WO2024023304A1 - Method for the treatment of complex waste - Google Patents

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WO2024023304A1
WO2024023304A1 PCT/EP2023/071015 EP2023071015W WO2024023304A1 WO 2024023304 A1 WO2024023304 A1 WO 2024023304A1 EP 2023071015 W EP2023071015 W EP 2023071015W WO 2024023304 A1 WO2024023304 A1 WO 2024023304A1
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flow
fraction
ammonia
liquid effluent
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PCT/EP2023/071015
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Pierre-Emmanuel Pardo
Safwan AL AYOUBI
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Suez International
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    • C10J2300/0973Water
    • C10J2300/0979Water as supercritical steam

Definitions

  • the invention relates to the field of treatment of complex waste, including organic matter and inorganic matter, such as aqueous waste, sludge and sewage sludge.
  • Wastewater treatment is necessary for environmental protection.
  • a wastewater treatment plant consists of two main parts, the treatment of waste water and the treatment of sludge resulting from water treatment.
  • the objective of wastewater treatment is to eliminate pollution, in particular particulate pollution (also referred to as suspended matter), and in particular carbon, nitrogen and phosphorus pollution.
  • a wastewater treatment plant also makes it possible to recover resources - such as phosphorus - or to generate energy, for example through the production of biogas.
  • phosphorus which is on the European Union's list of critical raw materials due to the progressive depletion of phosphate mines, the increase in demand and the non-substitutable properties of phosphorus.
  • phosphorus is a fertilizing element, essential to crops and non-replaceable. It is therefore desirable to recycle it as much as possible.
  • Land application is considered the most practical option, but is associated with increased public concerns about pollutants in sludge (e.g., pathogens, heavy metals, persistent organic pollutants, and micropollutants ).
  • pollutants in sludge e.g., pathogens, heavy metals, persistent organic pollutants, and micropollutants .
  • Thermochemical treatment of sludge and especially incineration appears to be an alternative solution to conventional disposal channels. It has significant advantages, such as deodorization, high efficiency, substantial reduction in waste volume (about 90%), destruction of organic pollutants and deactivation pathogens. More importantly, incineration generates solid residue in the form of ash which is concentrated in phosphorus (P) (9-13%) comparable to phosphate rock.
  • the ashes from sludge incineration are made up of a complex matrix of minerals where phosphorus accumulates with heavy metals, which makes the direct reuse of these ashes as fertilizer impossible.
  • the bioavailability of phosphorus in ash is restricted due to binding with minerals. Therefore, removing heavy metals and improving phosphorus bioavailability represent economically and environmentally laborious treatments for phosphorus recovery from ash.
  • the invention relates to a process for treating a mixture M1 comprising at least organic matter, said process comprising: a) a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure of 150 to 300 bars, preferably between 170 and 210 bars in order to obtain a mixture M1p, b) a step of heating the mixture M1p to a temperature ranging from 250°C to 500°C making it possible to obtain a mixture M2, c) a step of separating the mixture M2 resulting from step b) in order to obtain a flow M3 enriched in inorganic material and a flow M4 depleted in inorganic material, d) a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted in inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and a liquid effluent, e) a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to separate the gas from the liquid effluent M
  • the magnesium salt is chosen from magnesium hydroxide, magnesium oxide, magnesium chloride, and mixtures thereof, preferably from magnesium hydroxide and magnesium oxide, more preferably the magnesium salt is magnesium hydroxide.
  • the process comprises, upstream of step a), a step of hydrolysis of the mixture M1 carried out at a temperature ranging from 70 to 165°C and at a pressure ranging from 2 at 8 bars, making it possible to obtain a mixture M1h which will then be put under pressure in step a).
  • the method comprises a heat exchange between the mixture M5 resulting from step d) and the mixture M1 or M 1 p or M 1 h upstream of the heating step b) .
  • the mixture M1 comprises from 5 to 50% by weight of solid materials, preferably from 15 to 25% by weight of solid materials, relative to the total weight of the mixture M1.
  • the stream enriched in salts from step c) comprises phosphorus, preferably in a proportion ranging from 1 to 20% by weight, relative to the total dry weight of the stream enriched with inorganic matter M3.
  • the liquid effluent M5' comprises from 1 to 20 g/l of ammonia.
  • the ammonia enrichment step f) is carried out using heat.
  • the heat comes from the M5 mixture resulting from hydrothermal gasification d).
  • the ammonia enrichment step f) makes it possible to obtain an ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least 1.5 times greater than the ammonia concentration in the liquid effluent M5', preferably an ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least twice greater than the ammonia concentration in the liquid effluent M5', or even a ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least 5 times higher than the ammonia concentration in the liquid effluent M5’.
  • less than 75% of the volume, preferably less than 50% of the volume, of the liquid effluent M5' from step e) or of the liquid effluent M5” from step f) when it is implemented, is mixed during step g).
  • the invention also relates to an installation for implementing the treatment method according to the invention, said installation comprising: a pressurization pump 3 supplied by the mixture M1 and comprising an outlet for the mixture M1p,
  • a heating device 2 comprising an inlet making it possible to introduce the mixture M1p possibly mixed with a magnesium salt Mg and comprising an outlet for the mixture M2,
  • a separation device 5 supplied with at least a fraction of the mixture M2 and comprising an outlet of flow M3 enriched in inorganic material and an outlet of flow M4 depleted of inorganic material,
  • a hydrothermal gasification reactor 8 supplied by at least a fraction of the flow M4 coming from the separation device 5 and comprising a mixture outlet M5 comprising gas and a liquid effluent,
  • a precipitation reactor 7 comprising at least one inlet and at least one outlet, said precipitation reactor 7 being able to be supplied: o Either by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at at least a fraction of the flow M5' coming from the cooling and expansion device 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10, o Either by the flow M6 coming from the mixing device 6 when it is present,
  • At least one injection device located: o upstream of the pressurization pump 3 and/or o in the mixing device 6 and/or o downstream of the mixing device 6 and upstream of the precipitation reactor 7 , and/or o in the precipitation reactor 7.
  • the installation according to the invention further comprises at least one hydrolysis reactor 4 upstream of the pressurization pump 3, said hydrolysis reactor comprising at least one inlet for the mixture M1 and at least one outlet for the hydrolyzate M1h, said hydrolyzate M1h supplying the pressurization pump 3.
  • the invention makes it possible to recover phosphorus in the form of struvite from sludge resulting from water treatment by a direct process, with optimum efficiency, optimized heat management and reduced generation of deposits in pipes.
  • the process of the invention also makes it possible to reduce the quantity of heavy metals likely to be recovered with the phosphorus.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
  • the invention relates to a process for treating a mixture M1 comprising at least organic matter, said process comprising: a. a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure of 150 to 300 bars, preferably between 170 and 210 bars in order to obtain a mixture M1p, b. a step of heating the mixture M1p to a temperature ranging from 250°C to 500°C, preferably from 350°C to 450°C, making it possible to obtain a mixture M2, c. a step of separating the mixture M2 from step b) which makes it possible to obtain a flow enriched in inorganic material M3 and a flow depleted in inorganic material M4, d.
  • a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted of inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and an aqueous liquid effluent, e. a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to separate the gas from the liquid effluent M5' comprising ammonia, f. optionally a step of enriching in ammonia at least a fraction of the liquid effluent M5' from step e) in order to obtain a liquid stream enriched M5” in ammonia, g.
  • a step of mixing at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and at least a fraction of the liquid effluent M5' comprising ammonia obtained at the outcome of step e) or at least a fraction of the enriched flow M5” obtained at the end of step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6, h.
  • a struvite recovery step at the outlet of the precipitation reactor said treatment process comprising at least one step of injecting at least one magnesium salt into the mixture M1 before step a) of pressurization and/ or during step g) and/or during step h) and/or in the mixture M6 between steps g) and h), said mixing step g) possibly being implemented in the reactor of precipitation.
  • the expression “at least a fraction of X” has the same meaning as the expression “all or part of X”.
  • this expression refers to a certain proportion of said mixture or of said flow or of said gas.
  • each fraction of the mixture” or “each fraction of the flow” or “each fraction of the gas” will have the same composition.
  • step intermediate stage of separation between stages X and Y it being understood that there could be cooling/heating of the flow M between stages X and Y, in particular by heat exchange which could possibly involve an exchange of flows.
  • Mixture M1 comprising at least organic matter
  • the mixture M1 comprises at least organic matter. Typically, the mixture M1 also comprises inorganic material.
  • salts comprising anions such as phosphates, sulfates, chlorides, carbonates and hydrocarbonates with as counter ions for example sodium, magnesium, calcium, ammonium and metals.
  • the mixture M1 can for example be chosen from primary, biological, mixed or digested sludge from municipal and industrial wastewater treatment plants.
  • the mixture M1 comprises from 5 to 50% by weight of solid materials, preferably from 15 to 25% by weight of solid materials, relative to the total weight of the mixture M1.
  • At least one magnesium salt is added to the mixture M1 in such a way that the magnesium is in a stoichiometric proportion or in a super-stoichiometric proportion.
  • the Mg/P molar ratio in the mixture M1 after addition of the magnesium salt ranges from 1/1 to 1.3/1.
  • the addition of the magnesium salt is preferably carried out upstream of the pressurization step a).
  • the magnesium salt can be chosen from magnesium hydroxide (Mg(OH)2), magnesium oxide (MgO) or magnesium chloride (MgCI2).
  • Mg(OH)2 magnesium hydroxide
  • MgO magnesium oxide
  • MgCI2 magnesium chloride
  • the magnesium salt is magnesium hydroxide.
  • the magnesium salt can be added to a mixing device supplied on the one hand by the mixing flow M1 and on the other hand by the magnesium salt flow.
  • the process according to the invention comprises a step of hydrolysis of the mixture M1 upstream of the pressurizing step a).
  • the hydrolysis step can be carried out at a temperature ranging from 70 to 165°C and at a pressure ranging from 2 to 8 bars.
  • the hydrolysis step makes it possible to reduce the viscosity of the mixture.
  • the hydrolysis step makes it possible to obtain a mixture M1 h also called hydrolyzate.
  • the hydrolysis step makes it possible to degrade the organic matter, in particular it makes it possible to break the chemical bonds and to depolymerize the organic matter by the effect of water.
  • the mixture M1 h will typically have a viscosity at least 2 times lower, preferably at least 4 times lower, more preferably at least 10 times lower than the viscosity of the mixture M1.
  • the ratio between the viscosity of the mixture M1 and the viscosity of the mixture M1h is at least 2, preferably at least 4, more preferably at least 10.
  • the viscosity defined in the context of the present invention is a kinematic viscosity measured at the same temperature (20°C for example) using rheometers adapted to the viscosity to be measured (cylinder - cylinder, plane-plane) and measuring at the same shear (in s -1 ) the two viscosities, typically taking care to eliminate the problems of turbulence and to respect the rheological rules (for example spacing between cylinders depending on the particle size).
  • the hydrolysis step implemented on the mixture M1 can be implemented in one or more hydrolysis reactors in parallel or in series.
  • Said hydrolysis step makes it possible to hydrolyze the mixture M1 thanks in particular to maintaining an average hydraulic residence time at the desired temperatures and pressures (preferably, temperatures ranging from 70 to 165°C and pressures ranging from 2 to 8 bars), it being understood that if the hydrolysis step is carried out in several hydrolysis reactors, the temperature may be identical or different in the different reactors, likewise, the pressure may be identical or different in the different reactors .
  • the hydrolysis step will implement an internal energy recovery step, thus making it possible to minimize the thermal consumption of the hydrolysis.
  • an energy recirculation loop from the hot hydrolyzate to the cold product to be hydrolyzed via, for example, production of expansion steam from the hot hydrolyzate and injection into the cold product to be hydrolyzed or heat exchange. .
  • a hydrolyzate M1h is obtained, said hydrolyzate M1h is not necessarily at the desired temperatures and pressures for hydrolysis. Indeed, before leaving the hydrolysis stage, the hydrolyzate could possibly undergo a cooling and/or relaxation stage.
  • the hydrolysis is carried out at a high temperature, for example ranging from 100 to 165°C, then it could be desirable to cool the hydrolyzate for example to a temperature below 90°C. , so that the flow M1h has a lower temperature for pressurization in step a) of the process of the invention
  • the extraction of the M1h hydrolyzate can be controlled by measuring the viscosity.
  • a controlled quantity of steam can be injected into the hydrolysis reactor(s) and diffused through the mixture M1. This control can be carried out by measuring the temperature in the hydrolysis reactor. Thus, when the set temperature is reached, the steam injection can be stopped.
  • the steam can be injected: upstream of the hydrolysis in the inlet with a dynamic mixer type mixer, and/or directly into the hydrolysis reactor, preferably in the lower part in a tangential manner to avoid sludge blockages, and/ or in a hydrolyzed sludge recirculation loop.
  • the mixture M1 is mixed, for example it is stirred.
  • the hydrolysis reactor can be a batch reactor, optionally stirred.
  • At least one magnesium salt is added to the mixture M1 to be treated before entering the hydrolysis device.
  • At least one magnesium salt is added to the mixture M1h downstream of the hydrolysis device.
  • the treatment process may optionally include a grinding step, preferably mechanical grinding.
  • the step of grinding the mixture M1 can be carried out before, during or after hydrolysis when the latter is present. In the latter case, grinding is then carried out on the M1h mixture.
  • the process of the invention may possibly comprise a step of recirculating at least a fraction of the hydrolyzate ground with the entry to the hydrolysis stage.
  • the hydrolysis reactor(s) comprise a recirculation loop provided with a grinding device, making it possible to introduce at least a fraction of the hydrolyzate into said grinding device and to return at least a fraction, preferably all, of the hydrolyzate thus crushed, at the entrance to the hydrolysis step.
  • the objective of this grinding step is to reduce the particle size of the mixture M1, typically so that the particle size of the solid fraction is less than 1000 pm, preferably less than 500 pm, preferably less than 100 pm.
  • a particle size “less than X pm” means the fact that 95% of the solid particles are retained in the square mesh sieve of
  • the grinding step allows homogenization of the M1 mixture and a reduction in viscosity which will allow much better control of the process parameters of the operation of hydrothermal gasification.
  • grinding and the reduction in particle size also contribute to the homogenization of the biomass.
  • the treatment process according to the invention comprises a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure ranging from 150 to 350 bars, said mixture M1 having optionally been previously mixed with at least one magnesium salt.
  • a pump is provided at the start of the line upstream of the heating or at the outlet of the hydrolysis reactor when present.
  • the pump is provided downstream of the mixing device making it possible to mix the M1 mixture and the magnesium salt.
  • the M1 mixture under pressure is hereinafter referred to as the M1p mixture.
  • the treatment method according to the invention comprises a heating step at a temperature ranging from 250 to 500°C, implemented on the mixture M1 p.
  • the heating step can be implemented in a heating device.
  • the device can be a continuous stirred tank reactor (CSTR, continuous stirred tank reactor) or a tubular flow reactor also called plug-flow reactor.
  • CSTR continuous stirred tank reactor
  • This reactor can be equipped with an external heating device or heated via an exchange with a heat transfer fluid.
  • the heating step makes it possible to obtain an M2 mixture.
  • steps a) and b) make it possible to obtain a mixture M2 having a pressure ranging from 150 to 350 bars, preferably from 170 to 210 bars and a temperature ranging from 250°C to 500°C, preferably from 350 °C to 450°C.
  • the process according to the invention comprises a step of separating the mixture M2 resulting from step b), in order to obtain a flow enriched in inorganic material M3 and a flow depleted in inorganic material M4.
  • flow enriched in inorganic material means a flow comprising a mass proportion of inorganic material greater than the mass proportion of inorganic material in the mixture M2.
  • flow depleted in inorganic material means a flow comprising a mass proportion of inorganic material less than the mass proportion of inorganic material in the mixture M2.
  • the separation step is typically implemented in a separation device comprising a supply line for the mixture M2 from step a) and two outlet lines: (i) a line for extracting the flow enriched in material inorganic material M3 and (ii) a line for extracting the flow depleted of inorganic material M4.
  • the separation device can be a separation device by gravity or by cyclone type hydraulic effect typically provided in the lower part with a draining system operating continuously or intermittently.
  • the mixture M1 comprises phosphorus and the flow enriched in inorganic material M3 resulting from step c) comprises at least 50% by weight of the total weight of phosphorus present in the mixture M1. In other words, at least 50% by weight of the phosphorus present in the mixture M1 is recovered in the flow enriched in inorganic material M3 resulting from step c).
  • the mixture M1 comprises phosphorus and the stream M3 enriched in salts from step c) comprises phosphorus, preferably in a proportion ranging from 1 to 20% by weight, relative to the total dry weight. of the flow enriched in inorganic matter M3.
  • the treatment method according to the invention comprises an additional pressurization step implemented on flow M4 upstream of the hydrothermal gasification step.
  • the pressurization step a) is implemented at a pressure ranging from 150 to 210 bars and the additional pressurization step makes it possible to bring the mixture M4 from the step c) at a pressure greater than or equal to 225 bars.
  • State-of-the-art hydrothermal gasification processes operate with a single operating pressure.
  • the method of the invention uses two operating pressures. This two-pressure operation provides multiple advantages.
  • the treatment method according to the invention further comprises a step of heating the flow M4, preferably at a temperature greater than or equal to 300°C, more preferably at a temperature ranging from 400°C °C to less than 600°C.
  • the process when the process includes an additional pressurization step, then preferably, the process also includes a step of heating the flow M4, preferably to a temperature ranging from 400°C to less than 600°C.
  • the additional heating step can be implemented in a heating device chosen from electric heating or indirect heating by hot gases resulting from combustion.
  • Hydrothermal gasification stage d The treatment method according to the invention comprises a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted of inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and an aqueous effluent.
  • Hydrothermal gasification is a thermal depolymerization process used to convert organic material present in a humid environment into a mixture of only small molecules under high to moderate temperature and pressure.
  • the carbon and hydrogen of an organic material are converted, thermochemically under near-critical or supercritical conditions. A part is converted into compounds with low molar masses that are soluble in water.
  • CO2 carbon dioxide
  • CH4 methane
  • H2 dihydrogen
  • CO carbon monoxide
  • C2H6 ethane
  • propane C3H8
  • Methane is also produced by methanation of CO and CO2, using dihydrogen.
  • GH can be considered as a decomposition process transforming the organic residues present in the M4 stream into a more easily biodegradable material and into ammonia dissolved in the liquid phase.
  • the processing conditions (in particular the temperature, pressure, and to a lesser extent the residence time) of the GH can be adjusted to not only produce a gas fraction containing CH4, CO, CO2 and H2 (gas synthesis), but also to produce an aqueous effluent, containing mainly on one side easily digestible compounds, in particular carboxylic acids and on the other side ammonia in the form of ammonium salt of the carbonic acids produced.
  • GH is different from hydrothermal liquefaction (HTL), particularly in that the conversion rate and level of decomposition of organic matter in HTL are not as high as in GH, even when GH is operated under moderate temperature conditions.
  • HTL hydrothermal liquefaction
  • Biocrude which is an oil (also called bio-oil ) which can be used as fuel, i.e. biocrude contains organic molecules containing 5 or more carbon atoms, generally 8 to 16 carbon atoms.
  • GH's liquid product mainly contains easily biodegradable compounds.
  • GH differs from pyrolysis in that it is carried out in a medium containing water, the water being in a supercritical or quasi-critical state.
  • GH differs from “conventional” gasification of organic materials in that “conventional” gasification reduces the carbon/hydrogen (C/H) mass ratio, which leads to products with increased calorific value, including a gas predominantly composed synthesis gas (mixture of H2 /CO), bio-oil and/or carbonaceous solid (char).
  • C/H carbon/hydrogen
  • the hydrothermal gasification step is typically implemented in a hydrothermal gasification reactor, fed at the inlet by at least a fraction of flow depleted of inorganic material M4 and comprising an outlet M5, the flow depleted in inorganic material M4 can come directly from the separation device or from the possible additional heating step implemented on at least a fraction of the flow M4.
  • the gasification reactor is a tubular reactor.
  • the hydrothermal gasification step is carried out at a temperature below 600°C, preferably at a temperature ranging from 350°C to less than 600°C, more preferably ranging from 450 to less than 600°C. vs.
  • the hydrothermal gasification step is carried out at a pressure greater than or equal to 220 bars, preferably greater than or equal to 250 bars.
  • the (overall) residence time of the flow depleted of inorganic material M4 in step d) of GH typically ranges from 1 min to 20 min, preferably from 2 min to 10 min, more preferably from 3 to 5 min .
  • the hydrothermal gasification step is carried out in the presence of a catalyst.
  • the catalyst is chosen from metals on activated carbon, for example of the ruthenium, nickel, palladium or platinum type.
  • the catalyst can be in the form of a bed of solid particles within the gasification reactor.
  • separation step c) of the process of the invention making it possible to eliminate so-called “poison” compounds, the catalyst possibly used during the hydrothermal gasification step will not be deteriorated by these harmful compounds which can damage, in particular deactivate the catalyst.
  • the treatment process according to the invention comprises a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to obtain a gaseous effluent and a liquid effluent comprising 'ammonia.
  • the cooling step makes it possible to bring the M5 mixture to a temperature less than or equal to 200°C, preferably less than or equal to 120°C, preferably ranging from 50 to 120°C.
  • the cooling device can be chosen from a heat exchanger, flash, scrubber, rankine cycle.
  • the separation step can be implemented in an expansion system making it possible to obtain a liquid effluent M5' on the one hand and a gaseous effluent on the other hand.
  • the liquid effluent M5' comprises from 1 to 20 g/l of ammonia
  • the treatment method according to the invention comprises a step of enriching with ammonia at least a fraction of the liquid effluent M5' comprising ammonia from step e) in order to obtain a flow enriched M5” in ammonia and a flow depleted M8 in ammonia.
  • stream enriched in ammonia within the meaning of the present invention, is meant a stream comprising a proportion of ammonia higher than the proportion of ammonia in the liquid effluent M5’.
  • ammonia-depleted flow within the meaning of the present invention, is meant a flow comprising a proportion of ammonia lower than the proportion of ammonia in the liquid effluent M5’.
  • the ratio between the concentration of ammonia in the enriched stream M5” and the concentration of ammonia in the incoming effluent M5’ is at least 1.5, preferably at least 2, preferably at least 5.
  • the flow enriched in ammonia at the end of step f) comprises from 1 to 20 g/l of ammonia.
  • the ammonia-depleted flow M8 can be sent to a digester for a digestion step.
  • the enrichment step can be implemented in an enrichment device which can for example consist of a reactor or several evapo-concentration reactors, or of one or more membrane or stripping reactors.
  • the cooling and separation step e) is implemented so as to bring the liquid effluent M5' to a temperature ranging from 75°C to 200°C, preferably from 100 to 120°C.
  • the cooling and separation step e) is implemented so as to bring the liquid effluent M5' to a temperature ranging from 75°C to 200°C, preferably from 100 to 120°C.
  • the ammonia enrichment step f) is implemented using heat, preferably the heat is recovered from the M5 mixture resulting from the hydrothermal gasification d).
  • the heat present in the mixture M5 resulting from step d) is recovered, said recovered heat preferably making it possible to at least partially heat the mixture M1 during step a).
  • this heat recovery is implemented by heat exchange between the mixture M5 resulting from step d) and the mixture M1 or M1 h upstream of the heating step b).
  • the heat exchange can be implemented between the mixture M5 and the mixture M1 to allow the mixture M1 to be heated for the hydrolysis step or between the mixture M5 and the mixture M1h to allow mixture M1h to be heated for heating step b).
  • the mixture M1 or M1 h can recover heat from the mixture M5, which will reduce the energy requirements of the process and cool the mixture M5.
  • the ammonia requirement for the formation of struvite will generally be less than the quantity of ammonia in the liquid effluent M5' or in the liquid effluent M5", then preferably only a fraction of the liquid effluent flow M5' or enriched liquid effluent stream M5” will be mixed with at least a fraction of the stream M3 during step g). For example, we can use less than 75% of the volume of M5’ or M5”, or even less than 50% of the volume of M5’ or M5” during mixing step g).
  • the treatment method according to the invention comprises a step of mixing at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and at least a fraction of the liquid effluent comprising ammonia obtained at the end of step e) or at the end of step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6.
  • the entire flow enriched with inorganic material M3 obtained at the end of step c) is mixed during this step g).
  • all of the liquid effluent comprising ammonia obtained at the end of step e) or at the end of step f) when it is present is mixed during this step g).
  • This mixing step g) is preferably carried out in a mixing device.
  • the mixing device may be a batch, semi-continuous or continuous reactor, stirred by a blade, propeller, draft tube type stirring system or by recirculation external to the reactor.
  • This reactor is equipped with pH measurement and base and acid injection to control the pH.
  • the pH of the reactor is adjusted such that the pH at room temperature ranges from 7.5 to 10, preferably from 8 to 9.
  • This mixing step g) is typically carried out at a temperature ranging from 50°C to 250°C and/or at a pressure ranging from 1 to 200 bars.
  • This mixing step can optionally be implemented in the precipitation reactor where the struvite is formed.
  • At least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and at least a fraction of the liquid effluent comprising ammonia obtained at the end of step e) or at the end of step f) when it is present are introduced into the precipitation reactor and the mixture M6 is formed in situ in the precipitation reactor and the step of forming the struvite, step h) takes place.
  • At least one magnesium salt is injected: into the mixture during this step g) and/or into the mixture M6 between steps g) and h) when they are implemented in separate devices and/or during step g) is implemented in the precipitation reactor.
  • the magnesium salt can be chosen from magnesium hydroxide (Mg(OH)2), magnesium oxide (MgO) or magnesium chloride (MgCI2).
  • Mg(OH)2 magnesium hydroxide
  • MgO magnesium oxide
  • MgCI2 magnesium chloride
  • the magnesium salt is magnesium hydroxide.
  • At least one magnesium salt is added in such a way that the magnesium is in a stoichiometric proportion or in a super-stoichiometric proportion.
  • the Mg/P molar ratio in the M6 mixture after addition of the magnesium salt ranges from 1/1 to 1.3/1.
  • a measurement of the phosphate content in the M7 liquid effluent will also make it possible to adjust the magnesium salt content that should be added to the M6 mixture.
  • the magnesium salt can be added to a mixing device during this step g) and/or downstream of said mixing device in the mixture M6.
  • Mixing step g) can be done directly in the precipitation reactor.
  • the precipitation reactor is supplied on the one hand by at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and on the other hand by: at least a fraction of the liquid effluent M5' comprising ammonia obtained at the end of step e) or at least a fraction of the enriched flow M5' obtained at the end of step f) when she is here.
  • the mixture will also be called mixture M6.
  • the magnesium salt can be added to the precipitation reactor.
  • the treatment process comprises: a step of injecting a magnesium salt, preferably chosen from MgO and Mg(OH)2 and their mixtures, into the mixture upstream of the pressurization step a), and a step of injecting a magnesium salt, preferably chosen from MgCI2, into the mixture during step g) and/or during step h) and/ or in the mixture M6 between steps g) and h) when they are implemented in separate devices.
  • a magnesium salt preferably chosen from MgO and Mg(OH)2 and their mixtures
  • the treatment process according to the invention comprises a step of forming struvite from at least a fraction of the M6 mixture of step g) in a precipitation reactor.
  • the struvite formation step can be carried out at a temperature ranging from 20°C to 250°C and/or at a pressure ranging from 1 to 200 bars.
  • all of the M6 mixture from step g) is used during this struvite formation step i).
  • the mixing step g) is implemented in the precipitation reactor, then the entire mixture M6 will necessarily be implemented during this struvite formation step i).
  • step g) When the mixing step g) is implemented in a device separate from the precipitation reactor, then at least a fraction of the mixture M6, preferably the entire mixture M6, is injected into the precipitation reactor for the implementation of step i).
  • the precipitation reactor may be an infinitely mixed reactor or a fluidized bed reactor.
  • step h struvite is recovered after possible decantation. It should be noted that this step h) will produce, in addition to the struvite, another effluent, which will be a liquid effluent M7.
  • the invention also relates to an installation for implementing the method of the invention.
  • the installation according to the invention comprises: a pressurization pump 3 supplied by the mixture M1 and comprising an outlet for the mixture M1 p,
  • a heating device 2 comprising an inlet making it possible to introduce the mixture M1p possibly mixed with a magnesium salt Mg and comprising an outlet for the mixture M2,
  • a separation device 5 supplied with at least a fraction of the mixture M2 and comprising an outlet of flow M3 enriched in inorganic material and an outlet of flow M4 depleted of inorganic material,
  • a hydrothermal gasification reactor 8 supplied by at least a fraction of the flow M4 coming from the separation device 5 and comprising a mixture outlet M5 comprising gas and a liquid effluent,
  • an ammonia enrichment device 10 supplied by at least a fraction of the liquid effluent M5' and comprising an outlet for the enriched flow M5' and an outlet for the depleted flow M8,
  • a mixing device 6 supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 and by (ii) at least a fraction of the flow M5' or at least a fraction of the flow M5” and comprising an output for the flow M6,
  • a precipitation reactor 7 comprising at least one inlet and at least one outlet, said precipitation reactor 7 being able to be supplied: o Either by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at at least a fraction of the flow M5' coming from the cooling and expansion device 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10, o Either by the flow M6 coming from the mixing device 6,
  • At least one injection device located: o upstream of the pressurization pump 3 and/or o in the mixing device 6 when it is present and/or o downstream of the mixing device 6 when it is present and upstream of the precipitation reactor 7, and/or o in the precipitation reactor 7.
  • the installation further comprises at least one hydrolysis reactor 4 upstream of the pressurization pump 3, said hydrolysis reactor comprising at least one inlet for the mixture M1 and at least one outlet for the hydrolyzate M1h, said hydrolyzate M1h supplying the pressurizing pump 3.
  • the precipitation reactor 7 can be supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at least a fraction of the flow M5' coming from the cooling device and expansion 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10.
  • the mixing step g) is implemented in the precipitation reactor 7 where the struvite formation step i) takes place.
  • the installation comprises a mixing device 6 distinct from the precipitation reactor 7.
  • the mixing device 6 is then supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 and by (ii) at least one fraction of the flow M5' or at least a fraction of the flow M5” and comprising an output for the flow M6.
  • the precipitation reactor 7 is supplied by the flow M6 coming from the mixing device 6.
  • Figs. 1 to Fig. 3 each illustrate an embodiment of the installation according to the invention and of the method according to the invention, without limiting its scope.
  • the mixture M1 optionally added with a magnesium salt Mg pass is put under pressure using a pressurizing pump 3 then in a heating device 2, where the mixture M1 is typically put under pressure at a pressure ranging from 150 at 350 bars, mixture called M1p, then is heated to a temperature ranging from 250 to 500°C.
  • a mixture M2 is obtained.
  • the mixture M2 feeds a separation device 5 making it possible to obtain a flow enriched in inorganic material M3 and a flow depleted in inorganic material M4.
  • the flow M4 feeds a hydrothermal gasification reactor 8 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and a liquid effluent.
  • the gasification reactor 8 may include a catalyst.
  • the mixture M5 feeds a cooling and separation device 9 making it possible to cool the mixture M5 to a temperature less than or equal to 200° C. and to obtain a gas flow and a liquid effluent M5'.
  • the installation comprises a mixing device 6 supplied on the one hand by the flow M3 and on the other hand by at least part of the flow M5' leaving the cooling and separation device 9.
  • the mixture M6 resulting from the mixing device, optionally additive with a magnesium salt (Mg), is then introduced into a precipitation reactor 7.
  • Struvite is then recovered downstream of the precipitation reactor 7 after possible decantation not shown, as well as a liquid effluent M7.
  • the installation according to the invention may include other elements not illustrated in the Figures.
  • the installation according to the invention can include valves and branch pipes, making it possible to introduce only a fraction of flows rather than all of the flows, as illustrated in the Figures for simplicity, in particular for M3 flows , M4, M5 or M6.
  • the installation according to the invention can comprise a single device or several devices allowing magnesium salt to be added.
  • a device may include a magnesium salt storage tank and a supply line making it possible to convey the magnesium salt from the tank to the injection site.
  • FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that an enrichment device 10 is present, said enrichment device being located downstream of the cooling device 9 and upstream of the mixing device 6.
  • the enrichment device 10 comprises an inlet for at least a fraction of the liquid effluent M5' and an outlet for the enriched effluent M5' and an outlet for the depleted effluent M8.
  • the installation according to the invention preferably comprises a diversion valve making it possible to control the quantity of effluent M5” introduced into the mixing device 6.
  • the embodiment illustrated in Fig. 3 differs from the embodiment of FIG. 2 in that a hydrolysis reactor 4 is present, upstream of the pressurization pump 3.
  • the installation comprises, upstream of the pressurization pump 3, at least one hydrolysis reactor 4.
  • the installation according to the invention can comprise one or more hydrolysis reactors 4 in series or in parallel supplied at the input by a supply line for the mixture M1 and an outlet line for the hydrolyzed mixture M1h at a lower temperature or equal to the hydrolysis temperature.
  • the hydrolysis reactor(s) 4 advantageously comprise(s) a heating and pressurization device and optionally comprise(s) a stirring device, as well as advantageously an internal thermal recovery device.
  • pump 3 is powered by the mixture M1 h.
  • the magnesium salt it is possible to provide for the magnesium salt to be injected upstream or downstream of the hydrolysis reactor(s) 4.
  • the hydrolysis reactor(s) 4 may optionally be preceded by a grinding device or may be provided with a recirculation loop provided with a grinding device or may be followed by a grinding device, upstream of pump 3.
  • the precipitation reactor 7 is supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at least a fraction of the liquid effluent M5' coming from the cooling and expansion device 9.
  • a magnesium salt can be injected into the precipitation reactor 7 and/or into the mixture M1 or M1 h (hydrolysis upstream of pressurization via pump 3 is not illustrated in Fig. 4 but forms part of the invention).
  • the precipitation reactor 7 is supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10.
  • a magnesium salt can be injected into the precipitation reactor 7 and/or into the mixture M1 or M1 h.
  • the installation according to the invention can of course include one or more of the characteristics described in the context of the method according to the invention.

Abstract

The invention relates to a method for treating a mixture M1, said method comprising: a) a step of pressurizing the mixture M1 in order to obtain a mixture M1p, b) a step of heating mixture M1p, making it possible to obtain a mixture M2, c) a step of separating mixture M2 in order to obtain a stream M3 enriched in inorganic matter and a stream M4 depleted of inorganic matter, d) a hydrothermal gasification step carried out on stream M4 depleted of inorganic matter in order to obtain a mixture M5, e) a step of cooling and separating at least one fraction of mixture M5 in order to separate the gas from the liquid effluent M5' comprising ammonia, f) optionally a step of enriching at least one fraction of liquid effluent M5' in ammonia in order to obtain an ammonia-enriched stream M5" and an ammonia-depleted stream M8, g) a step of mixing (i) at least one fraction of stream M3 and (ii) at least one fraction of stream M5' or M5" obtained in step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6, h) a step of forming struvite from at least one fraction of mixture M6 in a precipitation reactor, i) a step of recovering struvite at the outlet of the precipitation reactor, said method comprising at least one step of injecting at least one magnesium salt into mixture M1 before step a) and/or during step g) and/or during step h) and/or into M6 between steps g) and h), said mixing step g) optionally being carried out in the precipitation reactor.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE TRAITEMENT DE DECHETS COMPLEXESTITLE: PROCESS FOR TREATMENT OF COMPLEX WASTE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
L’invention concerne le domaine du traitement de déchets complexes, comprenant de la matière organique et de la matière inorganique, tels que des déchets aqueux, des boues et des boues d'épuration. The invention relates to the field of treatment of complex waste, including organic matter and inorganic matter, such as aqueous waste, sludge and sewage sludge.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Le traitement des eaux usées est nécessaire à la protection de l'environnement. Une station d'épuration est constituée de deux parties principales, le traitement de l'eau usée et le traitement des boues issues du traitement de l'eau. Wastewater treatment is necessary for environmental protection. A wastewater treatment plant consists of two main parts, the treatment of waste water and the treatment of sludge resulting from water treatment.
L'objectif du traitement des eaux usées est d'éliminer la pollution, notamment la pollution particulaire (on parle aussi de matières en suspension), et en particulier la pollution carbonée, azotée et phosphorée. Une station d'épuration permet également de récupérer des ressources - telles que le phosphore - ou de générer de l'énergie, par exemple via la production de biogaz. The objective of wastewater treatment is to eliminate pollution, in particular particulate pollution (also referred to as suspended matter), and in particular carbon, nitrogen and phosphorus pollution. A wastewater treatment plant also makes it possible to recover resources - such as phosphorus - or to generate energy, for example through the production of biogas.
La récupération des ressources est désormais une préoccupation car de nombreux types d'éléments sont proches de la pénurie : il apparaît de plus en plus critique de les recycler. Resource recovery is now a concern as many types of elements are close to shortage: it appears more and more critical to recycle them.
C'est le cas du phosphore qui figure sur la liste des matières premières critiques de l'Union européenne en raison de l'épuisement progressif des mines de phosphate, de l'augmentation de la demande et des propriétés non substituables du phosphore. Ainsi, le phosphore est un élément fertilisant, indispensable aux cultures et non remplaçable. Il est donc souhaitable de le recycler au maximum. This is the case for phosphorus, which is on the European Union's list of critical raw materials due to the progressive depletion of phosphate mines, the increase in demand and the non-substitutable properties of phosphorus. Thus, phosphorus is a fertilizing element, essential to crops and non-replaceable. It is therefore desirable to recycle it as much as possible.
Par conséquent, l'accent est mis sur la récupération du phosphore dans les stations d'épuration. Therefore, emphasis is placed on phosphorus recovery in wastewater treatment plants.
Les boues issues des stations d’épuration ont été reconnues comme un puits de phosphore complémentaire. Sludge from wastewater treatment plants has been recognized as an additional phosphorus sink.
L'épandage sur les terres est considéré comme l'option la plus pratique, mais il est associé à des préoccupations publiques accrues concernant les polluants dans les boues (par exemple, les agents pathogènes, les métaux lourds, les polluants organiques persistants et les micropolluants). Land application is considered the most practical option, but is associated with increased public concerns about pollutants in sludge (e.g., pathogens, heavy metals, persistent organic pollutants, and micropollutants ).
Le traitement thermochimique des boues et surtout l'incinération parait comme une solution alternative aux filières d'élimination conventionnelles. Il présente des avantages significatifs, tels que la désodorisation, une efficacité élevée, une réduction substantielle du volume de déchets (environ 90%), la destruction des polluants organiques et la désactivation des agents pathogènes. Plus important encore, l'incinération génère des résidus solides sous forme de cendres qui sont concentrées en phosphore (P) (9-13 %) comparables à la roche phosphatée. Thermochemical treatment of sludge and especially incineration appears to be an alternative solution to conventional disposal channels. It has significant advantages, such as deodorization, high efficiency, substantial reduction in waste volume (about 90%), destruction of organic pollutants and deactivation pathogens. More importantly, incineration generates solid residue in the form of ash which is concentrated in phosphorus (P) (9-13%) comparable to phosphate rock.
Néanmoins, les cendres issues de l’incinération des boues sont constituées d’une matrice complexe de minéraux où le phosphore s'accumule avec des métaux lourds, ce qui rend impossible la réutilisation directe de ces cendres comme engrais. De plus, la biodisponibilité du phosphore dans les cendres est restreinte en raison de la liaison avec les minéraux. Par conséquent, la suppression des métaux lourds et l'amélioration de la biodisponibilité du phosphore représentent des traitements laborieux économiquement et écologiquement pour la récupération du phosphore à partir des cendres. However, the ashes from sludge incineration are made up of a complex matrix of minerals where phosphorus accumulates with heavy metals, which makes the direct reuse of these ashes as fertilizer impossible. Additionally, the bioavailability of phosphorus in ash is restricted due to binding with minerals. Therefore, removing heavy metals and improving phosphorus bioavailability represent economically and environmentally laborious treatments for phosphorus recovery from ash.
Il existe donc un besoin réel pour proposer un procédé alternatif permettant de récupérer le phosphore présent dans les boues de façon directe sous forme biodisponible comme la struvite et contenant une concentration restreinte de métaux lourds grâce à une étape de précipitation le tout avec une approche durable There is therefore a real need to propose an alternative process making it possible to recover the phosphorus present in the sludge directly in a bioavailable form such as struvite and containing a restricted concentration of heavy metals thanks to a precipitation step, all with a sustainable approach.
RESUME DE L’INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
L’invention concerne un procédé de traitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant : a) une étape de mise sous pression du mélange M1 à une pression de 150 à 300 bars, de préférence entre 170 et 210 bars afin d’obtenir un mélange M1p, b) une étape de chauffage du mélange M1p à une température allant de 250°C à 500°C permettant d’obtenir un mélange M2, c) une étape de séparation du mélange M2 issu de l’étape b) afin d’obtenir un flux M3 enrichi en matière inorganique et un flux M4 appauvri en matière inorganique, d) une étape de gazéification hydrothermale mise en œuvre sur le flux appauvri en matière inorganique M4 afin d’obtenir un mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide, e) une étape de refroidissement et de séparation d’au moins une fraction du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale de l’étape d) afin de séparer le gaz de l’effluent liquide M5’ comprenant de l’ammoniaque, f) éventuellement une étape d’enrichissement en ammoniaque d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ afin d’obtenir un flux enrichi en ammoniaque M5” et un flux appauvri en ammoniaque M8, g) une étape de mélange (i) d’au moins une fraction du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) et (ii) d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ ou d’au moins une fraction du flux enrichi M5” obtenu à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente, afin d’obtenir un mélange M6, h) une étape de formation de struvite à partir d’au moins une fraction du mélange M6 dans un réacteur de précipitation, i) une étape de récupération de struvite à la sortie du réacteur de précipitation, ledit procédé de traitement comprenant au moins une étape d’injection d’au moins un sel de magnésium dans le mélange M1 avant l’étape a) de mise sous pression et/ou lors de l’étape g) et/ou lors de l’étape h) et/ou dans le mélange M6 entre les étapes g) et h), ladite étape de mélange g) pouvant éventuellement être mise en œuvre dans le réacteur de précipitation. The invention relates to a process for treating a mixture M1 comprising at least organic matter, said process comprising: a) a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure of 150 to 300 bars, preferably between 170 and 210 bars in order to obtain a mixture M1p, b) a step of heating the mixture M1p to a temperature ranging from 250°C to 500°C making it possible to obtain a mixture M2, c) a step of separating the mixture M2 resulting from step b) in order to obtain a flow M3 enriched in inorganic material and a flow M4 depleted in inorganic material, d) a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted in inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and a liquid effluent, e) a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to separate the gas from the liquid effluent M5' comprising ammonia, f) optionally a step of enriching in ammonia at least a fraction of the liquid effluent M5' in order to obtain a flow enriched in ammonia M5” and a flow depleted in ammonia M8, g) a step of mixing (i) at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and (ii) at least a fraction of the liquid effluent M5' or at least a fraction of the enriched flow M5” obtained at the end of step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6, h) a step of forming struvite from at least a fraction of the M6 mixture in a precipitation reactor, i) a step of recovering struvite at the outlet of the precipitation reactor, said treatment process comprising at least one step injecting at least one magnesium salt into the mixture M1 before step a) of putting under pressure and/or during step g) and/or during step h) and/or in the mixing M6 between steps g) and h), said mixing step g) possibly being implemented in the precipitation reactor.
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, le sel de magnésium est choisi parmi l’hydroxyde de magnésium, l’oxyde de magnésium, le chlorure de magnésium, et leurs mélanges, de préférence parmi l’hydroxyde de magnésium et l’oxyde de magnésium, de préférence encore le sel de magnésium est l’hydroxyde de magnésium. According to one embodiment of the process of the invention, the magnesium salt is chosen from magnesium hydroxide, magnesium oxide, magnesium chloride, and mixtures thereof, preferably from magnesium hydroxide and magnesium oxide, more preferably the magnesium salt is magnesium hydroxide.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend en amont de l’étape a), une étape d’hydrolyse du mélange M1 mise en œuvre à une température allant de 70 à 165°C et à une pression allant de 2 à 8 bars, permettant d’obtenir un mélange M1h qui sera ensuite mis sous pression à l’étape a). According to one embodiment of the invention, the process comprises, upstream of step a), a step of hydrolysis of the mixture M1 carried out at a temperature ranging from 70 to 165°C and at a pressure ranging from 2 at 8 bars, making it possible to obtain a mixture M1h which will then be put under pressure in step a).
Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend un échange de chaleur entre le mélange M5 issu de l’étape d) et le mélange M1 ou M 1 p ou M 1 h en amont de l’étape de chauffage b). According to one embodiment of the invention, the method comprises a heat exchange between the mixture M5 resulting from step d) and the mixture M1 or M 1 p or M 1 h upstream of the heating step b) .
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, le mélange M1 comprend de 5 à 50% en poids de matières solides, de préférence de 15 à 25% en poids de matière solides, par rapport au poids total du mélange M1. According to one embodiment of the process of the invention, the mixture M1 comprises from 5 to 50% by weight of solid materials, preferably from 15 to 25% by weight of solid materials, relative to the total weight of the mixture M1.
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, le flux enrichi en sels issu de l’étape c) comprend du phosphore, de préférence en une proportion allant de 1 à 20% en poids, par rapport au poids sec total du flux enrichi en matière inorganique M3. According to one embodiment of the process of the invention, the stream enriched in salts from step c) comprises phosphorus, preferably in a proportion ranging from 1 to 20% by weight, relative to the total dry weight of the stream enriched with inorganic matter M3.
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, l’effluent liquide M5’ comprend de 1 à 20 g/l d’ammoniaque. According to one embodiment of the process of the invention, the liquid effluent M5' comprises from 1 to 20 g/l of ammonia.
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, l’étape d’enrichissement en ammoniaque f) est mise en œuvre à l’aide de chaleur. According to one embodiment of the process of the invention, the ammonia enrichment step f) is carried out using heat.
De préférence, la chaleur vient du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale d). Preferably, the heat comes from the M5 mixture resulting from hydrothermal gasification d).
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, l’étape d’enrichissement en ammoniaque f) permet d’obtenir une concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5” au moins 1 ,5 fois supérieure à la concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5’, de préférence une concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5” au moins 2 fois supérieure à la concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5’, voire une concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5” au moins 5 fois supérieure à la concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5’. According to one embodiment of the process of the invention, the ammonia enrichment step f) makes it possible to obtain an ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least 1.5 times greater than the ammonia concentration in the liquid effluent M5', preferably an ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least twice greater than the ammonia concentration in the liquid effluent M5', or even a ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least 5 times higher than the ammonia concentration in the liquid effluent M5’.
Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, moins de 75% du volume, de préférence moins de 50% du volume, de l’effluent liquide M5’ issu de l’étape e) ou de l’effluent liquide M5” issu de l’étape f) lorsqu’elle est mise en œuvre, est mis en mélange lors de l’étape g). According to one embodiment of the process of the invention, less than 75% of the volume, preferably less than 50% of the volume, of the liquid effluent M5' from step e) or of the liquid effluent M5” from step f) when it is implemented, is mixed during step g).
L’invention a également pour objet une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention, ladite installation comprenant : une pompe de mise sous pression 3 alimentée par le mélange M1 et comportant une sortie pour le mélange M1p, The invention also relates to an installation for implementing the treatment method according to the invention, said installation comprising: a pressurization pump 3 supplied by the mixture M1 and comprising an outlet for the mixture M1p,
Un dispositif de chauffage 2 comportant une entrée permettant d’introduire le mélange M1p éventuellement en mélange avec un sel de magnésium Mg et comportant une sortie pour le mélange M2, A heating device 2 comprising an inlet making it possible to introduce the mixture M1p possibly mixed with a magnesium salt Mg and comprising an outlet for the mixture M2,
Un dispositif de séparation 5 alimenté par au moins une fraction du mélange M2 et comportant une sortie de flux M3 enrichi en matière inorganique et une sortie de flux M4 appauvri en matière inorganique, A separation device 5 supplied with at least a fraction of the mixture M2 and comprising an outlet of flow M3 enriched in inorganic material and an outlet of flow M4 depleted of inorganic material,
Un réacteur de gazéification hydrothermale 8 alimenté par au moins une fraction du flux M4 issu du dispositif de séparation 5 et comportant une sortie de mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide, A hydrothermal gasification reactor 8 supplied by at least a fraction of the flow M4 coming from the separation device 5 and comprising a mixture outlet M5 comprising gas and a liquid effluent,
Un dispositif de refroidissement et de séparation 9 en aval du réacteur de gazéification (8), alimenté par au moins une fraction du mélange M5 issu du réacteur 8 et comportant au moins une sortie pour un effluent gazeux et au moins une sortie pour un effluent liquide M5’, Eventuellement un dispositif d’enrichissement en ammoniaque 10 alimenté par au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ et comportant une sortie pour le flux enrichi M5’ et une sortie pour le flux appauvri M8, Eventuellement un dispositif de mélange 6 alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif 5 et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ issu du dispositif 9 ou au moins une fraction du flux M5” issu du dispositif 10, et comportant au moins une sortie pour le mélange M6, A cooling and separation device 9 downstream of the gasification reactor (8), supplied with at least a fraction of the mixture M5 from the reactor 8 and comprising at least one outlet for a gaseous effluent and at least one outlet for a liquid effluent M5', possibly an ammonia enrichment device 10 supplied with at least a fraction of the liquid effluent M5' and comprising an outlet for the enriched flow M5' and an outlet for the depleted flow M8, optionally a mixing device 6 supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the device 5 and by (ii) at least a fraction of the flow M5' coming from the device 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the device 10, and comprising at least minus one output for the M6 mixture,
Un réacteur de précipitation 7 comportant au moins une entrée et au moins une sortie, ledit réacteur de précipitation 7 pouvant être alimenté : o Soit par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif de séparation 5 et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ issu du dispositif de refroidissement et de détente 9 ou au moins une fraction du flux M5” issu du dispositif d’enrichissement 10, o Soit par le flux M6 issu du dispositif de mélange 6 lorsqu’il est présent,A precipitation reactor 7 comprising at least one inlet and at least one outlet, said precipitation reactor 7 being able to be supplied: o Either by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at at least a fraction of the flow M5' coming from the cooling and expansion device 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10, o Either by the flow M6 coming from the mixing device 6 when it is present,
- Au moins un dispositif d’injection situé : o en amont de la pompe de mise sous pression 3 et/ou o dans le dispositif de mélange 6 et/ou o en aval du dispositif de mélange 6 et en amont du réacteur de précipitation 7, et/ou o dans le réacteur de précipitation 7. - At least one injection device located: o upstream of the pressurization pump 3 and/or o in the mixing device 6 and/or o downstream of the mixing device 6 and upstream of the precipitation reactor 7 , and/or o in the precipitation reactor 7.
Selon un mode de réalisation, l’installation selon l’invention comprend en outre au moins un réacteur d’hydrolyse 4 en amont de la pompe de mise sous pression 3, ledit réacteur d’hydrolyse comportant au moins une entrée pour le mélange M1 et au moins une sortie pour l’hydrolysat M1h, ledit hydrolysat M1h alimentant la pompe de mise sous pression 3. According to one embodiment, the installation according to the invention further comprises at least one hydrolysis reactor 4 upstream of the pressurization pump 3, said hydrolysis reactor comprising at least one inlet for the mixture M1 and at least one outlet for the hydrolyzate M1h, said hydrolyzate M1h supplying the pressurization pump 3.
L’invention permet de récupérer le phosphore sous forme de struvite à partir des boues issues du traitement de l'eau par un procédé direct, avec un rendement optimum, une gestion optimisée de la chaleur et une génération réduite de dépôts dans les canalisations. The invention makes it possible to recover phosphorus in the form of struvite from sludge resulting from water treatment by a direct process, with optimum efficiency, optimized heat management and reduced generation of deposits in pipes.
Le procédé de l’invention permet également de réduire la quantité de métaux lourds susceptible d’être récupéré avec le phosphore. The process of the invention also makes it possible to reduce the quantity of heavy metals likely to be recovered with the phosphorus.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[Fig. 1] est une représentation schématique d’un procédé de traitement selon l’invention. [Fig. 1] is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
[Fig. 2] est une représentation schématique d’un procédé de traitement selon l’invention. [Fig. 2] is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
[Fig. 3] est une représentation schématique d’un procédé de traitement selon l’invention. [Fig. 3] is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
[Fig. 4] est une représentation schématique d’un procédé de traitement selon l’invention. [Fig. 4] is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
[Fig. 5] est une représentation schématique d’un procédé de traitement selon l’invention. [Fig. 5] is a schematic representation of a treatment method according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
L’invention concerne un procédé de traitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant : a. une étape de mise sous pression du mélange M1 à une pression de 150 à 300 bars, de préférence entre 170 et 210 bars afin d’obtenir un mélange M1p, b. une étape de chauffage du mélange M1p à une température allant de 250°C à 500°C, de préférence de 350°C à 450°C, permettant d’obtenir un mélange M2, c. une étape de séparation du mélange M2 issu de l’étape b) qui permet d’obtenir un flux enrichi en matière inorganique M3 et un flux appauvri en matière inorganique M4, d. une étape de gazéification hydrothermale mise en œuvre sur le flux appauvri en matière inorganique M4 afin d’obtenir un mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide aqueux, e. une étape de refroidissement et de séparation d’au moins une fraction du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale de l’étape d) afin de séparer le gaz de l’effluent liquide M5’ comprenant de l’ammoniaque, f. éventuellement une étape d’enrichissement en ammoniaque d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ issu de l’étape e) afin d’obtenir un flux liquide enrichi M5” en ammoniaque, g. une étape de mélange : d’au moins une fraction du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) et d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ comprenant de l’ammoniaque obtenu à l’issue de l’étape e) ou d’au moins une fraction du flux enrichi M5” obtenu à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente, afin d’obtenir un mélange M6, h. une étape de formation de struvite à partir d’au moins une fraction du mélange du mélange M6 dans un réacteur de précipitation, i. une étape de récupération de struvite à la sortie du réacteur de précipitation, ledit procédé de traitement comprenant au moins une étape d’injection d’au moins un sel de magnésium dans le mélange M1 avant l’étape a) de mise sous pression et/ou lors de l’étape g) et/ou lors de l’étape h) et/ou dans le mélange M6 entre les étapes g) et h), ladite étape de mélange g) pouvant éventuellement être mise en œuvre dans le réacteur de précipitation. The invention relates to a process for treating a mixture M1 comprising at least organic matter, said process comprising: a. a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure of 150 to 300 bars, preferably between 170 and 210 bars in order to obtain a mixture M1p, b. a step of heating the mixture M1p to a temperature ranging from 250°C to 500°C, preferably from 350°C to 450°C, making it possible to obtain a mixture M2, c. a step of separating the mixture M2 from step b) which makes it possible to obtain a flow enriched in inorganic material M3 and a flow depleted in inorganic material M4, d. a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted of inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and an aqueous liquid effluent, e. a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to separate the gas from the liquid effluent M5' comprising ammonia, f. optionally a step of enriching in ammonia at least a fraction of the liquid effluent M5' from step e) in order to obtain a liquid stream enriched M5” in ammonia, g. a step of mixing: at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and at least a fraction of the liquid effluent M5' comprising ammonia obtained at the outcome of step e) or at least a fraction of the enriched flow M5” obtained at the end of step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6, h. a step of forming struvite from at least a fraction of the mixture of mixture M6 in a precipitation reactor, i. a struvite recovery step at the outlet of the precipitation reactor, said treatment process comprising at least one step of injecting at least one magnesium salt into the mixture M1 before step a) of pressurization and/ or during step g) and/or during step h) and/or in the mixture M6 between steps g) and h), said mixing step g) possibly being implemented in the reactor of precipitation.
Au sens de la présente invention, l’expression « au moins une fraction de X » a le même sens que l’expression « tout ou partie de X ». Lorsqu’il s’agit d’une partie d’un mélange ou d’un flux ou d’un gaz, cette expression se réfère à une certaine proportion dudit mélange ou dudit flux ou dudit gaz. Par exemple, au sens de cette expression « chaque fraction du mélange » ou « chaque fraction du flux » ou « chaque fraction du gaz » aura la même composition. For the purposes of the present invention, the expression “at least a fraction of X” has the same meaning as the expression “all or part of X”. When it concerns a part of a mixture or a flow or a gas, this expression refers to a certain proportion of said mixture or of said flow or of said gas. For example, in the sense of this expression “each fraction of the mixture” or “each fraction of the flow” or “each fraction of the gas” will have the same composition.
Ainsi, au sens de la présente invention, l’expression « étape X mise en œuvre sur la totalité du flux M issu de l’étape Y » signifie que les étapes X et Y sont successives et qu’il n’y a pas d’étape intermédiaire de séparation entre les étapes X et Y, étant entendu qu’il pourrait y avoir un refroidissement/chauffage du flux M entre les étapes X et Y, notamment par échange de chaleur pouvant éventuellement impliquer un échange de flux. Mélange M1 comprenant au moins de la matière organique Thus, for the purposes of the present invention, the expression "step intermediate stage of separation between stages X and Y, it being understood that there could be cooling/heating of the flow M between stages X and Y, in particular by heat exchange which could possibly involve an exchange of flows. Mixture M1 comprising at least organic matter
Le mélange M1 comprend au moins de la matière organique. Typiquement, le mélange M1 comprend en outre de la matière inorganique. The mixture M1 comprises at least organic matter. Typically, the mixture M1 also comprises inorganic material.
Parmi la matière inorganique, on peut citer les sels comprenant les anions tels que les phosphates, sulfates, chlorures, carbonates et hydrocarbonates avec comme contre ions par exemple le sodium, le magnésium, le calcium l’ammonium et les métaux. Among the inorganic matter, we can cite salts comprising anions such as phosphates, sulfates, chlorides, carbonates and hydrocarbonates with as counter ions for example sodium, magnesium, calcium, ammonium and metals.
Le mélange M1 peut par exemple être choisi parmi les boues primaires, biologiques, mixtes ou digérées des stations d'épuration municipales et industrielles. The mixture M1 can for example be chosen from primary, biological, mixed or digested sludge from municipal and industrial wastewater treatment plants.
Selon un mode de réalisation, le mélange M1 comprend de 5 à 50% en poids de matières solides, de préférence de 15 à 25% en poids de matière solides, par rapport au poids total du mélange M1. According to one embodiment, the mixture M1 comprises from 5 to 50% by weight of solid materials, preferably from 15 to 25% by weight of solid materials, relative to the total weight of the mixture M1.
Selon un mode de réalisation, au moins un sel de magnésium est ajouté au mélange M1 de telle façon que le magnésium soit en proportion stoechiométrique ou en proportion sur- stœchiométrique. Ainsi, de préférence le ratio molaire Mg/P dans le mélange M1 après ajout du sel de magnésium va de 1/1 à 1 ,3/1. According to one embodiment, at least one magnesium salt is added to the mixture M1 in such a way that the magnesium is in a stoichiometric proportion or in a super-stoichiometric proportion. Thus, preferably the Mg/P molar ratio in the mixture M1 after addition of the magnesium salt ranges from 1/1 to 1.3/1.
Ainsi, on peut prévoir une mesure de la teneur en phosphore dans le mélange M1 avant sa mise en œuvre dans l’étape de mise sous pression a). En effet, la mesure de la teneur en phosphore se fera typiquement à pression atmosphérique. Thus, we can provide a measurement of the phosphorus content in the mixture M1 before its implementation in the pressurization step a). Indeed, the measurement of the phosphorus content will typically be done at atmospheric pressure.
L’ajout du sel de magnésium est réalisé de préférence en amont de l’étape de mise sous pression a). The addition of the magnesium salt is preferably carried out upstream of the pressurization step a).
Le sel de magnésium peut être choisi parmi l’hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2), l’oxyde de magnésium (MgO) ou le chlorure de magnésium (MgCI2). De préférence, le sel de magnésium est l’hydroxyde de magnésium. The magnesium salt can be chosen from magnesium hydroxide (Mg(OH)2), magnesium oxide (MgO) or magnesium chloride (MgCI2). Preferably, the magnesium salt is magnesium hydroxide.
Le sel de magnésium peut être ajouté dans un dispositif de mélange alimenté d’une part par le flux de mélange M1 et d’autre part par le flux de sel de magnésium. The magnesium salt can be added to a mixing device supplied on the one hand by the mixing flow M1 and on the other hand by the magnesium salt flow.
Eventuelle étape d’hydrolyse et éventuelle étape de broyage Possible hydrolysis step and possible grinding step
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend une étape d’hydrolyse du mélange M1 en amont de l’étape de mise sous pression a). According to one embodiment, the process according to the invention comprises a step of hydrolysis of the mixture M1 upstream of the pressurizing step a).
L’étape d’hydrolyse peut être mise en œuvre à une température allant de 70 à 165°C et à une pression allant de 2 à 8 bars. The hydrolysis step can be carried out at a temperature ranging from 70 to 165°C and at a pressure ranging from 2 to 8 bars.
L’étape d’hydrolyse permet de diminuer la viscosité du mélange. Ainsi, l’étape d’hydrolyse permet d’obtenir un mélange M1 h aussi appelé hydrolysat. L’étape d’hydrolyse permet de dégrader la matière organique, en particulier elle permet de casser les liaisons chimiques et de dépolymériser la matière organique par effet de l’eau. The hydrolysis step makes it possible to reduce the viscosity of the mixture. Thus, the hydrolysis step makes it possible to obtain a mixture M1 h also called hydrolyzate. The hydrolysis step makes it possible to degrade the organic matter, in particular it makes it possible to break the chemical bonds and to depolymerize the organic matter by the effect of water.
Le mélange M1 h aura typiquement une viscosité au moins 2 fois plus faible, de préférence au moins 4 fois plus faible, de préférence encore au moins 10 fois plus faible que la viscosité du mélange M1. The mixture M1 h will typically have a viscosity at least 2 times lower, preferably at least 4 times lower, more preferably at least 10 times lower than the viscosity of the mixture M1.
Ainsi, le ratio entre la viscosité du mélange M1 et la viscosité du mélange M1h est d’au moins 2, de préférence d’au moins 4, de préférence encore d’au moins 10. Thus, the ratio between the viscosity of the mixture M1 and the viscosity of the mixture M1h is at least 2, preferably at least 4, more preferably at least 10.
La viscosité définie dans le cadre de la présente invention est une viscosité cinématique mesurée à la même température (20°C par exemple) en utilisant les rhéomètres adaptés à la viscosité à mesurer (cylindre - cylindre, plan-plan) et en mesurant au même cisaillement (en s-1) les deux viscosités en veillant typiquement à supprimer les problématiques de turbulence et au respect des règles rhéologiques (par exemple écartement entre cylindre en fonction de la granulométrie). The viscosity defined in the context of the present invention is a kinematic viscosity measured at the same temperature (20°C for example) using rheometers adapted to the viscosity to be measured (cylinder - cylinder, plane-plane) and measuring at the same shear (in s -1 ) the two viscosities, typically taking care to eliminate the problems of turbulence and to respect the rheological rules (for example spacing between cylinders depending on the particle size).
L’étape d’hydrolyse mise en œuvre sur le mélange M1 peut être mise en œuvre dans un ou plusieurs réacteurs d’hydrolyse en parallèle ou en série. The hydrolysis step implemented on the mixture M1 can be implemented in one or more hydrolysis reactors in parallel or in series.
Ladite étape d’hydrolyse permet d’hydrolyser le mélange M1 grâce notamment au maintien d’un temps de séjour hydraulique moyen aux températures et aux pressions souhaitées (de préférence, des températures allant de 70 à 165°C et pressions allant de 2 à 8 bars), étant entendu que si l’étape d’hydrolyse est mise en œuvre dans plusieurs réacteurs d’hydrolyse, la température peut être identique ou différente dans les différents réacteurs, de même, la pression peut être identique ou différente dans les différents réacteurs. Said hydrolysis step makes it possible to hydrolyze the mixture M1 thanks in particular to maintaining an average hydraulic residence time at the desired temperatures and pressures (preferably, temperatures ranging from 70 to 165°C and pressures ranging from 2 to 8 bars), it being understood that if the hydrolysis step is carried out in several hydrolysis reactors, the temperature may be identical or different in the different reactors, likewise, the pressure may be identical or different in the different reactors .
Avantageusement, l’étape d’hydrolyse mettra en œuvre une étape de récupération d’énergie interne, permettant ainsi de minimiser la consommation thermique de l’hydrolyse. Par exemple, il pourrait y avoir une boucle de recirculation d’énergie de l’hydrolysat chaud vers le produit à hydrolyser froid via par exemple par production de vapeur de détente de l’hydrolysat chaud et injection dans le produit à hydrolyser froid ou échange thermique. Advantageously, the hydrolysis step will implement an internal energy recovery step, thus making it possible to minimize the thermal consumption of the hydrolysis. For example, there could be an energy recirculation loop from the hot hydrolyzate to the cold product to be hydrolyzed via, for example, production of expansion steam from the hot hydrolyzate and injection into the cold product to be hydrolyzed or heat exchange. .
A la sortie de l’étape d’hydrolyse, un hydrolysat M1h est obtenu, ledit hydrolysat M1 h n’est pas nécessairement aux températures et pressions souhaitées pour l’hydrolyse. En effet, avant la sortie de l’étape d’hydrolyse, l’hydrolysat pourrait éventuellement subir une étape de refroidissement et/ou de détente. At the exit of the hydrolysis step, a hydrolyzate M1h is obtained, said hydrolyzate M1h is not necessarily at the desired temperatures and pressures for hydrolysis. Indeed, before leaving the hydrolysis stage, the hydrolyzate could possibly undergo a cooling and/or relaxation stage.
En particulier, par exemple si l’hydrolyse est mise en œuvre à une température élevée, par exemple allant de 100 à 165°C, alors il pourrait être souhaitable de refroidir l’hydrolysat par exemple jusqu’à une température inférieure à 90°C, de sorte à ce que le flux M1h ait une température plus faible pour la mise sous pression dans l’étape a) du procédé de l’inventionIn particular, for example if the hydrolysis is carried out at a high temperature, for example ranging from 100 to 165°C, then it could be desirable to cool the hydrolyzate for example to a temperature below 90°C. , so that the flow M1h has a lower temperature for pressurization in step a) of the process of the invention
L’extraction de l’hydrolysat M1h peut être contrôlée par une mesure de la viscosité. Selon un mode de réalisation, une quantité contrôlée de vapeur peut être injectée dans le(s) réacteur(s) d’hydrolyse et diffusée à travers le mélange M1. Ce contrôle peut être effectué par une mesure de la température dans le réacteur d’hydrolyse. Ainsi, lorsque la température de consigne est atteinte, l’injection de vapeur peut être stoppée. The extraction of the M1h hydrolyzate can be controlled by measuring the viscosity. According to one embodiment, a controlled quantity of steam can be injected into the hydrolysis reactor(s) and diffused through the mixture M1. This control can be carried out by measuring the temperature in the hydrolysis reactor. Thus, when the set temperature is reached, the steam injection can be stopped.
La vapeur peut être injectée : en amont de l’hydrolyse dans l’entrée avec un mélangeur type mélangeur dynamique, et/ou directement dans le réacteur d’hydrolyse, préférentiellement en partie basse de manière tangentielle pour éviter les bouchages de boues, et/ou dans une boucle de recirculation de la boue hydrolysée. The steam can be injected: upstream of the hydrolysis in the inlet with a dynamic mixer type mixer, and/or directly into the hydrolysis reactor, preferably in the lower part in a tangential manner to avoid sludge blockages, and/ or in a hydrolyzed sludge recirculation loop.
Selon un mode de réalisation, lors de l’hydrolyse, le mélange M1 est mélangé, par exemple il est agité. According to one embodiment, during hydrolysis, the mixture M1 is mixed, for example it is stirred.
Le réacteur d’hydrolyse peut être un réacteur batch éventuellement agité. The hydrolysis reactor can be a batch reactor, optionally stirred.
Selon un mode de réalisation mettant en œuvre une étape d’hydrolyse, au moins un sel de magnésium est ajouté dans le mélange M1 à traiter avant l’entrée dans le dispositif d’hydrolyse. According to one embodiment implementing a hydrolysis step, at least one magnesium salt is added to the mixture M1 to be treated before entering the hydrolysis device.
Selon un autre mode de réalisation mettant en œuvre une étape d’hydrolyse, au moins un sel de magnésium est ajouté dans le mélange M1h en aval du dispositif d’hydrolyse. According to another embodiment implementing a hydrolysis step, at least one magnesium salt is added to the mixture M1h downstream of the hydrolysis device.
Avant la mise sous pression, le procédé de traitement peut éventuellement comprendre une étape de broyage, de préférence un broyage mécanique. Before pressurization, the treatment process may optionally include a grinding step, preferably mechanical grinding.
Lorsqu’elle est présente, l’étape de broyage du mélange M1 peut être mis en œuvre avant, pendant ou après l’hydrolyse lorsque cette dernière est présente. Dans ce dernier cas, le broyage est alors mis en œuvre sur le mélange M1h. When present, the step of grinding the mixture M1 can be carried out before, during or after hydrolysis when the latter is present. In the latter case, grinding is then carried out on the M1h mixture.
Lorsque le procédé de l’invention met en œuvre une étape d’hydrolyse combinée à une étape de broyage, alors le procédé de l’invention pourra éventuellement comprendre une étape de recirculation d’au moins une fraction de l’hydrolysat broyé à l’entrée de l’étape d’hydrolyse. When the process of the invention implements a hydrolysis step combined with a grinding step, then the process of the invention may possibly comprise a step of recirculating at least a fraction of the hydrolyzate ground with the entry to the hydrolysis stage.
Selon un mode de réalisation, le(s) réacteur(s) d’hydrolyse comprennent une boucle de recirculation munie d’un dispositif de broyage, permettant d’introduire au moins une fraction de l’hydrolysat dans ledit dispositif de broyage et de retourner au moins une fraction, de préférence la totalité, de l’hydrolysat ainsi broyé, à l’entrée de l’étape d’hydrolyse. Cette étape de broyage a pour objectif de diminuer la granulométrie du mélange M1 , typiquement pour que la granulométrie de la fraction solide soit inférieure à 1000 pm de préférence inférieure à 500 pm, de préférence inférieure à 100pm. According to one embodiment, the hydrolysis reactor(s) comprise a recirculation loop provided with a grinding device, making it possible to introduce at least a fraction of the hydrolyzate into said grinding device and to return at least a fraction, preferably all, of the hydrolyzate thus crushed, at the entrance to the hydrolysis step. The objective of this grinding step is to reduce the particle size of the mixture M1, typically so that the particle size of the solid fraction is less than 1000 pm, preferably less than 500 pm, preferably less than 100 pm.
On entend une granulométrie “inférieure à X pm” le fait que 95% des particules solides soient retenues au tamis de maille carrée de X pm et que les 5% restantes n’aient pas une taille supérieure à 3 fois X pm. A particle size “less than X pm” means the fact that 95% of the solid particles are retained in the square mesh sieve of
Outre la réduction de granulométrie qui permet de minimiser les bouchages aval, l'étape de broyage permet une homogénéisation du mélange M1 et une réduction de la viscosité qui permettront une bien meilleure maitrise des paramètres process du fonctionnement de la gazéification hydrothermale. In addition to the reduction in particle size which makes it possible to minimize downstream blockages, the grinding step allows homogenization of the M1 mixture and a reduction in viscosity which will allow much better control of the process parameters of the operation of hydrothermal gasification.
Au même titre que l’étape d’hydrolyse, le broyage et la diminution de la taille des particules contribue elle aussi à l’homogénéisation de la biomasse. In the same way as the hydrolysis stage, grinding and the reduction in particle size also contribute to the homogenization of the biomass.
Dans les réacteurs mettant en œuvre de fortes pressions, il est difficile d’avoir une agitation mécanique, la baisse de la viscosité mise en œuvre grâce à l’étape d’hydrolyse et l’étape de broyage permet en outre d’améliorer la turbulence interne et donc d’améliorer l’homogénéisation dans les réacteurs sous pression. In reactors using high pressures, it is difficult to have mechanical agitation; the reduction in viscosity implemented thanks to the hydrolysis step and the grinding step also makes it possible to improve turbulence. internal and therefore improve homogenization in pressure reactors.
Etape de mise sous pression a) Pressurization stage a)
Le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de mise sous pression du mélange M1 à une pression allant de 150 à 350 bars, ledit mélange M1 ayant été éventuellement préalablement mélangé avec au moins un sel de magnésium. The treatment process according to the invention comprises a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure ranging from 150 to 350 bars, said mixture M1 having optionally been previously mixed with at least one magnesium salt.
Pour la mise sous pression, une pompe est prévue en début de ligne en amont du chauffage ou à la sortie du réacteur d’hydrolyse lorsqu’il est présent. For pressurization, a pump is provided at the start of the line upstream of the heating or at the outlet of the hydrolysis reactor when present.
La pompe est prévue en aval du dispositif de mélange permettant de mélanger le mélange M1 et le sel de magnésium. The pump is provided downstream of the mixing device making it possible to mix the M1 mixture and the magnesium salt.
Le mélange M1 sous pression est désigné ci-après par mélange M1p. The M1 mixture under pressure is hereinafter referred to as the M1p mixture.
Etape de chauffage b) Heating stage b)
Le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de chauffage à une température allant de 250 à 500°C, mise en œuvre sur le mélange M1 p. The treatment method according to the invention comprises a heating step at a temperature ranging from 250 to 500°C, implemented on the mixture M1 p.
L’étape de chauffage peut être mise en œuvre dans un dispositif de chauffage. Le dispositif peut être un réacteur à cuve agitée continue (terme en anglais: CSTR, continuous stirred tank reactor) ou un réacteur à écoulement tubulaire appelé également à écoulement piston (terme en anglais: plug-flow reactor). Ce réacteur peut être muni par un dispositif de chauffage externe ou chauffé via un échange avec un fluide caloporteur. L’étape de chauffage permet d’obtenir un mélange M2. The heating step can be implemented in a heating device. The device can be a continuous stirred tank reactor (CSTR, continuous stirred tank reactor) or a tubular flow reactor also called plug-flow reactor. This reactor can be equipped with an external heating device or heated via an exchange with a heat transfer fluid. The heating step makes it possible to obtain an M2 mixture.
Ainsi, les étapes a) et b) permettent d’obtenir un mélange M2 ayant une pression allant de 150 à 350 bars, de préférence de 170 à 210 bars et une température allant de 250°C à 500°C, de préférence de 350°C à 450°C. Thus, steps a) and b) make it possible to obtain a mixture M2 having a pressure ranging from 150 to 350 bars, preferably from 170 to 210 bars and a temperature ranging from 250°C to 500°C, preferably from 350 °C to 450°C.
Etape de séparation c) Separation step c)
Le procédé selon l’invention comprend une étape de séparation du mélange M2 issu de l’étape b), afin d’obtenir un flux enrichi en matière inorganique M3 et un flux appauvri en matière inorganique M4. The process according to the invention comprises a step of separating the mixture M2 resulting from step b), in order to obtain a flow enriched in inorganic material M3 and a flow depleted in inorganic material M4.
Au sens de la présente invention, on entend par « flux enrichi en matière inorganique », un flux comprenant une proportion massique de matière inorganique supérieure à la proportion massique de matière inorganique dans le mélange M2. For the purposes of the present invention, the term "flow enriched in inorganic material" means a flow comprising a mass proportion of inorganic material greater than the mass proportion of inorganic material in the mixture M2.
Au sens de la présente invention, on entend par « flux appauvri en matière inorganique », un flux comprenant une proportion massique de matière inorganique inférieure à la proportion massique de matière inorganique dans le mélange M2. For the purposes of the present invention, the term "flow depleted in inorganic material" means a flow comprising a mass proportion of inorganic material less than the mass proportion of inorganic material in the mixture M2.
L’étape de séparation est typiquement mise en œuvre dans un dispositif de séparation comportant une ligne d’amenée du mélange M2 issu de l’étape a) et deux lignes de sortie : (i) une ligne d’extraction du flux enrichi en matière inorganique M3 et (ii) une ligne d’extraction du flux appauvri en matière inorganique M4. The separation step is typically implemented in a separation device comprising a supply line for the mixture M2 from step a) and two outlet lines: (i) a line for extracting the flow enriched in material inorganic material M3 and (ii) a line for extracting the flow depleted of inorganic material M4.
Le dispositif de séparation peut être un dispositif de séparation par gravitation ou par effet hydraulique type cyclone typiquement muni en partie basse d’un système de vidange fonctionnant en continu ou par intermittence. The separation device can be a separation device by gravity or by cyclone type hydraulic effect typically provided in the lower part with a draining system operating continuously or intermittently.
Selon un mode de réalisation, le mélange M1 comprend du phosphore et le flux enrichi en matière inorganique M3 issu de l’étape c) comprend au moins 50% en poids du poids total de phosphore présent dans le mélange M1. En d’autres termes, au moins 50% en poids du phosphore présent dans le mélange M1 est récupéré dans le flux enrichi en matière inorganique M3 issu de l’étape c). According to one embodiment, the mixture M1 comprises phosphorus and the flow enriched in inorganic material M3 resulting from step c) comprises at least 50% by weight of the total weight of phosphorus present in the mixture M1. In other words, at least 50% by weight of the phosphorus present in the mixture M1 is recovered in the flow enriched in inorganic material M3 resulting from step c).
Selon un mode de réalisation, le mélange M1 comprend du phosphore et le flux M3 enrichi en sels issu de l’étape c) comprend du phosphore, de préférence en une proportion allant de 1 à 20% en poids, par rapport au poids sec total du flux enrichi en matière inorganique M3. According to one embodiment, the mixture M1 comprises phosphorus and the stream M3 enriched in salts from step c) comprises phosphorus, preferably in a proportion ranging from 1 to 20% by weight, relative to the total dry weight. of the flow enriched in inorganic matter M3.
Eventuelle étape de mise sous pression et éventuelle étape de chauffage Selon un mode de réalisation, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape supplémentaire de mise sous pression mise en œuvre sur le flux M4 en amont de l’étape de gazéification hydrothermale. Possible pressurization stage and possible heating stage According to one embodiment, the treatment method according to the invention comprises an additional pressurization step implemented on flow M4 upstream of the hydrothermal gasification step.
Selon ce mode de réalisation, de préférence, l’étape de mise sous pression a) est mise en œuvre à une pression allant de 150 à 210 bars et l’étape de mise sous pression supplémentaire permet de porter le mélange M4 issu de l’étape c) à une pression supérieure ou égale à 225 bars. According to this embodiment, preferably, the pressurization step a) is implemented at a pressure ranging from 150 to 210 bars and the additional pressurization step makes it possible to bring the mixture M4 from the step c) at a pressure greater than or equal to 225 bars.
Les procédés de gazéification hydrothermale de l’état de la technique fonctionnent avec une seule pression de fonctionnement. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le procédé de l’invention met en œuvre deux pressions de fonctionnement. Ce fonctionnement à deux pressions permet d’avoir de multiples avantages. State-of-the-art hydrothermal gasification processes operate with a single operating pressure. According to an advantageous embodiment of the invention, the method of the invention uses two operating pressures. This two-pressure operation provides multiple advantages.
D’une part, seule une fraction de l’installation est mise à très forte pression (seule la « deuxième partie », après la mise sous pression supplémentaire) donc les coûts de construction sont réduits ainsi que les contraintes d’installation. On the one hand, only a fraction of the installation is put at very high pressure (only the “second part”, after the additional pressurization) so construction costs are reduced as well as installation constraints.
D’autre part, au moment de la récupération de chaleur du flux M5 pour préchauffer le mélange M1 , M1p ou M1h, la différence de pression entre les deux flux permet de conserver une différence de température (delta T) plus importante que dans le cas où les deux pressions seraient identiques, ce qui favorise l’échange thermique. Cela permet d’avoir un delta T qui est la force de l’échange thermique plus importante dans l’échangeur et donc un échangeur plus petit. On the other hand, at the time of heat recovery from flow M5 to preheat the mixture M1, M1p or M1h, the pressure difference between the two flows makes it possible to maintain a greater temperature difference (delta T) than in the case where the two pressures would be identical, which favors heat exchange. This makes it possible to have a delta T which is the greater force of heat exchange in the exchanger and therefore a smaller exchanger.
Selon un mode de réalisation mis en œuvre, le procédé de traitement selon l’invention comprend en outre une étape de chauffage du flux M4, de préférence à une température supérieure ou égale à 300°C, de préférence encore à une température allant de 400°C à moins de 600°C. According to one embodiment implemented, the treatment method according to the invention further comprises a step of heating the flow M4, preferably at a temperature greater than or equal to 300°C, more preferably at a temperature ranging from 400°C °C to less than 600°C.
Lorsque le procédé comprend une étape de mise sous pression supplémentaire, alors de préférence, le procédé comprend également une étape de chauffage du flux M4, de préférence à une température allant de 400°C à moins de 600°C. When the process includes an additional pressurization step, then preferably, the process also includes a step of heating the flow M4, preferably to a temperature ranging from 400°C to less than 600°C.
L’étape de chauffage supplémentaire peut être mise en œuvre dans un dispositif de chauffage choisi parmi chauffage électrique ou chauffage indirect par des gaz chaud issus d’une combustion. The additional heating step can be implemented in a heating device chosen from electric heating or indirect heating by hot gases resulting from combustion.
Etape de gazéification hydrothermale d) Le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de gazéification hydrothermale mise en œuvre sur le flux appauvri en matière inorganique M4 afin d’obtenir un mélange M5 comprenant du gaz et un effluent aqueux. Hydrothermal gasification stage d) The treatment method according to the invention comprises a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted of inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and an aqueous effluent.
La gazéification hydrothermale (GH) est un procédé de dépolymérisation thermique utilisé pour convertir une matière organique présente en milieu humide en un mélange ne comprenant que de petites molécules sous une température et une pression élevées à modérées. Hydrothermal gasification (GH) is a thermal depolymerization process used to convert organic material present in a humid environment into a mixture of only small molecules under high to moderate temperature and pressure.
Au cours de la GH, le carbone et l'hydrogène d'un matériau organique sont convertis, thermochimiquement sous conditions quasi critiques ou supercritiques. Une partie est convertie en composés à faibles masses molaires solubles dans l’eau. During GH, the carbon and hydrogen of an organic material are converted, thermochemically under near-critical or supercritical conditions. A part is converted into compounds with low molar masses that are soluble in water.
Une autre partie est convertie en produits gaz tels que le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le dihydrogène (H2), le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures légers tels que l’éthane (C2H6) et le propane (C3H8). Another part is converted into gas products such as carbon dioxide (CO2), methane (CH4), dihydrogen (H2), carbon monoxide (CO), light hydrocarbons such as ethane (C2H6) and propane (C3H8).
Lors du séjour dans le réacteur de gazéification hydrothermale à des températures inférieures à 400°C, la matière organique subit, entre autres réactions, une décomposition basée sur l'hydrolyse, similaire aux réactions survenant dans le processus de liquéfaction, mais beaucoup plus rapidement. En effet, une mise en œuvre dans des conditions quasi- critiques ou supercritiques permet d'utiliser les propriétés uniques de l'eau supercritique comme solvant, qui permettent des conditions de solvatation et de réactions homogènes, conduisant à des vitesses cinétiques de réaction très élevées. En conséquence, un temps de séjour beaucoup plus court et une vitesse de chauffage beaucoup plus élevée que ceux de l'hydrolyse conventionnelle sont utilisés, limitant ou même évitant les réactions secondaires de condensation et de polymérisation responsables de la formation de bio-huile et de biochar. During the stay in the hydrothermal gasification reactor at temperatures below 400°C, the organic matter undergoes, among other reactions, decomposition based on hydrolysis, similar to the reactions occurring in the liquefaction process, but much faster. Indeed, implementation in quasi-critical or supercritical conditions makes it possible to use the unique properties of supercritical water as a solvent, which allow homogeneous solvation and reaction conditions, leading to very high reaction kinetic rates. . As a result, a much shorter residence time and much higher heating rate than those of conventional hydrolysis are used, limiting or even avoiding the secondary condensation and polymerization reactions responsible for the formation of bio-oil and biochar.
Lorsque la GH fonctionne à une température supérieure à 400°C, la décomposition radicalaire des polymères (impliquant en particulier des réactions de décarboxylation, de désamination par la rupture des liaisons C-N, et de clivage C-C ou C-O) est prédominante, tandis que le reformage à la vapeur endothermique est la principale voie de réaction pour convertir les petites molécules comportant 1 à 3 atomes de carbone en oxydes de carbone et en dihydrogène et l’azote en ammoniaque. When GH operates at a temperature above 400°C, radical decomposition of polymers (involving in particular decarboxylation reactions, deamination by breaking C-N bonds, and C-C or C-O cleavage) is predominant, while reforming Endothermic steam is the primary reaction pathway for converting small molecules with 1 to 3 carbon atoms into carbon oxides and dihydrogen and nitrogen into ammonia.
Le méthane est également produit par méthanation du CO et du CO2, à l’aide de dihydrogène. Methane is also produced by methanation of CO and CO2, using dihydrogen.
En conséquence, la GH peut être considérée comme un processus de décomposition transformant les résidus organiques présents dans le flux M4 en une matière plus facilement biodégradable et en de l’ammoniaque dissous dans la phase liquide. Les conditions de traitement (en particulier la température, la pression, et dans une moindre mesure le temps de séjour) du GH peuvent être ajustées pour non seulement produire une fraction gazeuse contenant du CH4, du CO, du CO2 et du H2 (gaz de synthèse), mais aussi de produire un effluent aqueux, contenant majoritairement d’un côté des composés facilement digérables, notamment des acides carboxyliques et de l’autre côté l’ammoniaque sous forme de sel d’ammonium des acides carboniques produits. Consequently, GH can be considered as a decomposition process transforming the organic residues present in the M4 stream into a more easily biodegradable material and into ammonia dissolved in the liquid phase. The processing conditions (in particular the temperature, pressure, and to a lesser extent the residence time) of the GH can be adjusted to not only produce a gas fraction containing CH4, CO, CO2 and H2 (gas synthesis), but also to produce an aqueous effluent, containing mainly on one side easily digestible compounds, in particular carboxylic acids and on the other side ammonia in the form of ammonium salt of the carbonic acids produced.
Il convient de noter que la GH est différente de la liquéfaction hydrothermale (HTL), en particulier en ce que le taux de conversion et le niveau de décomposition de la matière organique dans la HTL ne sont pas aussi élevés que dans la GH, même lorsque la GH est exploité sous des conditions de températures modérées. It should be noted that GH is different from hydrothermal liquefaction (HTL), particularly in that the conversion rate and level of decomposition of organic matter in HTL are not as high as in GH, even when GH is operated under moderate temperature conditions.
En conditions HTL, l'eau contient encore des ions HO- et H3O+ qui initient l'hydrolyse de la matière organique. Under HTL conditions, water still contains HO- and H3O+ ions which initiate the hydrolysis of organic matter.
L'hydrolyse n'a lieu qu'en surface des composés cellulosiques contenus dans la fraction organique qui se dissout très peu dans le milieu sous-critique donnant des conversions assez faibles en décomposition. Hydrolysis only takes place on the surface of the cellulose compounds contained in the organic fraction which dissolves very little in the subcritical medium giving fairly low conversions in decomposition.
Les réactions de condensation (comprenant principalement la condensation d'Aldol, l'alkylation ou l'acylation de Friedel-Craft) des intermédiaires sont une voie de réaction importante, conduisant à la formation d'un biobrut qui est une huile (également appelée biohuile) qui peut être utilisée comme carburant, c'est-à-dire le biobrut contient des molécules organiques contenant 5 atomes de carbone ou plus, généralement de 8 à 16 atomes de carbone. En revanche, le produit liquide de GH contient principalement des composés facilement biodégradables. Condensation reactions (mainly including Aldol condensation, alkylation or Friedel-Craft acylation) of intermediates are an important reaction pathway, leading to the formation of a biocrude which is an oil (also called bio-oil ) which can be used as fuel, i.e. biocrude contains organic molecules containing 5 or more carbon atoms, generally 8 to 16 carbon atoms. In contrast, GH's liquid product mainly contains easily biodegradable compounds.
La GH se distingue de la pyrolyse en ce qu'elle est opérée dans un milieu contenant de l'eau, l'eau étant dans un état supercritique ou quasi-critique. GH differs from pyrolysis in that it is carried out in a medium containing water, the water being in a supercritical or quasi-critical state.
La GH se distingue de la gazéification « conventionnelle » des matières organiques en ce que la gazéification « conventionnelle » réduit le rapport massique carbone/hydrogène (C/H), ce qui conduit à des produits à pouvoir calorifique accru, dont un gaz majoritairement composé de gaz de synthèse (mélange de H2 /CO), bio-huile et/ou solide carboné (char). GH differs from “conventional” gasification of organic materials in that “conventional” gasification reduces the carbon/hydrogen (C/H) mass ratio, which leads to products with increased calorific value, including a gas predominantly composed synthesis gas (mixture of H2 /CO), bio-oil and/or carbonaceous solid (char).
Dans le procédé de traitement selon l’invention, l’étape de gazéification hydrothermale est typiquement mise en œuvre dans un réacteur de gazéification hydrothermale, alimenté en entrée par au moins une fraction de flux appauvri en matière inorganique M4 et comportant une sortie M5, le flux appauvri en matière inorganique M4 peut être issu directement du dispositif de séparation ou issu de l’éventuelle étape de chauffage supplémentaire mise en œuvre sur au moins une fraction du flux M4. In the treatment process according to the invention, the hydrothermal gasification step is typically implemented in a hydrothermal gasification reactor, fed at the inlet by at least a fraction of flow depleted of inorganic material M4 and comprising an outlet M5, the flow depleted in inorganic material M4 can come directly from the separation device or from the possible additional heating step implemented on at least a fraction of the flow M4.
Selon un mode de réalisation, le réacteur de gazéification est un réacteur tubulaire. De préférence, l’étape de gazéification hydrothermale est mise en œuvre à une température inférieure à 600°C, de préférence à une température allant de 350°C à moins de 600°C, de préférence encore allant de 450 à moins de 600°C. According to one embodiment, the gasification reactor is a tubular reactor. Preferably, the hydrothermal gasification step is carried out at a temperature below 600°C, preferably at a temperature ranging from 350°C to less than 600°C, more preferably ranging from 450 to less than 600°C. vs.
De préférence, l’étape de gazéification hydrothermale est mise en œuvre à une pression supérieure ou égale à 220 bars, de préférence supérieure ou égale à 250 bars. Preferably, the hydrothermal gasification step is carried out at a pressure greater than or equal to 220 bars, preferably greater than or equal to 250 bars.
De préférence, le temps de séjour (global) du flux appauvri en matière inorganique M4 dans l'étape d) de GH va typiquement de 1 min à 20 min, de préférence de 2 min à 10 min, plus préférentiellement de 3 à 5 min. Preferably, the (overall) residence time of the flow depleted of inorganic material M4 in step d) of GH typically ranges from 1 min to 20 min, preferably from 2 min to 10 min, more preferably from 3 to 5 min .
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape de gazéification hydrothermale est mise en œuvre en présence d’un catalyseur. De préférence, le catalyseur est choisi parmi des métaux sur charbon actif, par exemple de type ruthénium, nickel, palladium ou platine. According to a preferred embodiment, the hydrothermal gasification step is carried out in the presence of a catalyst. Preferably, the catalyst is chosen from metals on activated carbon, for example of the ruthenium, nickel, palladium or platinum type.
Le catalyseur peut être sous forme d’un lit de particules solides au sein du réacteur de gazéification. The catalyst can be in the form of a bed of solid particles within the gasification reactor.
Grâce à l’étape de séparation c) du procédé de l’invention permettant d’éliminer des composés dits « poisons », le catalyseur éventuellement utilisé lors de l’étape de gazéification hydrothermale ne sera pas détérioré par ces composés nocifs pouvant endommager, notamment désactiver, le catalyseur. Thanks to separation step c) of the process of the invention making it possible to eliminate so-called “poison” compounds, the catalyst possibly used during the hydrothermal gasification step will not be deteriorated by these harmful compounds which can damage, in particular deactivate the catalyst.
Etape de refroidissement et de séparation e) Cooling and separation stage e)
Le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de refroidissement et de séparation d’au moins une fraction du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale de l’étape d) afin d’obtenir un effluent gazeux et un effluent liquide comprenant de l’ammoniaque. The treatment process according to the invention comprises a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to obtain a gaseous effluent and a liquid effluent comprising 'ammonia.
L’étape de refroidissement permet de porter le mélange M5 à une température inférieure ou égale à 200°C de préférence inférieure ou égale à 120°C, de préférence allant de 50 à 120°C. The cooling step makes it possible to bring the M5 mixture to a temperature less than or equal to 200°C, preferably less than or equal to 120°C, preferably ranging from 50 to 120°C.
Le dispositif de refroidissement peut être choisi parmi un échangeur de chaleur, flash, scrubber, cycle de rankine. The cooling device can be chosen from a heat exchanger, flash, scrubber, rankine cycle.
L’étape de séparation peut être mise en œuvre dans un système de détente permettant d’obtenir un effluent liquide M5’ d’une part et un effluent gazeux d’autre part. The separation step can be implemented in an expansion system making it possible to obtain a liquid effluent M5' on the one hand and a gaseous effluent on the other hand.
Selon un mode de réalisation, l’effluent liquide M5’ comprend de 1 à 20 g/l d’ammoniaque According to one embodiment, the liquid effluent M5' comprises from 1 to 20 g/l of ammonia
Eventuelle étape d’enrichissement en ammoniaque f) Selon un mode de réalisation, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape d’enrichissement en ammoniaque d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ comprenant de l’ammoniaque issu de l’étape e) afin d’obtenir un flux enrichi M5” en ammoniaque et un flux appauvri M8 en ammoniaque. Possible ammonia enrichment step f) According to one embodiment, the treatment method according to the invention comprises a step of enriching with ammonia at least a fraction of the liquid effluent M5' comprising ammonia from step e) in order to obtain a flow enriched M5” in ammonia and a flow depleted M8 in ammonia.
Par « flux enrichi en ammoniaque », au sens de la présente invention, on entend un flux comprenant une proportion en ammoniaque plus élevée que la proportion en ammoniaque de l’effluent liquide M5’. By “stream enriched in ammonia”, within the meaning of the present invention, is meant a stream comprising a proportion of ammonia higher than the proportion of ammonia in the liquid effluent M5’.
Par « flux appauvri en ammoniaque », au sens de la présente invention, on entend un flux comprenant une proportion en ammoniaque plus faible que la proportion en ammoniaque de l’effluent liquide M5’. By “ammonia-depleted flow”, within the meaning of the present invention, is meant a flow comprising a proportion of ammonia lower than the proportion of ammonia in the liquid effluent M5’.
Selon un mode de réalisation, le ratio entre la concentration d’ammoniaque dans le flux enrichi M5” et la concentration d’ammoniaque dans l’effluent entrant M5’ est d’au moins 1 ,5, de préférence d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. According to one embodiment, the ratio between the concentration of ammonia in the enriched stream M5” and the concentration of ammonia in the incoming effluent M5’ is at least 1.5, preferably at least 2, preferably at least 5.
Selon un mode de réalisation, le flux enrichi en ammoniaque à l’issue de l’étape f) comprend de 1 à 20 g/l d’ammoniaque. According to one embodiment, the flow enriched in ammonia at the end of step f) comprises from 1 to 20 g/l of ammonia.
Selon un mode de réalisation, le flux appauvri M8 en ammoniaque peut être envoyé vers un digesteur pour une étape de digestion. According to one embodiment, the ammonia-depleted flow M8 can be sent to a digester for a digestion step.
L’étape d’enrichissement peut être mise en œuvre dans un dispositif d’enrichissement qui peut être par exemple constitué d’un réacteur ou plusieurs réacteurs d’évapo- concentration, ou d’un ou plusieurs réacteurs membranaires ou de stripping. The enrichment step can be implemented in an enrichment device which can for example consist of a reactor or several evapo-concentration reactors, or of one or more membrane or stripping reactors.
Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux, lorsqu’une étape d’enrichissement est mise en œuvre, alors de préférence, l’étape de refroidissement et de séparation e) est mise en œuvre de façon à porter l’effluent liquide M5’ à une température allant de 75°C à 200°C, de préférence de 100 à 120°C. En effet, selon ce mode de réalisation, il est avantageux de conserver de la chaleur pour améliorer le rendement lors de l’étape d’enrichissement. Thus, according to an advantageous embodiment, when an enrichment step is implemented, then preferably, the cooling and separation step e) is implemented so as to bring the liquid effluent M5' to a temperature ranging from 75°C to 200°C, preferably from 100 to 120°C. Indeed, according to this embodiment, it is advantageous to conserve heat to improve the yield during the enrichment step.
Selon un mode de réalisation, l’étape d’enrichissement en ammoniaque f) est mise en œuvre à l’aide de chaleur, de préférence la chaleur est récupérée du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale d). According to one embodiment, the ammonia enrichment step f) is implemented using heat, preferably the heat is recovered from the M5 mixture resulting from the hydrothermal gasification d).
Selon un mode de réalisation, la chaleur présente dans le mélange M5 issu de l’étape d) est récupérée, ladite chaleur récupérée permettant de préférence de chauffer au moins partiellement le mélange M1 durant l’étape a). De préférence, cette récupération de chaleur est mise en œuvre par échange de chaleur entre le mélange M5 issu de l’étape d) et le mélange M1 ou M1 h en amont de l’étape de chauffage b). According to one embodiment, the heat present in the mixture M5 resulting from step d) is recovered, said recovered heat preferably making it possible to at least partially heat the mixture M1 during step a). Preferably, this heat recovery is implemented by heat exchange between the mixture M5 resulting from step d) and the mixture M1 or M1 h upstream of the heating step b).
Lorsqu’une hydrolyse est mise en œuvre, alors l’échange de chaleur peut être mis en œuvre entre le mélange M5 et le mélange M1 pour permettre de chauffer le mélange M1 pour l’étape d’hydrolyse ou alors entre le mélange M5 et le mélange M1h pour permettre de chauffer le mélange M1h pour l’étape de chauffage b). When hydrolysis is carried out, then the heat exchange can be implemented between the mixture M5 and the mixture M1 to allow the mixture M1 to be heated for the hydrolysis step or between the mixture M5 and the mixture M1h to allow mixture M1h to be heated for heating step b).
Ainsi, le mélange M1 ou M1 h peut récupérer de la chaleur du mélange M5, ce qui permettra de réduire les besoins en énergie du procédé et de refroidir le mélange M5. Thus, the mixture M1 or M1 h can recover heat from the mixture M5, which will reduce the energy requirements of the process and cool the mixture M5.
Typiquement, le besoin en ammoniaque pour la formation de struvite sera généralement inférieur à la quantité d’ammoniaque dans l’effluent liquide M5’ ou dans l’effluent liquide M5”, alors de préférence seule une fraction du flux d’effluent liquide M5’ ou du flux d’effluent liquide enrichi M5” sera mélangé à au moins une fraction du flux M3 lors de l’étape g). Par exemple, on peut mettre en œuvre moins de 75% du volume de M5’ ou M5”, voire moins de 50% du volume de M5’ ou M5” lors de l’étape g) de mélange. Typically, the ammonia requirement for the formation of struvite will generally be less than the quantity of ammonia in the liquid effluent M5' or in the liquid effluent M5", then preferably only a fraction of the liquid effluent flow M5' or enriched liquid effluent stream M5” will be mixed with at least a fraction of the stream M3 during step g). For example, we can use less than 75% of the volume of M5’ or M5”, or even less than 50% of the volume of M5’ or M5” during mixing step g).
Etape de mélange g) Mixing step g)
Le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de mélange d’au moins une fraction du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) et d’au moins une fraction de l’effluent liquide comprenant de l’ammoniaque obtenu à l’issue de l’étape e) ou à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente, afin d’obtenir un mélange M6. The treatment method according to the invention comprises a step of mixing at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and at least a fraction of the liquid effluent comprising ammonia obtained at the end of step e) or at the end of step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6.
Selon un mode de réalisation, la totalité du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) est mélangé lors de cette étape g). According to one embodiment, the entire flow enriched with inorganic material M3 obtained at the end of step c) is mixed during this step g).
Selon un mode de réalisation, la totalité de l’effluent liquide comprenant de l’ammoniaque obtenu à l’issue de l’étape e) ou à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente est mélange lors de cette étape g). According to one embodiment, all of the liquid effluent comprising ammonia obtained at the end of step e) or at the end of step f) when it is present is mixed during this step g).
Cette étape de mélange g) est de préférence mise en œuvre dans un dispositif de mélange. Le dispositif de mélange peut-être un réacteur batch, semi continu ou continu, agité par un système d’agitation type pale, hélice, draft tube ou par recirculation externe au réacteur. Ce réacteur est muni d’une mesure de pH et d’injection de base et d’acide permettant de contrôler le pH. This mixing step g) is preferably carried out in a mixing device. The mixing device may be a batch, semi-continuous or continuous reactor, stirred by a blade, propeller, draft tube type stirring system or by recirculation external to the reactor. This reactor is equipped with pH measurement and base and acid injection to control the pH.
De préférence, le pH du réacteur est réglé de telle manière que le pH à température ambiante va de 7,5 à 10, de préférence va de 8 à 9. Preferably, the pH of the reactor is adjusted such that the pH at room temperature ranges from 7.5 to 10, preferably from 8 to 9.
Cette étape de mélange g) est typiquement mise en œuvre à une température allant de 50 °C à 250°C et/ou à une pression allant de 1 à 200 bars. Cette étape de mélange peut éventuellement être mise en œuvre dans le réacteur de précipitation où la struvite se forme. This mixing step g) is typically carried out at a temperature ranging from 50°C to 250°C and/or at a pressure ranging from 1 to 200 bars. This mixing step can optionally be implemented in the precipitation reactor where the struvite is formed.
Ainsi, selon ce mode de réalisation, au moins une fraction du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) et au moins une fraction de l’effluent liquide comprenant de l’ammoniaque obtenu à l’issue de l’étape e) ou à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente sont introduites dans le réacteur de précipitation et le mélange M6 se forme in situ dans le réacteur de précipitation et l’étape de formation de la struvite, étape h) a lieu. Thus, according to this embodiment, at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and at least a fraction of the liquid effluent comprising ammonia obtained at the end of step e) or at the end of step f) when it is present are introduced into the precipitation reactor and the mixture M6 is formed in situ in the precipitation reactor and the step of forming the struvite, step h) takes place.
Selon un mode de réalisation, au moins un sel de magnésium est injecté : dans le mélange lors de cette étape g) et/ou dans le mélange M6 entre les étapes g) et h) lorsqu’elles sont mises en œuvre dans des dispositifs distinctes et/ou lors de l’étape g) est mise en œuvre dans le réacteur de précipitation. According to one embodiment, at least one magnesium salt is injected: into the mixture during this step g) and/or into the mixture M6 between steps g) and h) when they are implemented in separate devices and/or during step g) is implemented in the precipitation reactor.
Le sel de magnésium peut être choisi parmi l’hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2), l’oxyde de magnésium (MgO) ou le chlorure de magnésium (MgCI2). De préférence, le sel de magnésium est l’hydroxyde de magnésium. The magnesium salt can be chosen from magnesium hydroxide (Mg(OH)2), magnesium oxide (MgO) or magnesium chloride (MgCI2). Preferably, the magnesium salt is magnesium hydroxide.
Selon un mode de réalisation, au moins un sel de magnésium est ajouté de telle façon que le magnésium soit en proportion stœchiométrique ou en proportion sur-stœchiométrique. Ainsi, de préférence le ratio molaire Mg/P dans le mélange M6 après ajout du sel de magnésium va de 1/1 à 1 ,3/1. According to one embodiment, at least one magnesium salt is added in such a way that the magnesium is in a stoichiometric proportion or in a super-stoichiometric proportion. Thus, preferably the Mg/P molar ratio in the M6 mixture after addition of the magnesium salt ranges from 1/1 to 1.3/1.
Ainsi, on peut prévoir une mesure de la teneur en phosphore dans le mélange M1 avant sa mise en œuvre dans l’étape de mise sous pression a). En effet, la mesure de la teneur en phosphore se fera typiquement à pression atmosphérique. Cette mesure mise en œuvre dans le mélange M 1 permettra d’avoir une bonne estimation de la teneur en phosphore dans le mélange M6. Thus, we can provide a measurement of the phosphorus content in the mixture M1 before its implementation in the pressurization step a). Indeed, the measurement of the phosphorus content will typically be done at atmospheric pressure. This measurement implemented in the M 1 mixture will provide a good estimate of the phosphorus content in the M6 mixture.
Une mesure de la teneur en phosphate dans l’effluent liquide M7 permettra également d’ajuster la teneur en sel de magnésium qu’il conviendra d’ajouter dans le mélange M6. A measurement of the phosphate content in the M7 liquid effluent will also make it possible to adjust the magnesium salt content that should be added to the M6 mixture.
Le sel de magnésium peut être ajouté dans un dispositif de mélange lors de cette étape g) et/ou en aval dudit dispositif de mélange dans le mélange M6. The magnesium salt can be added to a mixing device during this step g) and/or downstream of said mixing device in the mixture M6.
L’étape de mélange g) peut se faire directement dans le réacteur de précipitation.Mixing step g) can be done directly in the precipitation reactor.
Selon ce mode de réalisation, le réacteur de précipitation est alimenté d’une part par au moins une fraction du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) et d’autre part par : au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ comprenant de l’ammoniaque obtenu à l’issue de l’étape e) ou au moins une fraction du flux enrichi M5” obtenu à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente. According to this embodiment, the precipitation reactor is supplied on the one hand by at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and on the other hand by: at least a fraction of the liquid effluent M5' comprising ammonia obtained at the end of step e) or at least a fraction of the enriched flow M5' obtained at the end of step f) when she is here.
Selon ce mode de réalisation, le mélange sera également dénommé mélange M6. According to this embodiment, the mixture will also be called mixture M6.
Selon ce mode de réalisation, le sel de magnésium peut être ajouté dans le réacteur de précipitation. According to this embodiment, the magnesium salt can be added to the precipitation reactor.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé de traitement comprend : une étape d’injection d’un sel de magnésium, de préférence choisi parmi MgO et Mg(OH)2 et leurs mélanges, dans le mélange en amont de l’étape de mise sous pression a), et une étape d’injection d’un sel de magnésium, de préférence choisi parmi MgCI2, dans le mélange lors de l’étape g) et/ou lors de l’étape h) et/ou dans le mélange M6 entre les étapes g) et h) lorsqu’elles sont mises en œuvre dans des dispositifs distincts. According to one embodiment of the invention, the treatment process comprises: a step of injecting a magnesium salt, preferably chosen from MgO and Mg(OH)2 and their mixtures, into the mixture upstream of the pressurization step a), and a step of injecting a magnesium salt, preferably chosen from MgCI2, into the mixture during step g) and/or during step h) and/ or in the mixture M6 between steps g) and h) when they are implemented in separate devices.
Etape de formation de struvite h) Struvite formation stage h)
Le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de formation de struvite à partir d’au moins une fraction du mélange M6 de l’étape g) dans un réacteur de précipitation. The treatment process according to the invention comprises a step of forming struvite from at least a fraction of the M6 mixture of step g) in a precipitation reactor.
L’étape de formation de struvite peut être mise en œuvre à une température allant de 20°C à 250°C et/ou à une pression allant de 1 à 200 bars. The struvite formation step can be carried out at a temperature ranging from 20°C to 250°C and/or at a pressure ranging from 1 to 200 bars.
Selon un mode de réalisation, la totalité du mélange M6 issu de l’étape g) est mise en œuvre lors de cette étape i) de formation de struvite. Bien entendu, lorsque l’étape g) de mélange est mise en œuvre dans le réacteur de précipitation, alors la totalité du mélange M6 sera nécessairement mise en œuvre lors de cette étape i) de formation de struvite. According to one embodiment, all of the M6 mixture from step g) is used during this struvite formation step i). Of course, when the mixing step g) is implemented in the precipitation reactor, then the entire mixture M6 will necessarily be implemented during this struvite formation step i).
Lorsque l’étape de mélange g) est mise en œuvre dans un dispositif distinct du réacteur de précipitation, alors au moins une fraction du mélange M6, de préférence la totalité du mélange M6, est injectée dans le réacteur de précipitation pour la mise en œuvre de l’étape i). When the mixing step g) is implemented in a device separate from the precipitation reactor, then at least a fraction of the mixture M6, preferably the entire mixture M6, is injected into the precipitation reactor for the implementation of step i).
Le réacteur de précipitation peut être un réacteur infiniment mélangé ou un réacteur à lit fluidisé. Un exemple de réacteur de précipitation commercial, utile en particulier pour précipiter le phosphore sous forme de struvite est le Crystal actor®. The precipitation reactor may be an infinitely mixed reactor or a fluidized bed reactor. An example of a commercial precipitation reactor, useful in particular for precipitating phosphorus in the form of struvite, is the Crystal Actor®.
A l’issue de l’étape h), de la struvite est récupérée après une éventuelle décantation. Il conviendra de noter que cette étape h) produira, outre la struvite, un autre effluent, qui sera un effluent liquide M7. At the end of step h), struvite is recovered after possible decantation. It should be noted that this step h) will produce, in addition to the struvite, another effluent, which will be a liquid effluent M7.
L’invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé de l’invention. The invention also relates to an installation for implementing the method of the invention.
L’installation selon l’invention comprend : une pompe de mise sous pression 3 alimentée par le mélange M1 et comportant une sortie pour le mélange M1 p, The installation according to the invention comprises: a pressurization pump 3 supplied by the mixture M1 and comprising an outlet for the mixture M1 p,
Un dispositif de chauffage 2 comportant une entrée permettant d’introduire le mélange M1p éventuellement en mélange avec un sel de magnésium Mg et comportant une sortie pour le mélange M2, A heating device 2 comprising an inlet making it possible to introduce the mixture M1p possibly mixed with a magnesium salt Mg and comprising an outlet for the mixture M2,
Un dispositif de séparation 5 alimenté par au moins une fraction du mélange M2 et comportant une sortie de flux M3 enrichi en matière inorganique et une sortie de flux M4 appauvri en matière inorganique, A separation device 5 supplied with at least a fraction of the mixture M2 and comprising an outlet of flow M3 enriched in inorganic material and an outlet of flow M4 depleted of inorganic material,
Un réacteur de gazéification hydrothermale 8 alimenté par au moins une fraction du flux M4 issu du dispositif de séparation 5 et comportant une sortie de mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide, A hydrothermal gasification reactor 8 supplied by at least a fraction of the flow M4 coming from the separation device 5 and comprising a mixture outlet M5 comprising gas and a liquid effluent,
Un dispositif de refroidissement et de séparation 9 en aval du réacteur de gazéification, alimenté par au moins une fraction du mélange M5 et comportant au moins une sortie pour un effluent gazeux et au moins une sortie pour un effluent liquide M5’, A cooling and separation device 9 downstream of the gasification reactor, supplied with at least a fraction of the mixture M5 and comprising at least one outlet for a gaseous effluent and at least one outlet for a liquid effluent M5',
Eventuellement un dispositif d’enrichissement en ammoniaque 10 alimenté par au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ et comportant une sortie pour le flux enrichi M5’ et une sortie pour le flux appauvri M8, Optionally an ammonia enrichment device 10 supplied by at least a fraction of the liquid effluent M5' and comprising an outlet for the enriched flow M5' and an outlet for the depleted flow M8,
Eventuellement un dispositif de mélange 6 alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ ou au moins une fraction du flux M5” et comportant une sortie pour le flux M6, Optionally a mixing device 6 supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 and by (ii) at least a fraction of the flow M5' or at least a fraction of the flow M5” and comprising an output for the flow M6,
Un réacteur de précipitation 7 comportant au moins une entrée et au moins une sortie, ledit réacteur de précipitation 7 pouvant être alimenté : o Soit par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif de séparation 5 et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ issu du dispositif de refroidissement et de détente 9 ou au moins une fraction du flux M5” issu du dispositif d’enrichissement 10, o Soit par le flux M6 issu du dispositif de mélange 6, A precipitation reactor 7 comprising at least one inlet and at least one outlet, said precipitation reactor 7 being able to be supplied: o Either by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at at least a fraction of the flow M5' coming from the cooling and expansion device 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10, o Either by the flow M6 coming from the mixing device 6,
- Au moins un dispositif d’injection situé : o en amont de la pompe de mise sous pression 3 et/ou o dans le dispositif de mélange 6 lorsqu’il est présent et/ou o en aval du dispositif de mélange 6 lorsqu’il est présent et en amont du réacteur de précipitation 7, et/ou o dans le réacteur de précipitation 7. - At least one injection device located: o upstream of the pressurization pump 3 and/or o in the mixing device 6 when it is present and/or o downstream of the mixing device 6 when it is present and upstream of the precipitation reactor 7, and/or o in the precipitation reactor 7.
Selon un mode de réalisation, l’installation comprend en outre au moins un réacteur d’hydrolyse 4 en amont de la pompe de mise sous pression 3, ledit réacteur d’hydrolyse comportant au moins une entrée pour le mélange M1 et au moins une sortie pour l’hydrolysat M1h, ledit hydrolysat M1h alimentant la pompe de mise sous pression 3. According to one embodiment, the installation further comprises at least one hydrolysis reactor 4 upstream of the pressurization pump 3, said hydrolysis reactor comprising at least one inlet for the mixture M1 and at least one outlet for the hydrolyzate M1h, said hydrolyzate M1h supplying the pressurizing pump 3.
Selon un mode de réalisation, le réacteur de précipitation 7 pouvant être alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif de séparation 5 et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ issu du dispositif de refroidissement et de détente 9 ou au moins une fraction du flux M5” issu du dispositif d’enrichissement 10. According to one embodiment, the precipitation reactor 7 can be supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at least a fraction of the flow M5' coming from the cooling device and expansion 9 or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10.
Selon ce mode de réalisation, l’étape de mélange g) est mise en œuvre dans le réacteur de précipitation 7 où l’étape i) de formation de struvite a lieu. According to this embodiment, the mixing step g) is implemented in the precipitation reactor 7 where the struvite formation step i) takes place.
Selon un autre mode de réalisation, l’installation comprend un dispositif de mélange 6 distinct du réacteur de précipitation 7. Le dispositif de mélange 6 est alors alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ ou au moins une fraction du flux M5” et comportant une sortie pour le flux M6. Selon ce mode de réalisation, le réacteur de précipitation 7 est alimenté par le flux M6 issu du dispositif de mélange 6. According to another embodiment, the installation comprises a mixing device 6 distinct from the precipitation reactor 7. The mixing device 6 is then supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 and by (ii) at least one fraction of the flow M5' or at least a fraction of the flow M5” and comprising an output for the flow M6. According to this embodiment, the precipitation reactor 7 is supplied by the flow M6 coming from the mixing device 6.
Les Fig. 1 à Fig. 3 illustrent chacune un mode de réalisation de l’installation selon l’invention et du procédé selon l’invention, sans en limiter la portée. Figs. 1 to Fig. 3 each illustrate an embodiment of the installation according to the invention and of the method according to the invention, without limiting its scope.
Comme illustré sur la Fig. 1 , le mélange M1 éventuellement additivé avec un sel de magnésium Mg passe est mis sous pression grâce à une pompe de mise sous pression 3 puis dans un dispositif de chauffage 2, où le mélange M1 est typiquement mis sous pression à une pression allant de 150 à 350 bars, mélange dit M1p, puis est chauffé à une température allant de 250 à 500°C. A la sortie du dispositif de chauffage 2, un mélange M2 est obtenu. As shown in Fig. 1, the mixture M1 optionally added with a magnesium salt Mg pass is put under pressure using a pressurizing pump 3 then in a heating device 2, where the mixture M1 is typically put under pressure at a pressure ranging from 150 at 350 bars, mixture called M1p, then is heated to a temperature ranging from 250 to 500°C. At the outlet of the heating device 2, a mixture M2 is obtained.
Comme illustré sur la Fig. 1 , le mélange M2 alimente un dispositif de séparation 5 permettant d’obtenir un flux enrichi en matière inorganique M3 et un flux appauvri en matière inorganique M4. As shown in Fig. 1, the mixture M2 feeds a separation device 5 making it possible to obtain a flow enriched in inorganic material M3 and a flow depleted in inorganic material M4.
Comme illustré sur la Fig. 1 , le flux M4 alimente un réacteur de gazéification hydrothermale 8 afin d’obtenir un mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide. Le réacteur de gazéification 8 peut comporter un catalyseur. Comme illustré sur la Fig. 1 , le mélange M5 alimente un dispositif de refroidissement et de séparation 9 permettant de refroidir le mélange M5 à une température inférieure ou égale à 200°C et d’obtenir un flux gazeux et un effluent liquide M5’. As shown in Fig. 1, the flow M4 feeds a hydrothermal gasification reactor 8 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and a liquid effluent. The gasification reactor 8 may include a catalyst. As shown in Fig. 1, the mixture M5 feeds a cooling and separation device 9 making it possible to cool the mixture M5 to a temperature less than or equal to 200° C. and to obtain a gas flow and a liquid effluent M5'.
Comme illustré sur la Fig. 1 , l’installation comporte un dispositif de mélange 6 alimenté d’une part par le flux M3 et d’autre part par au moins une partie du flux M5’ sortant du dispositif de refroidissement et séparation 9. As shown in Fig. 1, the installation comprises a mixing device 6 supplied on the one hand by the flow M3 and on the other hand by at least part of the flow M5' leaving the cooling and separation device 9.
Comme illustré sur la Fig. 1 , le mélange M6 issu du dispositif de mélange, éventuellement additivé avec un sel de magnésium (Mg), est ensuite introduit dans un réacteur de précipitation 7. As shown in Fig. 1, the mixture M6 resulting from the mixing device, optionally additive with a magnesium salt (Mg), is then introduced into a precipitation reactor 7.
De la struvite est ensuite récupérée en aval du réacteur de précipitation 7 après une éventuelle décantation non illustrée, ainsi qu’un effluent liquide M7. Struvite is then recovered downstream of the precipitation reactor 7 after possible decantation not shown, as well as a liquid effluent M7.
Il conviendra de noter que l’installation selon l’invention peut comprendre d’autres éléments non illustrés dans les Figures. En particulier, l’installation selon l’invention peut comprendre des vannes et conduites dérivées, permettant de n’introduire qu’une fraction de flux plutôt que la totalité des flux, comme illustré sur les Figures par simplicité, en particulier pour les flux M3, M4, M5 ou M6. It should be noted that the installation according to the invention may include other elements not illustrated in the Figures. In particular, the installation according to the invention can include valves and branch pipes, making it possible to introduce only a fraction of flows rather than all of the flows, as illustrated in the Figures for simplicity, in particular for M3 flows , M4, M5 or M6.
Il est également possible de prévoir des éléments de contrôle pour contrôler le débit de flux. It is also possible to provide control elements to control the flow rate.
Les Figures illustrent plusieurs étapes d’ajout de sel de magnésium mais il conviendra de noter que l’installation selon l’invention peut comprendre un unique dispositif ou plusieurs dispositifs permettant d’ajouter du sel de magnésium. Un tel dispositif peut comporter une cuve de stockage de sel de magnésium et une conduite d’alimentation permettant de conduire le sel de magnésium de la cuve au lieu d’injection. The Figures illustrate several stages of adding magnesium salt but it should be noted that the installation according to the invention can comprise a single device or several devices allowing magnesium salt to be added. Such a device may include a magnesium salt storage tank and a supply line making it possible to convey the magnesium salt from the tank to the injection site.
Le mode de réalisation illustré sur la Fig. 2 diffère du mode de réalisation de la Fig. 1 en ce qu’un dispositif d’enrichissement 10 est présent, ledit dispositif d’enrichissement étant situé en aval du dispositif de refroidissement 9 et en amont du dispositif de mélange 6. The embodiment illustrated in Fig. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that an enrichment device 10 is present, said enrichment device being located downstream of the cooling device 9 and upstream of the mixing device 6.
Le dispositif d’enrichissement 10 comporte une entrée pour au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ et une sortie pour l’effluent enrichi M5” et une sortie pour l’effluent appauvri M8. The enrichment device 10 comprises an inlet for at least a fraction of the liquid effluent M5' and an outlet for the enriched effluent M5' and an outlet for the depleted effluent M8.
Selon ce mode de réalisation, l’installation selon l’invention comporte de préférence une vanne de dérivation permettant de contrôler la quantité d’effluent M5” introduite dans le dispositif de mélange 6. Le mode de réalisation illustré sur la Fig. 3 diffère du mode de réalisation de la Fig. 2 en ce qu’un réacteur d’hydrolyse 4 est présent, en amont de la pompe de mise sous pression 3. According to this embodiment, the installation according to the invention preferably comprises a diversion valve making it possible to control the quantity of effluent M5” introduced into the mixing device 6. The embodiment illustrated in Fig. 3 differs from the embodiment of FIG. 2 in that a hydrolysis reactor 4 is present, upstream of the pressurization pump 3.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’installation comporte, en amont de la pompe de mise sous pression 3, au moins un réacteur d’hydrolyse 4. According to one embodiment of the invention, the installation comprises, upstream of the pressurization pump 3, at least one hydrolysis reactor 4.
En effet, l’installation selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs réacteurs d’hydrolyse 4 en série ou en parallèle alimentés en entrée par une ligne d’amenée du mélange M1 et une ligne de sortie du mélange hydrolysé M1h à une température inférieure ou égale à la température d’hydrolyse. Le(s) réacteur(s) d’hydrolyse 4 comporte(nt) avantageusement un dispositif de chauffage et de mise sous pression et comporte(nt) éventuellement un dispositif d’agitation, ainsi qu’avantageusement un dispositif de récupération thermique interne. Indeed, the installation according to the invention can comprise one or more hydrolysis reactors 4 in series or in parallel supplied at the input by a supply line for the mixture M1 and an outlet line for the hydrolyzed mixture M1h at a lower temperature or equal to the hydrolysis temperature. The hydrolysis reactor(s) 4 advantageously comprise(s) a heating and pressurization device and optionally comprise(s) a stirring device, as well as advantageously an internal thermal recovery device.
Selon ce mode de réalisation, la pompe 3 est alimentée par le mélange M1 h. According to this embodiment, pump 3 is powered by the mixture M1 h.
Selon ce mode de réalisation, il est possible de prévoir que le sel de magnésium soit injecté en amont ou en aval du(des) réacteur(s) d’hydrolyse 4. According to this embodiment, it is possible to provide for the magnesium salt to be injected upstream or downstream of the hydrolysis reactor(s) 4.
Le(s) réacteur(s) d’hydrolyse 4 peu(ven)t éventuellement être précédé(s) par un dispositif de broyage ou peut être muni d’une boucle de recirculation munie d’un dispositif de broyage ou peut être suivi d’un dispositif de broyage, en amont de la pompe 3. The hydrolysis reactor(s) 4 may optionally be preceded by a grinding device or may be provided with a recirculation loop provided with a grinding device or may be followed by a grinding device, upstream of pump 3.
Selon un mode de réalisation illustré à la Fig. 4, le réacteur de précipitation 7 est alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif de séparation 5 et par (ii) au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ issu du dispositif de refroidissement et de détente 9. Selon ce mode de réalisation, un sel de magnésium peut être injecté dans le réacteur de précipitation 7 et/ou dans le mélange M1 ou M1 h (l’hydrolyse en amont de la mise sous pression via la pompe 3 n’est pas illustrée sur la Fig. 4 mais fait partie de l’invention). According to an embodiment illustrated in Fig. 4, the precipitation reactor 7 is supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) at least a fraction of the liquid effluent M5' coming from the cooling and expansion device 9. According to this embodiment, a magnesium salt can be injected into the precipitation reactor 7 and/or into the mixture M1 or M1 h (hydrolysis upstream of pressurization via pump 3 is not illustrated in Fig. 4 but forms part of the invention).
Selon un mode de réalisation illustré à la Fig. 5, le réacteur de précipitation 7 est alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif de séparation 5 et par (ii) une fraction du flux M5” issu du dispositif d’enrichissement 10. Selon ce mode de réalisation, un sel de magnésium peut être injecté dans le réacteur de précipitation 7 et/ou dans le mélange M1 ou M1 h. According to an embodiment illustrated in Fig. 5, the precipitation reactor 7 is supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device 5 and by (ii) a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device 10. According to this embodiment , a magnesium salt can be injected into the precipitation reactor 7 and/or into the mixture M1 or M1 h.
L’installation selon l’invention peut bien entendu comprendre une ou plusieurs des caractéristiques décrites dans le cadre du procédé selon l’invention. The installation according to the invention can of course include one or more of the characteristics described in the context of the method according to the invention.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de traitement d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique, ledit procédé comprenant : a) une étape de mise sous pression du mélange M1 à une pression de 150 à 300 bars, de préférence entre 170 et 210 bars afin d’obtenir un mélange M1p, b) une étape de chauffage du mélange M1p à une température allant de 250°C à 500°C permettant d’obtenir un mélange M2, c) une étape de séparation du mélange M2 issu de l’étape b) afin d’obtenir un flux M3 enrichi en matière inorganique et un flux M4 appauvri en matière inorganique, d) une étape de gazéification hydrothermale mise en œuvre sur le flux appauvri en matière inorganique M4 afin d’obtenir un mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide, e) une étape de refroidissement et de séparation d’au moins une fraction du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale de l’étape d) afin de séparer le gaz de l’effluent liquide M5’ comprenant de l’ammoniaque, f) éventuellement une étape d’enrichissement en ammoniaque d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ afin d’obtenir un flux enrichi en ammoniaque M5” et un flux appauvri en ammoniaque M8, g) une étape de mélange (i) d’au moins une fraction du flux enrichi en matière inorganique M3 obtenu à l’issu de l’étape c) et (ii) d’au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ ou d’au moins une fraction du flux enrichi M5” obtenu à l’issue de l’étape f) lorsqu’elle est présente, afin d’obtenir un mélange M6, h) une étape de formation de struvite à partir d’au moins une fraction du mélange M6 dans un réacteur de précipitation, i) une étape de récupération de struvite à la sortie du réacteur de précipitation, ledit procédé de traitement comprenant au moins une étape d’injection d’au moins un sel de magnésium dans le mélange M1 avant l’étape a) de mise sous pression et/ou lors de l’étape g) et/ou lors de l’étape h) et/ou dans le mélange M6 entre les étapes g) et h), ladite étape de mélange g) pouvant éventuellement être mise en œuvre dans le réacteur de précipitation. Procédé de traitement selon la revendication 1 , dans lequel le sel de magnésium est choisi parmi l’hydroxyde de magnésium, l’oxyde de magnésium, le chlorure de magnésium, et leurs mélanges, de préférence parmi l’hydroxyde de magnésium et l’oxyde de magnésium, de préférence encore le sel de magnésium est l’hydroxyde de magnésium. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, comprenant en amont de l’étape a), une étape d’hydrolyse du mélange M1 mise en œuvre à une température allant de 70 à 165°C et à une pression allant de 2 à 8 bars, permettant d’obtenir un mélange M1h qui sera ensuite mis sous pression à l’étape a). Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un échange de chaleur entre le mélange M5 issu de l’étape d) et le mélange M1 ou M 1 p ou M 1 h en amont de l’étape de chauffage b). Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le mélange M1 comprend de 5 à 50% en poids de matières solides, de préférence de 15 à 25% en poids de matière solides, par rapport au poids total du mélange M1. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le flux enrichi en sels issu de l’étape c) comprend du phosphore, de préférence en une proportion allant de 1 à 20% en poids, par rapport au poids sec total du flux enrichi en matière inorganique M3. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’effluent liquide M5’ comprend de 1 à 20 g/l d’ammoniaque. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape d’enrichissement en ammoniaque f) est mise en œuvre à l’aide de chaleur. Procédé de traitement selon la revendication 8, dans lequel la chaleur vient du mélange M5 issu de la gazéification hydrothermale d). Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’étape d’enrichissement en ammoniaque f) permet d’obtenir une concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5” au moins 1 ,5 fois supérieure à la concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5’, de préférence une concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5” au moins 2 fois supérieure à la concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5’, voire une concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5” au moins 5 fois supérieure à la concentration en ammoniaque dans l’effluent liquide M5’. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel moins de 75% du volume, de préférence moins de 50% du volume, de l’effluent liquide M5’ issu de l’étape e) ou de l’effluent liquide M5” issu de l’étape f) lorsqu’elle est mise en œuvre, est mis en mélange lors de l’étape g). Installation pour la mise en œuvre d’un procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , ladite installation comprenant : une pompe de mise sous pression (3) alimentée par le mélange M1 et comportant une sortie pour le mélange M1 p, CLAIMS Process for treating a mixture M1 comprising at least organic matter, said process comprising: a) a step of pressurizing the mixture M1 to a pressure of 150 to 300 bars, preferably between 170 and 210 bars in order to obtain a mixture M1p, b) a step of heating the mixture M1p to a temperature ranging from 250°C to 500°C making it possible to obtain a mixture M2, c) a step of separating the mixture M2 resulting from step b ) in order to obtain a flow M3 enriched in inorganic material and a flow M4 depleted in inorganic material, d) a hydrothermal gasification step implemented on the flow depleted in inorganic material M4 in order to obtain a mixture M5 comprising gas and a liquid effluent, e) a step of cooling and separating at least a fraction of the mixture M5 resulting from the hydrothermal gasification of step d) in order to separate the gas from the liquid effluent M5' comprising ammonia , f) optionally a step of enriching in ammonia at least a fraction of the liquid effluent M5' in order to obtain a stream enriched in ammonia M5” and a stream depleted in ammonia M8, g) a mixing step ( i) at least a fraction of the flow enriched in inorganic material M3 obtained at the end of step c) and (ii) at least a fraction of the liquid effluent M5' or at least one fraction of the enriched flow M5” obtained at the end of step f) when it is present, in order to obtain a mixture M6, h) a step of forming struvite from at least a fraction of the mixture M6 in a precipitation reactor, i) a struvite recovery step at the outlet of the precipitation reactor, said treatment process comprising at least one step of injecting at least one magnesium salt into the mixture M1 before step a ) pressurization and/or during step g) and/or during step h) and/or in the mixture M6 between steps g) and h), said mixing step g) possibly being implemented in the precipitation reactor. Treatment method according to claim 1, in which the magnesium salt is chosen from magnesium hydroxide, magnesium oxide, magnesium chloride, and mixtures thereof, preferably from magnesium hydroxide and magnesium oxide, more preferably the magnesium salt is magnesium hydroxide. Treatment method according to any one of claims 1 to 2, comprising upstream of step a), a step of hydrolysis of the mixture M1 carried out at a temperature ranging from 70 to 165°C and at a pressure ranging from 2 to 8 bars, making it possible to obtain an M1h mixture which will then be put under pressure in step a). Treatment method according to any one of claims 1 to 3, comprising a heat exchange between the mixture M5 resulting from step d) and the mixture M1 or M 1 p or M 1 h upstream of the heating step b). Treatment method according to any one of claims 1 to 4, in which the mixture M1 comprises from 5 to 50% by weight of solid materials, preferably from 15 to 25% by weight of solid materials, relative to the total weight of the M1 mixture. Treatment method according to any one of claims 1 to 5, in which the stream enriched in salts from step c) comprises phosphorus, preferably in a proportion ranging from 1 to 20% by weight, relative to the weight total dry flow enriched in inorganic matter M3. Treatment method according to any one of claims 1 to 6, in which the liquid effluent M5' comprises from 1 to 20 g/l of ammonia. Treatment method according to any one of claims 1 to 7, in which the ammonia enrichment step f) is carried out using heat. Treatment method according to claim 8, in which the heat comes from the M5 mixture resulting from hydrothermal gasification d). Treatment method according to any one of claims 1 to 9, in which the ammonia enrichment step f) makes it possible to obtain an ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least 1.5 times greater than the concentration of ammonia in the liquid effluent M5', preferably an ammonia concentration in the liquid effluent M5' at least twice the concentration of ammonia in the liquid effluent M5', or even an ammonia concentration in the liquid effluent M5” at least 5 times higher than the ammonia concentration in the liquid effluent M5’. Treatment method according to any one of claims 1 to 10, in which less than 75% of the volume, preferably less than 50% of the volume, of the liquid effluent M5' resulting from step e) or from liquid effluent M5” from step f) when it is implemented, is mixed during step g). Installation for implementing a treatment process according to any one of claims 1 to 11, said installation comprising: a pressurization pump (3) supplied by the mixture M1 and comprising an outlet for the mixture M1 p ,
Un dispositif de chauffage (2) comportant une entrée permettant d’introduire le mélange M1p éventuellement en mélange avec un sel de magnésium Mg et comportant une sortie pour le mélange M2, A heating device (2) comprising an inlet making it possible to introduce the mixture M1p possibly mixed with a magnesium salt Mg and comprising an outlet for the mixture M2,
Un dispositif de séparation (5) alimenté par au moins une fraction du mélange M2 et comportant une sortie de flux M3 enrichi en matière inorganique et une sortie de flux M4 appauvri en matière inorganique, A separation device (5) supplied with at least a fraction of the mixture M2 and comprising an outlet of flow M3 enriched in inorganic material and an outlet of flow M4 depleted of inorganic material,
Un réacteur de gazéification hydrothermale (8) alimenté par au moins une fraction du flux M4 issu du dispositif de séparation (5) et comportant une sortie de mélange M5 comprenant du gaz et un effluent liquide, A hydrothermal gasification reactor (8) supplied by at least a fraction of the flow M4 coming from the separation device (5) and comprising a mixture outlet M5 comprising gas and a liquid effluent,
Un dispositif de refroidissement et de séparation (9) en aval du réacteur de gazéification (8), alimenté par au moins une fraction du mélange M5 issu du réacteur (8) et comportant au moins une sortie pour un effluent gazeux et au moins une sortie pour un effluent liquide M5’, A cooling and separation device (9) downstream of the gasification reactor (8), supplied with at least a fraction of the M5 mixture from the reactor (8) and comprising at least one outlet for a gaseous effluent and at least one outlet for a liquid effluent M5',
Eventuellement un dispositif d’enrichissement en ammoniaque (10) alimenté par au moins une fraction de l’effluent liquide M5’ et comportant une sortie pour le flux enrichi M5’ et une sortie pour le flux appauvri M8, Optionally an ammonia enrichment device (10) supplied with at least a fraction of the liquid effluent M5' and comprising an outlet for the enriched flow M5' and an outlet for the depleted flow M8,
Eventuellement un dispositif de mélange (6) alimenté par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif (5) et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ issu du dispositif (9) ou au moins une fraction du flux M5” issu du dispositif (10), et comportant au moins une sortie pour le mélange M6, Optionally a mixing device (6) supplied by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the device (5) and by (ii) at least a fraction of the flow M5' coming from the device (9) or at least a fraction of the flow M5” coming from the device (10), and comprising at least one outlet for the mixture M6,
Un réacteur de précipitation (7) comportant au moins une entrée et au moins une sortie, ledit réacteur de précipitation (7) pouvant être alimenté : o Soit par (i) au moins une fraction du flux M3 issu du dispositif de séparation (5) et par (ii) au moins une fraction du flux M5’ issu du dispositif de refroidissement et de détente (9) ou au moins une fraction du flux M5” issu du dispositif d’enrichissement (10), o Soit par le flux M6 issu du dispositif de mélange (6) lorsqu’il est présent,A precipitation reactor (7) comprising at least one inlet and at least one outlet, said precipitation reactor (7) being able to be supplied: o Either by (i) at least a fraction of the flow M3 coming from the separation device (5) and by (ii) at least a fraction of the flow M5' coming from the device cooling and expansion (9) or at least a fraction of the flow M5” coming from the enrichment device (10), o Either by the flow M6 coming from the mixing device (6) when it is present,
- Au moins un dispositif d’injection situé : o en amont de la pompe de mise sous pression (3) et/ou o dans le dispositif de mélange (6) et/ou o en aval du dispositif de mélange (6) et en amont du réacteur de précipitation (7), et/ou o dans le réacteur de précipitation (7). Installation selon la revendication 12, comportant en outre au moins un réacteur d’hydrolyse (4) en amont de la pompe de mise sous pression (3), ledit réacteur d’hydrolyse comportant au moins une entrée pour le mélange M1 et au moins une sortie pour l’hydrolysat M1h, ledit hydrolysat M1h alimentant la pompe de mise sous pression (3). - At least one injection device located: o upstream of the pressurization pump (3) and/or o in the mixing device (6) and/or o downstream of the mixing device (6) and in upstream of the precipitation reactor (7), and/or o in the precipitation reactor (7). Installation according to claim 12, further comprising at least one hydrolysis reactor (4) upstream of the pressurization pump (3), said hydrolysis reactor comprising at least one inlet for the mixture M1 and at least one outlet for the hydrolyzate M1h, said hydrolyzate M1h supplying the pressurization pump (3).
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