseous species from said aqueous phase.
19. Installation selon l'une des revendications 12 à 18 et la revendication 15, dans laquelle le troisième échangeur (50) est également destiné à séparer extraire de la matière minérale comprise dans le co-digestat et l'évacuer via une conduite d'évacuation sous forme de saumure. 19. Installation according to one of claims 12 to 18 and claim 15, wherein the third exchanger (50) is also intended to separate extract the mineral matter included in the co-digestate and evacuate it via a pipe. discharge in the form of brine.
20. Installation selon la revendication 19, dans laquelle ladite installation comprend un cinquième échangeur de chaleur destiné à chauffer un deuxième flux d'eau par échange thermique avec la saumure. 20. Installation according to claim 19, wherein said installation comprises a fifth heat exchanger intended to heat a second flow of water by heat exchange with the brine.
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