WO2024008729A1 - Dispositif d'injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés. - Google Patents

Dispositif d'injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés. Download PDF

Info

Publication number
WO2024008729A1
WO2024008729A1 PCT/EP2023/068414 EP2023068414W WO2024008729A1 WO 2024008729 A1 WO2024008729 A1 WO 2024008729A1 EP 2023068414 W EP2023068414 W EP 2023068414W WO 2024008729 A1 WO2024008729 A1 WO 2024008729A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
salts
injection device
temperature
salt separator
envelope
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/068414
Other languages
English (en)
Inventor
Frédéric DUCROS
Thierry Chataing
Hary DEMEY CEDENO
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Publication of WO2024008729A1 publication Critical patent/WO2024008729A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/008—Liquid distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/009—Heating or cooling mechanisms specially adapted for settling tanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/02—Settling tanks with single outlets for the separated liquid
    • B01D21/04—Settling tanks with single outlets for the separated liquid with moving scrapers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0018—Evaporation of components of the mixture to be separated
    • B01D9/0031—Evaporation of components of the mixture to be separated by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/005—Selection of auxiliary, e.g. for control of crystallisation nuclei, of crystal growth, of adherence to walls; Arrangements for introduction thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0059—General arrangements of crystallisation plant, e.g. flow sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1806—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a turbulent flow of the reactants, such as in centrifugal-type reactors, or having a high Reynolds-number
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/20—Stationary reactors having moving elements inside in the form of helices, e.g. screw reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/008—Processes carried out under supercritical conditions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/006—Water distributors either inside a treatment tank or directing the water to several treatment tanks; Water treatment plants incorporating these distributors, with or without chemical or biological tanks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00103—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor in a heat exchanger separate from the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F2001/5218—Crystallization
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/02—Fluid flow conditions
    • C02F2301/026—Spiral, helicoidal, radial

Definitions

  • the present invention generally relates to salt separators and more particularly those intended to be used in an installation for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feed, in particular under a supercritical fluid, for the production of a gas mixture.
  • load of carbonaceous material we mean here and in the context of the invention any material containing a quantity of carbon, in particular any carbonaceous material from residues.
  • biomass that is to say any inhomogeneous material of plant origin containing carbon, such as lignocellulosic biomass, forestry or agricultural residues (straw), which can be almost dry or soaked in water such as household waste or waste resulting from water purification such as sewage treatment plant sludge.
  • supercritical fluid we mean here and in the context of the invention, the usual meaning, namely a pressure and a temperature beyond which the fluid is in a supercritical state. Its behavior becomes intermediate between the liquid state and the gaseous state: its density is that of a liquid, but its low viscosity is similar to that of a gas.
  • “supercritical water” is meant the usual meaning, that is to say water at temperatures above 374°C under a pressure above 22.1 MPa.
  • a salt separator according to the invention can be implemented in numerous applications, and particularly in the industrial fields of agri-food, chemistry, energy, including the oil sector and the transport sector,. . .for which a separation of salts from an aqueous fluid mixture is required.
  • a salt separator according to the invention is suitable for the separation of salts initially present in aqueous solutions with or without organic matter.
  • a salt separator according to the invention is advantageously used in a thermochemical conversion installation of wet carbon resources, such as supercritical water gasification.
  • the gasification of biomass and coal has been known for a long time.
  • it can be defined as a thermochemical transformation of biomass or coal by the action of heat in the presence of gasifying agents.
  • lignocellulosic biomass gasification processes make it possible to generate a gas rich in methane or hydrogen.
  • thermochemical processes The separation and recovery of inorganic constituents present in the feed stream of the reactors which implement these thermochemical processes are crucial, because these constituents can lead to blockage of the installation, fouling and poisoning of the catalyst gasification. Additionally, salt recovery offers the opportunity to produce fertilizer as a valuable by-product.
  • FIG. 1 reproduces a salt separator as disclosed in publication [1], as it was envisaged for the gasification of biomass with supercritical water.
  • This separator 1 comprises, as a biomass injection device, a cylindrical tube 10 with an injection orifice 11 through which the biomass is injected, and an outlet orifice 12 through which the biomass is discharged into a chamber interior C delimited by a double-walled enclosure 2 20, 21 of which the exterior 21, thermally insulating, integrates heating elements 22 which thus heats the chamber C and the injection tube 10.
  • wet biomass When the wet biomass is introduced into tube 10, it is gradually brought to a temperature of approximately 450°C: precipitation occurs almost instantly as soon as the temperature reached causes a reduction in the solubility of the salts, leading to separation.
  • wet biomass in various phases, in particular solids in a separation zone S within the chamber C.
  • this separation zone S In the configuration installed vertically of the separator, the mixture of biomass/water/salts and other solids, this separation zone S generates a gravity separation into a brine very loaded with salts and a solution depleted in salts.
  • a resolubilization zone R immediately below the separation zone S allows the resolubilization of the salts which are therefore evacuated by gravity in the form of brine through the outlet orifice 23 drilled in the bottom 24 of the separator, and this without mixing with the part of the effluents which rises in the chamber C to be evacuated through the outlet orifice 25 towards a gasification reactor, not shown.
  • Such gravity separators are also described in publications [2] and [3]: they are used for inorganic fluids and salt deposits for hydrothermal gasification. For the same application, there are also cyclonic separators.
  • a gravity separator operates satisfactorily when the phases in question turn out to be denser than the carrier medium and according to a grain size distribution allowing gravity separation and brine-type behavior, salts which we qualify as type I in this case.
  • salts precipitate in particles so small (micro or nano-particles) that they do not sediment.
  • the scrapers used can be rotary, for example of the endless screw or blade type, or even oscillating of the piston type, for example with plates, annular or not.
  • the actuation of the scraper, rotary or oscillating piston type is generally operated by an electric motor.
  • Patent application US 2012/214977 describes a scraper for ultrafiltration applications. Specific scrapers have also been considered for viscous fluids: https://www.hrsasia.co.in/heat-exchanger-specialists/scraped-surface-heat-exchanger/.
  • the aim of the invention is to respond at least in part to this need.
  • the invention relates to an injection device for a salt separator, comprising:
  • an envelope comprising an injection orifice through which a solution containing one or more salts is intended to be injected, and an outlet orifice through which the solution is intended to be evacuated, the internal wall of the envelope being adapted to be heated to a temperature greater than or equal to the precipitation temperature of the salts,
  • the precipitation temperature of the salts can be greater than or equal to 374°C under a pressure greater than 22.1 MPa.
  • the precipitation temperature of the salts is substantially equal to 450° C. under a pressure greater than 22.1 MPa.
  • the device comprises a single rotor in the form of a helical endless screw which rotates inside the casing, fixed constituting a stator whose internal wall is of cylindrical shape.
  • the device comprises two rotors in the form of rollers, with straight or helical teeth, mounted in mesh with one another.
  • the other in the envelope, fixed constituting a stator whose internal wall is in shape delimited by two half-cylinders connected together by a straight parallelepiped.
  • the device comprises two rotors in the form of rollers, with straight or helical teeth, mounted spaced apart from one another in the casing, movable constituting a belt whose internal wall is of delimited shape by two half-cylinders connected together by a straight parallelepiped and is notched with straight or helical grooves engaging with the rollers.
  • the envelope is advantageously made of a metallic material adapted to the operating conditions of temperature and pressure: it can be made of Inconel®, stainless steel or others.
  • the envelope includes heating means for heating its internal wall to a temperature greater than or equal to the precipitation temperature of the salts.
  • - heating resistors in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source and integrated into the thickness of the envelope to heat its internal wall to the temperature greater than or equal to the precipitation temperature of the salts,
  • the device advantageously comprises mechanical means for rotating the rotor(s) actuated by at least one motor and/or a pressurized drive fluid circuit.
  • the mechanical means for rotating the rotor(s) consist of a mechanical coupling shaft or a hydraulic turbine of the Pelton or Francis type.
  • the invention also relates to a salt separator for separating salts from a solution containing them, the salt separator comprising: - an injection device as described above;
  • an enclosure delimiting an interior chamber including a separation zone of the precipitated salts into which the outlet orifice of the injection device opens, the enclosure comprising: a cover to which the envelope of the device is fixed or made entirely and through in which the injection orifice is pierced and the rotor mounted to rotate, at least one side wall pierced with at least one outlet orifice through which the solution devoid of precipitated salts is intended to be evacuated, and a bottom pierced with at least one outlet orifice through which the precipitated salts are intended to be discharged in the form of brine.
  • the separator comprises a cooling wall, called a transpiring wall, arranged inside the enclosure at the level of the separation zone, to cool the solution extracted from the outlet orifice of the injection device.
  • a cooling wall called a transpiring wall
  • the invention also relates to a biomass gasification installation comprising:
  • a gasification reactor connects to the salt separator enclosure to be supplied with salt-free biomass.
  • the envelope of the salt separator injection device integrates in its thickness part of the circuit for recovering the effluents obtained at the reactor outlet, as a heat transfer fluid circuit to heat its internal wall to the temperature greater than or equal to the precipitation temperature of the salts.
  • the temperature of the biomass at the injection orifice of the injection device is lower by around 20°C than the precipitation temperature of the salts, the temperature of the biomass at the the outlet orifice of the salt separator being around 20°C higher than the precipitation temperature of the salts.
  • the operating temperature of the reactor is approximately 600° C. and the operating pressure of the reactor is approximately 300 bars.
  • the invention essentially consists of producing a device for injecting a solution, preferably to be converted thermochemically, which is brought under conditions supercritical, with at least one rotor which, through its rotation, will continuously generate friction.
  • a solution preferably to be converted thermochemically, which is brought under conditions supercritical, with at least one rotor which, through its rotation, will continuously generate friction.
  • the operation of the salt separator which integrates such a device, firstly allows the solution to be converted to be heated to a temperature guaranteeing the precipitation of the salts and their separation by the friction induced by the rotor(s), then to separate the solution to be converted into a flow depleted in salts which is evacuated from the separator to be directed towards a conversion reactor, in particular a gasification reactor, and into a flow loaded with salts to be extracted in the form of a brine.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal sectional view of a salt separator according to the state of the art.
  • FIG 2 is a cutaway perspective view of an example of a wet biomass injection device according to the invention.
  • FIGs 3 A, 3B and 3C illustrate in perspective view different other embodiments of a wet biomass injection device according to the invention.
  • Figure 4 is a perspective and transparency view of an example of a salt separator integrating an injection device according to the invention.
  • FIG 5 is a perspective view of a salt separator integrating an injection device according to another embodiment of the invention.
  • FIG 6 Figure 6 is a perspective view of a salt separator integrating an injection device according to another embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a synoptic view of a wet biomass gasification installation integrating a salt separator according to the invention.
  • FIG 2 there is shown an injection device 10 according to the invention intended to be integrated into a salt separator.
  • This device 10 firstly comprises an envelope 100, typically made of metal, the internal wall of the envelope of which is adapted to be heated to a temperature greater than or equal to the precipitation temperature of the salts contained in a wet biomass that the we seek to convert, advantageously in a gasification installation like the one detailed below.
  • the envelope 100 comprises an injection orifice 11 through which the wet biomass containing salts is injected, and an outlet 12 through which it is evacuated.
  • the envelope 100 is fixed and thus constitutes a stator whose internal wall is cylindrical in shape.
  • a single rotor 101 in the form of a helical endless screw is rotatably mounted inside the casing 100 so that the rotation of the rotor generates spaces of variable volumes which push the biomass towards the outlet orifice 12, while generating scraping friction of the rotor directly with the heated internal wall of the stator 100 and/or with any deposit of solid material including precipitated salts, likely to form.
  • Heating resistors 102 in the form of cartridges, intended to be powered by an external electrical power source are advantageously integrated into the thickness of the envelope 100 to heat its internal wall to the temperature greater than or equal to the precipitation temperature of the salts.
  • These may be cylindrical cartridges of small diameter, typically equal to 3.15mm, such as those marketed by the Omega company: https://www.omega.fr/subsection/cartouches-chauffantes.html.
  • Figures 3 A and 3B each illustrate a variant embodiment of an injection device 10.
  • Two rotors 101 in the form of rollers with straight (Figure 3A) or helical (Figure 3B) teeth are mounted in mesh with one another with the other in the stator 100, the internal wall of which has a shape delimited by two half-cylinders connected together by a straight parallelepiped.
  • Figure 3C illustrates another variant where the two toothed rollers 101, mounted spaced apart from each other in the casing 100 which is movable. More precisely, the envelope 100 constitutes a belt whose internal wall is of shape delimited by two half-cylinders connected together by a straight parallelepiped and is notched with straight or helical grooves engaging with the rollers.
  • Figure 4 illustrates a salt separator 1 integrating a device 10 as shown in Figure 2.
  • Enclosure 2 delimits an interior chamber C including a zone S for separating precipitated salts into which the outlet 12 of the injection device opens.
  • the cover 26 of the enclosure is pierced with the injection orifice 11 and supports the rotor 101 which is mounted there to rotate.
  • the enclosure 2 has a double metal wall 20, 21, which is pierced with one or more outlet orifices 25 through which the biomass without the precipitated salts is intended to be evacuated.
  • the bottom 24 of the enclosure is pierced with an outlet 23 through which the precipitated salts are intended to be evacuated in the form of brine.
  • Figures 5 and 6 illustrate examples of salt separator 1 which each integrate a device 10 as according to Figure 3B and which are in their configuration installed respectively vertically and horizontally.
  • the double envelope 20, 21 integrates a breathable wall 200 arranged at the level of the separation zone S, to cool the biomass extracted from the outlet orifice 12 of the injection device 10.
  • Figure 7 illustrates a wet biomass gasification installation 3 which integrates a salt separator 1 according to the invention.
  • T- salt precipitation temperature, typically around 450°C, reduced by 20°C, thus corresponds to a state of salts solubilized at the pressure retained
  • T+ precipitation temperature of the salts, typically around 450°C, increased by 20°C, thus corresponds to a state of the salts precipitated at the pressure retained
  • Tg gasification temperature of biomass, typically around 600°C.
  • This installation 3 includes from upstream to downstream in the direction of the circulation of biomass to be gasified:
  • heat exchanger 4 which can be standard in the management of non-sticky viscous fluid and optimized for heat recovery between ambient temperature and maximum temperature T-.
  • a salt separator 1 connected downstream to the heat exchanger 4, which makes it possible to go from T- to T+ and to evacuate the biomass effluent without salts while separating the salts in the form of brine,
  • the gasification reactor 6 is typically a tube-and-shell reactor and operates at 600°C under pressure of 300 bar.
  • the solid lines symbolize the material flows before gasification, respectively at a cold (ambient) temperature at the inlet of the exchanger 4, at a temperature close to T-/T+ at the outlet of the exchanger 4, then at the required gasification temperature Tg from the outlet of separator 1.
  • the dotted lines represent the post-gasification material flows which exit at the temperature Tg of the reactor, pass into a heating circuit within the envelope 2 at this temperature Tg, in order to heat the biomass which enters the separator 1, then pass back into the heat exchanger 4 to be cooled.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'injection d'une solution qui est portée dans des conditions supercritiques, avec au moins un rotor qui va par sa rotation générer des frottements en continu. Ainsi les diverses surfaces en mouvement s'auto-raclent et raclent les parois de l'enveloppe de confinement de sorte que les sels ne colmatent pas. Toutes les phases qui peuvent apparaitre au sein de la solution, dont certaines sont potentiellement encrassantes car collantes aux parois, notamment les sels contenus sont éliminés car ablatées par les frottements.

Description

Description
Titre : Dispositif d’injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, Séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés.
Domaine technique
La présente invention concerne de manière générale les séparateurs de sels et plus particulièrement ceux destinés à être mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique d’une charge de matière carbonée, notamment sous fluide supercritique, pour la production d'un mélange gazeux.
Par « charge de matière carbonée », on entend ici et dans le cadre de l’invention toute matière contenant une quantité de carbone, en particulier toute matière carbonée de résidus.
Il peut donc s'agir de biomasse, c'est-à-dire tout matériau inhomogène d'origine végétale contenant du carbone, tel que de la biomasse ligno-cellulosique, des résidus forestiers ou agricoles (paille), qui peut être quasi-sec ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers ou de déchets résultants de l’assainissement des eaux comme les boues de station d’épuration.
Il peut aussi s'agir d'un combustible d'origine fossile, tel que le charbon.
Il peut aussi s'agir de déchets combustibles d'origine industrielle, en particulier de l’industrie agroalimentaire, contenant du carbone, tel que des matières plastiques ou des pneumatiques usagés, des huiles usagées, les solvants organiques
II peut aussi s'agir d'une combinaison de biomasse et de combustible d'origine fossile.
Par « fluide supercritique », on entend ici et dans le cadre de l’invention, le sens usuel, à savoir une pression et une température au-delà desquelles le fluide se trouve dans un état supercritique. Son comportement devient intermédiaire entre l'état liquide et l'état gazeux: sa masse volumique est celle d'un liquide, mais sa faible viscosité s'apparente à celle d'un gaz.
Ainsi, par « eau supercritique », il est entendu le sens usuel, c’est-à-dire de l'eau à des températures supérieures à 374°C sous une pression supérieure à 22,1 MPa.
Bien que décrite en référence à une application privilégiée de gazéification d’une charge de matière carbonée sous eau supercritique, un séparateur de sels selon l’invention peut être mis en œuvre dans de nombreuses applications, et tout particulièrement dans les domaines industriels de l'agroalimentaire, de la chimie, de l'énergie, dont le secteur pétrolier et le secteur des transports, . . .pour lesquelles une séparation de sels d’un mélange fluide aqueux est requis.
De manière générale, un séparateur de sels selon l’invention convient à la séparation de sels initialement présents dans des solutions aqueuses avec ou sans matière organique.
Plus spécifiquement, un séparateur de sels selon l’invention est avantageusement mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique de ressources carbonées humides, telle que la gazéification en eau supercritique.
Technique antérieure
Bon nombre de procédés existants permettent de convertir par voie thermochimique une charge carbonée en combustibles liquides (biocarburants, biochar), solides (granulés), et gazeux (biogaz, méthane, syngas, hydrogène).
Parmi ceux-ci, la gazéification de la biomasse et du charbon est connue depuis longtemps. De manière générale, on peut la définir comme une transformation thermochimique de la biomasse ou du charbon par l’action de la chaleur en présence d’agents gazéifiant. On cherche à générer, à l’issue de la gazéification, un mélange de gaz.
Ainsi, les procédés de gazéification de la biomasse ligno-cellulosique permettent de générer un gaz riche en méthane ou hydrogène.
La séparation et la récupération des constituants inorganiques présents dans le flux d'alimentation des réacteurs qui mettent en œuvre ces procédés thermochimiques sont cruciales, car ces constituants peuvent conduire au blocage de l'installation, à l'encrassement et à l'empoisonnement du catalyseur de gazéification. De plus, la récupération des sels offre la possibilité de produire un engrais en tant que sous-produit précieux.
De nombreux articles dans la littérature montrent que la séparation des sels dans un procédé de conversion thermochimique est d'une importance majeure pour l'efficacité réel du procédé global et pour la durée de vie de l’installation afférente. Néanmoins, l'inconvénient des séparateurs de sel connus jusqu'à présent est que la séparation du sel n'est toujours pas satisfaisante ou, bien que satisfaisante, nécessite des apports d’énergie thermique ou mécanique trop élevées ou que les sels soient associés à une part importante de matière organique. De plus, le colmatage et les dépôts sont un problème majeur dans de tels séparateurs de sel.
Plus particulièrement, divers articles scientifiques s’intéressent à la dynamique de la précipitation des sels en conditions d’hydrogénations supercritiques, qui permet de séparer des sels présents initialement d’une solution aqueuse contenant une matière organique.
La figure 1 reproduit un séparateur de sels tel que divulgué dans la publication [1], tel qu’il a été envisagé pour la gazéification de biomasse à l'eau supercritique. Ce séparateur 1 comprend en tant que dispositif d’injection de la biomasse, un tube cylindrique 10 avec un orifice d’injection 11 à travers lequel la biomasse est injectée, et un orifice de sortie 12 à travers lequel la biomasse est évacuée dans une chambre intérieure C délimitée par une enceinte 2 à double -paroi 20, 21 dont celle extérieure 21, isolante thermiquement, intègre des éléments de chauffe 22 qui chauffe ainsi la chambre C et le tube d’injection 10.
Lorsque la biomasse humide est introduite dans le tube 10, elle est portée progressivement à une température d’environ 450°C : la précipitation s’opère quasi -instantanément dès que la température atteinte entraine une diminution de la solubilité des sels, entrainant la séparation de la biomasse humide en diverses phases, notamment solides dans une zone de séparation S au sein de la chambre C.
Dans la configuration installée à la verticale du séparateur, le mélange biomasse/eau/sels et autres solides, cette zone de séparation S génère une séparation gravitaire en une saumure très chargée en sels et une solution appauvrie en sels. Une zone de resolubilisation R, immédiatement en-dessous de la zone de séparation S permet la resolubilisation des sels qui sont donc évacués par gravité sous forme de saumure par l’orifice de sortie 23 percé dans le fond 24 du séparateur, et ce sans mélange avec la partie des effluents qui remonte dans la chambre C pour être évacuée par l’orifice de sortie 25 vers un réacteur de gazéification, non représenté.
De tels séparateurs gravitaires sont aussi décrits dans les publications [2] et [3] : ils sont mis en œuvre pour des fluides inorganiques et des dépôts de sels pour la gazéification hydro thermale. Pour une même application, il existe également des séparateurs cycloniques.
Globalement, un séparateur gravitaire fonctionne de manière satisfaisante lorsque les phases enjeu s’avèrent plus denses que le milieu porteur et selon une distribution de taille de grains permettant une séparation gravitaire et un comportement de type saumure, sels que l’on qualifie de type I dans ce cas.
Or, dans certains cas, les sels précipitent en particules si petites (micro ou nano-particules), qu’elles ne sédimentent pas.
Dans d’autres cas, la séparation gravitaire n’est pas aisée, comme le précise la publication [3]. Ainsi, le passage de la matière carbonée humide dans des conditions sous critiques à des conditions supercritiques peut s’accompagner de l’apparition de phases solides très collantes, sous la forme de sels que l’on qualifie de type II. Ces sels de type II peuvent s’accumuler sur les parois internes de la chambre intérieure du séparateur et le cas échéant colmater le tube d’injection 10 du séparateur comme montré à la figure 1.
Pour éviter une telle accumulation néfaste de sels II, on pourrait envisager d’appliquer des solutions connues, mises en œuvre dans les échangeurs de chaleur de type à surface raclée. De tels échangeurs sont notamment utilisés dans les procédés encrassant, c’est-à-dire lorsque les parois des échangeurs peuvent être le siège de phénomènes d'encrassement des parois impliquées dans les transferts thermiques, i.e. avec dépôt de matières indésirables.
A titre d'exemples, les racleurs utilisés peuvent être rotatifs, par exemple de type vis sans fin ou à pales, ou bien encore oscillants de type piston, par exemple avec des plateaux, annulaires ou non. L'actionnement du racleur, rotatif ou oscillant de type piston, est généralement opéré par un moteur électrique.
Des racleurs pour des échangeurs thermiques ont en particulier été envisagés pour des réacteurs d'oxydation supercritique, comme décrite dans les brevets US 5,100,560A, US6,054,057 A et US5, 461,648 A.
La demande de brevet US 2012/214977 décrit un racleur pour des applications d’ultrafiltration. Des racleurs spécifiques ont également été envisagés pour des fluides visqueux : https://www.hrsasia.co.in/heat-exchanger-specialists/scraped-surface-heat- exchanger/.
Dans le domaine des fluides organiques, d’autres solutions de désencrassement ont été déjà envisagées, parmi lesquelles on peut citer :
- la mise en vibration de pièces par pulsation de pression, comme décrit dans la demande US2008/0073063A1, - des traitements chimiques, comme celui de la demande de brevet CA 2119056.
Toutes ces solutions ne conviennent pas à la problématique d’accumulation de sels de type II sur les parois, qui en outre peut éventuellement se produire sur les racleurs eux-mêmes.
Il existe donc un besoin pour trouver une solution qui permette de mieux contrôler l’élimination de sels, en particulier de type II, présents dans une solution, notamment une solution destinée à subir un traitement thermochimique de conversion telle que de la biomasse humide destinée à être gazéifier.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne un dispositif d’injection pour un séparateur de sels, comprenant :
- une enveloppe comprenant un orifice d’injection par lequel une solution contenant un ou des sels est destinée à être injecté, et un orifice de sortie par lequel la solution est destinée à être évacuée, la paroi interne de l’enveloppe étant adaptée pour être chauffée à une température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels,
- au moins un rotor monté en rotation à l’intérieur de l’enveloppe de sorte que la rotation du rotor génère des espaces de volumes variables qui poussent la solution vers l’orifice de sortie, tout en générant des frottements de raclage du rotor directement avec la paroi interne chauffée de l’enveloppe et/ou avec tout dépôt de matière solide dont les sels précipités, susceptible de se former.
La température de précipitation des sels peut être supérieure ou égale à 374°C sous une pression supérieure à 22,1 MPa. De préférence, la température de précipitation des sels est sensiblement égale à 450°C sous une pression supérieure à 22,1 MPa.
Selon un premier mode de réalisation, le dispositif comprend un unique rotor sous la forme d’une vis sans fin hélicoïdal qui tourne à l'intérieur de l’enveloppe, fixe constituant un stator dont la paroi interne est de forme cylindrique.
Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif comprend comprenant deux rotors sous la forme de rouleaux, à denture droite ou hélicoïdale, montés en engrènement l’un avec l’autre dans l’enveloppe, fixe constituant un stator dont la paroi interne est de forme délimitée par deux demi-cylindres reliés entre eux par un parallélépipède droit.
Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif comprend deux rotors sous la forme de rouleaux, à denture droite ou hélicoïdale, montés espacés l’un de l’autre dans l’enveloppe, mobile constituant une courroie dont la paroi interne est de forme délimitée par deux demi- cylindres reliés entre eux par un parallélépipède droit et est crantée avec des rainures droites ou hélicoïdale en prise avec les rouleaux.
L’enveloppe est avantageusement réalisée dans une matière métallique adaptée aux conditions opératoires de température et de pression : elle peut être en Inconel®, en acier inoxydable ou autres.
L’enveloppe comprend des moyens de chauffage pour chauffer sa paroi interne à une température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.
Pour les moyens de chauffage de l’enveloppe, on peut envisager plusieurs alternatives qui peuvent se cumuler l’une avec l’autre :
- des moyens de chauffage externe agencés autour de l’enveloppe pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels,
- des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe et intégrées dans l’épaisseur de l’enveloppe pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels,
- un circuit de fluide caloporteur réalisé dans l’épaisseur de l’enveloppe pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels. Le dispositif comprend avantageusement des moyens mécaniques de mise en rotation du(des) rotor(s) actionnés par au moins un moteur et/ou un circuit de fluide d’entraînement pressurisé. De préférence, les moyens mécaniques de mise en rotation du(des) rotor(s) sont constitués par un arbre d’ accouplement mécanique ou une turbine hydraulique de type Pelton ou Francis. On pourra se reporter à la demande de brevet EP3839405 pour la mise en œuvre d’une solution hydraulique de mise en rotation du rotor.
L’invention a également pour objet un séparateur de sels pour séparer les sels d'une solution les contenant, le séparateur de sel comprenant : - un dispositif d’injection tel que décrit précédemment;
- une enceinte délimitant une chambre intérieure dont une zone de séparation des sels précipités dans laquelle débouche l’orifice de sortie du dispositif d’injection, l’enceinte comprenant : un couvercle auquel est fixée ou réalisé intégralement l’enveloppe du dispositif et à travers lequel l’orifice d’injection est percé et le rotor monté en rotation, au moins une paroi latérale percée d’au moins un orifice de sortie par lequel la solution dénuée des sels précipités est destinée à être évacuée, et un fond percé d’au moins un orifice de sortie par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure.
Avantageusement, le séparateur comprend une paroi de refroidissement, dite paroi transpirante, agencée à l’intérieur de l’enceinte au niveau de la zone de séparation, pour refroidir la solution extraite de l’orifice de sortie du dispositif d’injection.
L’invention a encore pour objet une installation de gazéification de biomasse comprenant :
- un séparateur de sels tel que décrit précédemment ;
- un réacteur de gazéification relie à l’enceinte du séparateur de sels pour être alimenté en biomasse dénuée de sels.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’enveloppe du dispositif d’injection du séparateur de sels intègre dans son épaisseur une partie du circuit de récupération des effluents obtenus en sortie de réacteur, en tant que circuit de fluide caloporteur pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, la température de la biomasse à l’orifice d’injection du dispositif d’injection est inférieure de l’ordre de 20°C de la température de précipitation des sels, la température de la biomasse à l’orifice de sortie du séparateur de sels étant supérieure de l’ordre de 20°C de la température de précipitation des sels.
Avantageusement, la température de fonctionnement du réacteur est d'environ 600°C et la pression de fonctionnement du réacteur est d'environ 300 bars.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement à réaliser un dispositif d’injection d’une solution, de préférence à convertir thermochimiquement, qui est portée dans des conditions supercritiques, avec au moins un rotor qui va par sa rotation générer des frottements en continu. Ainsi les diverses surfaces en mouvement s’auto-raclent et raclent les parois de l’enveloppe de confinement de sorte que les sels ne colmatent pas.
Toutes les phases qui peuvent apparaitre au sein de la solution, dont certaines sont potentiellement encrassantes car collantes aux parois, notamment les sels contenus sont éliminés car ablatées par les frottements.
Le fonctionnement du séparateur de sels qui intègre un tel dispositif, permet en premier lieu de réchauffer la solution à convertir jusqu’à une température garantissant la précipitation des sels et leur séparation par les frottements induites par le(s) rotor(s), puis de séparer la solution à convertir en un flux appauvri en sels qui est évacué du séparateur pour être dirigé vers un réacteur de conversion, notamment un réacteur de gazéification, et en un flux chargé en sels à extraire sous la forme d’une saumure.
D’autre avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.
Brève description des dessins
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un séparateur de sels selon l’état de l’art.
[Fig 2] la figure 2 est une vue en perspective avec arraché d’un exemple de dispositif d’injection de biomasse humide selon l’invention.
[Fig 3A], [Fig 3B], [Fig 3C] les figures 3 A, 3B et 3C illustrent en vue en perspective différents autres modes de réalisation d’un dispositif d’injection de biomasse humide selon l’invention.
[Fig 4] la figure 4 est une vue en perspective et par transparence d’un exemple de séparateur de sels intégrant un dispositif d’injection selon l’invention.
[Fig 5] la figure 5 est une vue en perspective d’un séparateur de sels intégrant un dispositif d’injection selon un autre mode de réalisation de l’invention.
[Fig 6] la figure 6 est une vue en perspective d’un séparateur de sels intégrant un dispositif d’injection selon un autre mode de réalisation de l’invention. [Fig 7] la figure 7 est une vue synoptique d’une installation de gazéification de biomasse humide intégrant un séparateur de sels selon l’invention.
Description détaillée
Par souci de clarté, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques selon l’état de l’art et selon l’invention.
On précise que dans l’ensemble de la demande, les termes « entrée », « sortie », « amont », «aval » sont à comprendre en relation avec le sens de la circulation du fluide considéré au sein d’un dispositif d’injection, d’un séparateur de sels et d’une installation de gazéification selon l’invention.
La figure 1 relative à un séparateur de sels selon l’état de l’art a déjà été commentée en préambule. Elle ne le sera donc pas ci-après.
En figure 2, on a représenté un dispositif d’injection 10 selon l’invention destiné à intégré dans un séparateur de sels.
Ce dispositif 10 comprend tout d’abord une enveloppe 100, typiquement en métal, dont la paroi interne de l’enveloppe est adaptée pour être chauffée à une température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels contenus dans une biomasse humide que l’on cherche à convertir, avantageusement dans une installation de gazéification comme celle détaillée par la suite.
L’enveloppe 100 comprend un orifice d’injection 11 à travers laquelle la biomasse humide contenant des sels est injectée, et un orifice de sortie 12 par lequel elle est évacuée.
Dans l’exemple de la figure 2, l’enveloppe 100 est fixe et constitue ainsi un stator dont la paroi interne est de forme cylindrique.
Un unique rotor 101 sous la forme d’une vis sans fin hélicoïdale est montée en rotation à l’intérieur de l’enveloppe 100 de sorte que la rotation du rotor génère des espaces de volumes variables qui poussent la biomasse vers l’orifice de sortie 12, tout en générant des frottements de raclage du rotor directement avec la paroi interne chauffée du stator 100 et/ou avec tout dépôt de matière solide dont les sels précipités, susceptible de se former.
Des résistances chauffantes 102, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe sont avantageusement intégrées dans l’épaisseur de l’enveloppe 100 pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels. Il peut s’agir de cartouches cylindriques de faible diamètre, typiquement égal à 3,15mm comme celles commercialisées par la société Omega : https://www.omega.fr/subsection/cartouches-chauffantes.html.
Les figures 3 A et 3B illustrent chacune une variante de réalisation d’un dispositif d’injection 10. Deux rotors 101 sous la forme de rouleaux à denture droite (figure 3A) ou hélicoïdale (figure 3B) sont montés en engrènement l’un avec l’autre dans le stator 100 dont la paroi interne est de forme délimitée par deux demi-cylindres reliés entre eux par un parallélépipède droit.
La figure 3C illustre une autre variante où les deux rouleaux dentés 101, montés espacés l’un de l’autre dans l’enveloppe 100 qui est mobile. Plus précisément, l’enveloppe 100 constitue une courroie dont la paroi interne est de forme délimitée par deux demi-cylindres reliés entre eux par un parallélépipède droit et est crantée avec des rainures droites ou hélicoïdale en prise avec les rouleaux.
La figure 4 illustre un séparateur de sels 1 intégrant un dispositif 10 comme selon la figure 2.
L’enceinte 2 délimite une chambre intérieure C dont une zone S de séparation des sels précipités dans laquelle débouche l’orifice de sortie 12 du dispositif d’injection.
Le couvercle 26 de l’enceinte est percé de l’orifice d’injection 11 et supporte le rotor 101 qui y est monté en rotation.
L’enceinte 2 est à double-paroi métallique 20, 21, qui est percée d’un ou plusieurs orifices de sortie 25 par lequel(lesquels) la biomasse sans les sels précipités est destinée à être évacuée.
Le fond 24 de l’enceinte est quant à lui percé d’un orifice de sortie 23 par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure.
Les figures 5 et 6 illustrent des exemples de séparateur de sels 1 qui intègrent chacun un dispositif 10 comme selon la figure 3B et qui sont dans leur configuration installée respectivement à la verticale et à l’horizontale. Sur ces figures 5 et 6, la double-enveloppe 20, 21 intègre une paroi transpirante 200 agencée au niveau de la zone de séparation S, pour refroidir la biomasse extraite de l’orifice de sortie 12 du dispositif d’injection 10.
Sur ces figures 5 et 6, est également illustrée une variante avantageuse de moyens mécaniques de mise en rotation des rotors 101 : leur extrémité en dehors de l’enceinte 2 est constituée par une turbine hydraulique de type Pelton ou Francis 104 qui sous l’action d’un fluide pressurisé F engendre la rotation des rotors 101. On pourra se reporter à la demande EP3839405 pour plus de détails.
La figure 7 illustre une installation 3 de gazéification de biomasse humide qui intègre un séparateur de sels 1 selon l’invention.
Sur cette figure 7, les différents symboles relatifs aux températures sont les suivants :
T- : température de précipitation des sels, typiquement aux environs de 450°C, diminuée de 20°C, correspond ainsi à un état sels solubilisés à la pression retenue,
T+: température de précipitation des sels, typiquement aux environs de 450°C, augmentée de 20°C, correspond ainsi à un état des sels précipités à la pression retenue
Tg : température de gazéification de la biomasse, typiquement aux environs de 600°C.
Cette installation 3 comprend d’amont en aval dans le sens de la circulation de biomasse à gazéifier :
- un échangeur de chaleur 4, qui peut être standard dans la gestion de fluide visqueux non collant et optimisé pour la récupération de chaleur entre la température ambiante et au maximum la température T-.
- un séparateur de sels 1, relié en aval à l’échangeur de chaleur 4, qui permet de passer de T- à T+ et d’évacuer les effluents de biomasse sans sels tout en séparant les sels sous forme de saumure,
- un séparateur haute pression 5, relié en aval au séparateur 1, pour séparer les sels précipités sous forme solide de l’eau de saumure,
- un réacteur de gazéification 6, relié en aval au séparateur de sels 1 pour gazéifier la biomasse sans sels à la température Tg. Le réacteur de gazéification 6 est typiquement un réacteur à tube-calandre et fonctionne à 600°C sous pression de 300 bar.
Sur cette figure è, les tracés pleins symbolisent les flux de matière avant la gazéification, respectivement à une température froide (ambiante) à l’entrée de l’échangeur 4, à une température proche de T-/T+ à la sortie de l’échangeur 4, puis à la température requise de gazéification Tg dès la sortie du séparateur 1.
Les tracés pointillés représentent quant à eux les flux matière post-gazéification qui sortent à la température Tg du réacteur, passent dans un circuit de chauffe au sein de l’enveloppe 2 à cette température Tg, afin de chauffer la biomasse qui entre dans le séparateur 1, puis passent en retour dans l’échangeur de chaleur 4 pour être refroidis.
Comme précisé sur cette figure 7, une fois refroidis, les effluents convertis par la gazéification (syngas) sont évacués de l’installation 3 vers un procédé de stockage ou d’exploitation directe.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
On peut envisager d’ajouter au dispositif selon l’invention une fonction de pompage pour pousser encore davantage la solution vers la sortie.
Liste des références citées
[1]: “A novel salt separator for the supercritical water gasification of biomass’', J Reimer, G. Peng, S. Viereck, E. De Boni, J. Breinl, F. Vogel, J. of Supercritical Fluids 117 (2016) 113-121.
[2]: “Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 1: Type 1 salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Vogel, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 99-112.
[3]: “Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 2. Type 2 salts and mixtures of two salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Voge, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 113-124.

Claims

Revendications
1. Dispositif d’injection (10) pour un séparateur de sels, comprenant :
- une enveloppe (100) comprenant un orifice d’injection (11) par lequel une solution contenant un ou des sels est destinée à être injecté, et un orifice de sortie (12) par lequel la solution est destinée à être évacuée, la paroi interne de l’enveloppe étant adaptée pour être chauffée à une température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels supérieure ou égale à 374°C sous une pression supérieure à 22,1 MPa,
- au moins un rotor (101) monté en rotation à l’intérieur de l’enveloppe de sorte que la rotation du rotor génère des espaces de volumes variables qui poussent la solution vers l’orifice de sortie, tout en générant des frottements de raclage du rotor directement avec la paroi interne chauffée de l’enveloppe.
2. Dispositif d’injection (10) selon la revendication 1, comprenant un unique rotor sous la forme d’une vis sans fin hélicoïdal qui tourne à l'intérieur de l’enveloppe, fixe constituant un stator dont la paroi interne est de forme cylindrique.
3. Dispositif d’injection (10) selon la revendication 1, comprenant deux rotors sous la forme de rouleaux, à denture droite ou hélicoïdale, montés en engrènement l’un avec l’autre dans l’enveloppe, fixe constituant un stator dont la paroi interne est de forme délimitée par deux demi-cylindres reliés entre eux par un parallélépipède droit.
4. Dispositif d’injection (10) selon la revendication 1, comprenant deux rotors sous la forme de rouleaux, à denture droite ou hélicoïdale, montés espacés l’un de l’autre dans l’enveloppe, mobile constituant une courroie dont la paroi interne est de forme délimitée par deux demi- cylindres reliés entre eux par un parallélépipède droit et est crantée avec des rainures droites ou hélicoïdale en prise avec les rouleaux.
5. Dispositif d’injection (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant des moyens de chauffage externe agencés autour de l’enveloppe pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.
6. Dispositif d’injection (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches (102), destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe et intégrées dans l’épaisseur de l’enveloppe pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.
7. Dispositif d’injection (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un circuit de fluide caloporteur réalisé dans l’épaisseur de l’enveloppe pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.
8. Dispositif d’injection (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant des moyens mécaniques de mise en rotation du(des) rotor(s) actionnés par au moins un moteur et/ou un circuit de fluide d’entraînement pressurisé.
9. Dispositif d’injection (10) selon la revendication 8, les moyens mécaniques de mise en rotation du(des) rotor(s) étant constitués par un arbre d’accouplement mécanique ou une turbine hydraulique de type Pelton ou Francis.
10. Séparateur de sels (1) pour séparer les sels d'une solution les contenant, le séparateur de sel comprenant :
- un dispositif d’injection (10) selon l’une des revendications 1 à 9;
- une enceinte (2) délimitant une chambre intérieure dont une zone de séparation des sels précipités dans laquelle débouche l’orifice de sortie du dispositif d’injection, l’enceinte comprenant :
• un couvercle (26) auquel est fixée ou réalisé intégralement l’enveloppe du dispositif et à travers lequel l’orifice d’injection est percé et le rotor monté en rotation,
• au moins une paroi latérale (20, 21) percée d’au moins un orifice de sortie (25) par lequel la solution dénuée des sels précipités est destinée à être évacuée, et
• un fond (24) percé d’au moins un orifice de sortie (23) par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure.
11. Séparateur de sels selon la revendication 10, comprenant une paroi de refroidissement (200), dite paroi transpirante, agencée à l’intérieur de l’enceinte au niveau de la zone de séparation, pour refroidir la solution extraite de l’orifice de sortie du dispositif d’injection.
12. Installation (3) de gazéification de biomasse comprenant :
- un séparateur de sels (1) selon la revendication 10 ou 11 ;
- un réacteur de gazéification (6) relié à l’enceinte du séparateur de sels pour être alimenté en biomasse dénuée de sels.
13. Installation selon la revendication 12, l’enveloppe du dispositif d’injection du séparateur de sels intégrant dans son épaisseur une partie du circuit de récupération des effluents obtenus en sortie de réacteur (10), en tant que circuit de fluide caloporteur pour chauffer sa paroi interne à la température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.
14. Installation selon la revendication 12 ou 13, la température de la biomasse à l’orifice d’injection du dispositif d’injection étant inférieure de l’ordre de 20°C de la température de précipitation des sels, la température de la biomasse à l’orifice de sortie du séparateur de sels étant supérieure de l’ordre de 20°C de la température de précipitation des sels.
15. Installation selon l’une des revendications 12 à 14, la température de fonctionnement du réacteur étant d'environ 600°C et la pression de fonctionnement du réacteur étant d'environ 300 bars.
PCT/EP2023/068414 2022-07-04 2023-07-04 Dispositif d'injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés. WO2024008729A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2206793A FR3137381A1 (fr) 2022-07-04 2022-07-04 Dispositif d’injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, Séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés.
FRFR2206793 2022-07-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024008729A1 true WO2024008729A1 (fr) 2024-01-11

Family

ID=83355446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/068414 WO2024008729A1 (fr) 2022-07-04 2023-07-04 Dispositif d'injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés.

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3137381A1 (fr)
WO (1) WO2024008729A1 (fr)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3704271A1 (de) * 1986-10-31 1988-05-05 List Heinz Waermetauscher mit taumelscheiben
US5100560A (en) 1991-05-31 1992-03-31 Abb Lummus Crest Inc. Apparatus and method for supercritical water oxidation
CA2119056A1 (fr) 1994-03-15 1995-09-16 Stuart D. Klatskin Methode destinee a empecher l'encrassement des laveurs d'air
US5461648A (en) 1994-10-27 1995-10-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Supercritical water oxidation reactor with a corrosion-resistant lining
US6054057A (en) 1997-09-26 2000-04-25 General Atomics Downflow hydrothermal treatment
US20080073063A1 (en) 2006-06-23 2008-03-27 Exxonmobil Research And Engineering Company Reduction of fouling in heat exchangers
US20120214977A1 (en) 2005-10-05 2012-08-23 Invensys Apv A/S Scraped surface heat exchanger and a method for producing whey protein concentrate
FR2979842A1 (fr) * 2011-09-09 2013-03-15 Commissariat Energie Atomique Procede de synthese en continu de nanoparticules en oxyde metallique par reaction hydrothermale en milieu supercritique
US9068031B2 (en) * 2010-12-29 2015-06-30 Lanxess International Sa Reactor and method for continuous polymerization
EP3839405A1 (fr) 2019-12-19 2021-06-23 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Echangeur thermique de type à surface raclée comportant un système d actionnement hydraulique

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3704271A1 (de) * 1986-10-31 1988-05-05 List Heinz Waermetauscher mit taumelscheiben
US5100560A (en) 1991-05-31 1992-03-31 Abb Lummus Crest Inc. Apparatus and method for supercritical water oxidation
CA2119056A1 (fr) 1994-03-15 1995-09-16 Stuart D. Klatskin Methode destinee a empecher l'encrassement des laveurs d'air
US5461648A (en) 1994-10-27 1995-10-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Supercritical water oxidation reactor with a corrosion-resistant lining
US6054057A (en) 1997-09-26 2000-04-25 General Atomics Downflow hydrothermal treatment
US20120214977A1 (en) 2005-10-05 2012-08-23 Invensys Apv A/S Scraped surface heat exchanger and a method for producing whey protein concentrate
US20080073063A1 (en) 2006-06-23 2008-03-27 Exxonmobil Research And Engineering Company Reduction of fouling in heat exchangers
US9068031B2 (en) * 2010-12-29 2015-06-30 Lanxess International Sa Reactor and method for continuous polymerization
FR2979842A1 (fr) * 2011-09-09 2013-03-15 Commissariat Energie Atomique Procede de synthese en continu de nanoparticules en oxyde metallique par reaction hydrothermale en milieu supercritique
EP3839405A1 (fr) 2019-12-19 2021-06-23 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Echangeur thermique de type à surface raclée comportant un système d actionnement hydraulique

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J REIMERG. PENGS. VIERECKE. DE BONIJ. BREINLF. VOGEL: "A novel salt separator for the supercritical water gasification of biomass", J. OF SUPERCRITICAL FLUIDS, vol. 117, 2016, pages 113 - 121, XP029675116, DOI: 10.1016/j.supflu.2016.06.009
MARTIN SCHUBERTJOHANN W. REGLERFREDERIC VOGE: "Continuons sait précipitation and séparation from supercritical water. Part 2. Type 2 salts and mixtures of two salts", J. OF SUPERCRITICAL FLUIDS, vol. 52, 2010, pages 113 - 124
MARTIN SCHUBERTJOHANN W. REGLERFREDERIC VOGEL: "Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part / : Type 1 salts", J. OF SUPERCRITICAL FLUIDS, vol. 52, 2010, pages 99 - 112

Also Published As

Publication number Publication date
FR3137381A1 (fr) 2024-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH634097A5 (fr) Procede et appareil pour le traitement d'un produit carbonisable solide broye.
WO2010136669A2 (fr) Nouveau procede pour la pyrogazeification de dechets organiques
EP3102322A1 (fr) Procédé utilisant l'énergie thermique solaire couplée à des plasmas et dispositif associé
FR2899238A1 (fr) Installation de gazeification de biomasse avec dispositif de craquage des goudrons dans le gaz de synthese produit
WO2024008729A1 (fr) Dispositif d'injection pour un séparateur de sels, de type à surface raclée par au moins un rotor en rotation dans une enveloppe chauffante, séparateur de sels et installation de gazéification de biomasse associés.
WO2024008691A1 (fr) Séparateur de sels de type à surface raclée par une plaque de raclage coulissante jusqu'à une zone de resolubilisation des sels précipités, installation de gazéification de biomasse associée
WO2024008708A1 (fr) Séparateur de sels de type à surface raclée par une plaque de raclage coulissante jusqu'à une zone de resolubilisation des sels précipités, installation de gazéification de biomasse associée.
WO2024008756A1 (fr) Séparateur de sels intégré, comprenant une vis sans fin creuse et des billes formant des supports de précipitation et d'évacuation de sels, installation de gazéification de biomasse associée.
EP3055386B1 (fr) Procede et systeme de purification d'un gaz de synthese brut issu d'une pyrolyse et/ou gazeification d'une charge de matiere carbonee par destruction de goudrons contenus dans le gaz
EP3173459B1 (fr) Procede de pyrolyse rapide de particules organiques de biomasse avec injection à contre-courant de gaz chauds
WO2006053869A1 (fr) Procede de gazeification de matieres carbonees et dispositif pour sa mise en oeuvre
EP2723832B1 (fr) Gazeifieur de combustible solide carbone
WO2024008757A1 (fr) Séparateur de sels comprenant une structure poreuse déformable formant un support de précipitation et d'évacuation de sels, installation de gazéification de biomasse associée.
FR2844804A1 (fr) Procede et installation de valorisation de sous-produits a base de matieres organiques
EP3822540A2 (fr) Réacteur solaire à jet à transfert thermique amélioré. procédé de fonctionnement associé, application à la gazéification de biomasse ou au reformage
CA3039727C (fr) Dispositif de production de dihydrogene, procede de production de dihydrogene a partir d'un tel dispositif et utilisation d'un tel dispositif
EP3009495B1 (fr) Procédé et dispositif pour la pyro-gazéification d'une matière carbonée comprenant un bain de cendres en fusion
FR3131922A1 (fr) Procede de gazeification de la biomasse
FR2983203A1 (fr) Installation de traitement comprenant un reacteur de thermolyse
EP3828465B1 (fr) Réacteur solaire à jet, destiné à la conversion thermochimique d'une charge carbonée, à évacuation des cendres améliorée, procédé de fonctionnement associé, application à la gazéification de biomasse ou au reformage
FR2874023A1 (fr) Procede de fabrication d'un gaz combustible par action d'un plasma immerge sur de la matiere organique en milieu aqueux
FR3127951A1 (fr) Système de conversion thermochimique d’une charge carbonée comprenant un réacteur batch et un réservoir d’attente contenant un fluide supercritique relié à la chambre réactionnelle du réacteur batch.
FR2955175A1 (fr) Procede et dispositif de torrefaction d'une charge de biomasse
FR2948298A1 (fr) Dispositif de production de materiaux carbones solides par micro explosion
BE344824A (fr)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23738699

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)