Titre : Séparateur de sels comprenant une structure poreuse déformable formant un support de précipitation et d’évacuation de sels, Installation de gazéification de biomasse associée.

Domaine technique

La présente invention concerne de manière générale les séparateurs de sels et plus particulièrement ceux destinés à être mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique d’une charge de matière carbonée, notamment sous fluide supercritique, pour la production d'un mélange gazeux.

Par « charge de matière carbonée », on entend ici et dans le cadre de l’invention toute matière contenant une quantité de carbone, en particulier toute matière carbonée de résidus.

Il peut donc s'agir de biomasse, c'est-à-dire tout matériau inhomogène d'origine végétale contenant du carbone, tel que de la biomasse ligno-cellulosique, des résidus forestiers ou agricoles (paille), qui peut être quasi-sec ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers ou de déchets résultants de l’assainissement des eaux comme les boues de station d’épuration.

Il peut aussi s'agir d'un combustible d'origine fossile, tel que le charbon.

Il peut aussi s'agir de déchets combustibles d'origine industrielle, en particulier de l’industrie agroalimentaire, contenant du carbone, tel que des matières plastiques ou des pneumatiques usagés, des huiles usagées, les solvants organiques

II peut aussi s'agir d'une combinaison de biomasse et de combustible d'origine fossile.

Par « fluide supercritique », on entend ici et dans le cadre de l’invention, le sens usuel, à savoir une pression et une température au-delà desquelles le fluide se trouve dans un état supercritique. Son comportement devient intermédiaire entre l'état liquide et l'état gazeux: sa masse volumique est celle d'un liquide, mais sa faible viscosité s'apparente à celle d'un gaz.

Ainsi, par « eau supercritique », il est entendu le sens usuel, c’est-à-dire de l'eau à des températures supérieures à 374°C sous une pression supérieure à 22,1 MPa.

Bien que décrite en référence à une application privilégiée de gazéification d’une charge de matière carbonée sous eau supercritique, un séparateur de sels selon l’invention peut être mis en œuvre dans de nombreuses applications, et tout particulièrement dans les domaines industriels de l'agroalimentaire, de la chimie, de l'énergie, dont le secteur pétrolier et le secteur des transports, ...pour lesquelles une séparation de sels d’un mélange fluide aqueux est requis.

De manière générale, un séparateur de sels selon l’invention convient à la séparation de sels initialement présents dans des solutions aqueuses avec ou sans matière organique.

Plus spécifiquement, un séparateur de sels selon l’invention est avantageusement mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique de ressources carbonées humides, telle que la gazéification en eau supercritique.

Technique antérieure

Bon nombre de procédés existants permettent de convertir par voie thermochimique une charge carbonée en combustibles liquides (biocarburants, biochar), solides (granulés), et gazeux (biogaz, méthane, syngas, hydrogène).

Parmi ceux-ci, la gazéification de la biomasse et du charbon est connue depuis longtemps. De manière générale, on peut la définir comme une transformation thermochimique de la biomasse ou du charbon par l’action de la chaleur en présence d’agents gazéifiant. On cherche à générer, à l’issue de la gazéification, un mélange de gaz.

Ainsi, les procédés de gazéification de la biomasse ligno-cellulosique permettent de générer un gaz riche en méthane ou hydrogène.

Plus spécifiquement, la gazéification hydrothermale aussi appelée gazéification en eau supercritique est un procédé thermochimique permettant de produire du gaz renouvelable à partir d’une matière organique humide, comportant un taux de matière sèche typiquement compris entre 5 et 20% en masse, par exemple les déchets d’industrie agro-alimentaire, les effluents industriels comme la liqueur noire, les digestats de méthanisation non-épandables et les boues de stations d’épuration. En opérant à température et pression élevées, le procédé génère un gaz de synthèse à haut contenu énergétique, composé d’un mélange riche en méthane, hydrogène, dioxyde de carbone (syngaz) et autres hydrocarbures légers.

En exploitant les propriétés de l’eau en conditions supercritiques, soit à une température supérieure à 374°C et à une pression supérieure à 221 bar, le milieu devient très réactif, ce qui permet à la gazéification hydrothermale d’atteindre d’excellent taux de conversion du carbone de la biomasse en gaz, autour de 70-90%, tout en séparant les éléments inorganiques (sels), permettant potentiellement leur valorisation en nutriments, en particulier les éléments azote, phosphore, et potassium.

De manière générale, la séparation et la récupération des constituants inorganiques présents dans le flux d'alimentation des réacteurs qui mettent en œuvre des procédés thermochimiques sont cruciales, car ces constituants peuvent conduire au blocage de l'installation, à l'encrassement et à l'empoisonnement du catalyseur de gazéification. De plus, la récupération des sels offre la possibilité de produire un engrais en tant que sous-produit précieux (nutriments), comme explicité ci-avant.

Cette problématique de séparation des sels est encore plus prégnante dans le cas d’une gazéification en eau supercritique : l’évolution de la constante diélectrique et du produit ionique de l’eau à l’état supercritique conduisent à la précipitation des sels contenus dans la ressource. En effet, au voisinage du point critique, les propriétés de l’eau changent avec une baisse importante de la masse volumique et de la constante diélectrique de l’eau, entre autres. Dans ces conditions, les atomes des composants inorganiques qui pouvaient être dissous/transportés dans l’eau, en dessous du point critique ne le sont plus. Certains de ces sels peuvent modifier les propriétés physiques de l’eau et former une phase dense qui s’écoule en bas du réacteur, mais la plupart précipitent puis s’agglomèrent sur les surfaces chaudes et provoquent des bouchages des réacteurs et induire des arrêts intermittents de l’installation afférente. La gestion de la précipitation et du lieu de cette précipitation est un élément clef pour le développement de la gazéification hydro thermale.

De nombreux articles dans la littérature montrent que la séparation des sels dans un procédé de conversion thermochimique est d'une importance majeure pour l'efficacité réel du procédé global et pour la durée de vie de l’installation afférente. Néanmoins, l'inconvénient des séparateurs de sel connus jusqu'à présent est que la séparation du sel n'est toujours pas satisfaisante ou, bien que satisfaisante, nécessite des apports d’énergie thermique ou mécanique trop élevées ou que les sels soient associés à une part importante de matière organique. De plus, le colmatage et les dépôts sont un problème majeur dans de tels séparateurs de sel.

Plus particulièrement, divers articles scientifiques s’intéressent à la dynamique de la précipitation des sels en conditions d’hydrogénations supercritiques, qui permet de séparer des sels présents initialement d’une solution aqueuse contenant une matière organique. La figure 1 reproduit un séparateur de sels tel que divulgué dans la publication [1], tel qu’il a été envisagé pour la gazéification de biomasse à l'eau supercritique. Ce séparateur 1 comprend en tant que dispositif d’injection de la biomasse, un tube cylindrique 10 avec un orifice d’injection 11 à travers lequel la biomasse est injectée, et un orifice de sortie 12 à travers lequel la biomasse est évacuée dans une chambre intérieure C délimitée par une enceinte 2 à double-paroi 20, 21 dont celle extérieure 21, isolante thermiquement, intègre des éléments de chauffe 22 qui chauffe ainsi la chambre C et le tube d’injection 10.

Lorsque la biomasse humide est introduite dans le tube 10, elle est portée progressivement à une température d’environ 450°C : la précipitation s’opère quasi-instantanément dès que la température atteinte entraine une diminution de la solubilité des sels, entrainant la séparation de la biomasse humide en diverses phases, notamment solides dans une zone de séparation S au sein de la chambre C.

Dans la configuration installée à la verticale du séparateur, le mélange biomas se/eau/sels et autres solides, cette zone de séparation S génère une séparation gravitaire en une saumure très chargée en sels et une solution appauvrie en sels. Une zone de resolubilisation R, immédiatement en-dessous de la zone de séparation S permet la resolubilisation des sels qui sont donc évacués par gravité sous forme de saumure par l’orifice de sortie 23 percé dans le fond 24 du séparateur, et ce sans mélange avec la partie des effluents qui remonte dans la chambre C pour être évacuée par l’orifice de sortie 25 vers un réacteur de gazéification, non représenté.

De tels séparateurs gravitaires sont aussi décrits dans les publications [2] et [3] : ils sont mis en oeuvre des fluides inorganiques et des dépôts de sels pour la gazéification hydro thermale. Pour une même application, il existe également des séparateurs cycloniques.

Globalement, un séparateur gravitaire fonctionne de manière satisfaisante lorsque les phases en jeu s’avèrent plus denses que le milieu porteur et selon une distribution de taille de grains permettant une séparation gravitaire et un comportement de type saumure, sels que l’on qualifie de type I dans ce cas.

Or, dans certains cas, les sels précipitent en particules si petites (micro ou nanoparticules), qu’elles ne sédimentent pas.

Dans d’autres cas, la séparation gravitaire n’est pas aisée, comme le précise la publication [3]. Ainsi, le passage de la matière carbonée humide dans des conditions sous critiques à des conditions supercritiques peut s’accompagner de l’apparition de phases solides très collantes, sous la forme de sels que l’on qualifie de type II. Ces sels de type II peuvent s’accumuler sur les parois internes de la chambre intérieure du séparateur et le cas échéant colmater le tube d’injection 10 du séparateur comme montré à la figure 1.

Pour éviter une telle accumulation néfaste de sels II, on pourrait envisager d’appliquer des solutions connues, mises en œuvre dans les échangeurs de chaleur de type à surface raclée. De tels échangeurs sont notamment utilisés dans les procédés encrassant, c’est-à-dire lorsque les parois des échangeurs peuvent être le siège de phénomènes d'encrassement des parois impliquées dans les transferts thermiques, i.e. avec dépôt de matières indésirables.

A titre d'exemples, les racleurs utilisés peuvent être rotatifs, par exemple de type vis sans fin ou à pales, ou bien encore oscillants de type piston, par exemple avec des plateaux, annulaires ou non. L'actionnement du racleur, rotatif ou oscillant de type piston, est généralement opéré par un moteur électrique.

Des racleurs pour des échangeurs thermiques ont en particulier été envisagés pour des réacteurs d'oxydation supercritique, comme décrite dans les brevets US 5,100,560A, US6,054,057 A et US5,461,648 A.

La demande de brevet US2012/214977 décrit un racleur pour des applications d’ultrafiltration. Des racleurs spécifiques ont également été envisagés pour des fluides visqueux : https://www.hrsasia.co.in/heat-exchanger-specialists/scraped -surface-heat- exchanger/.

Dans le domaine des fluides organiques, d’autres solutions de désencrassement ont été déjà envisagées, parmi lesquelles on peut citer :

- la mise en vibration de pièces par pulsation de pression, comme décrit dans la demande US2008/0073063A1,

- des traitements chimiques, comme celui de la demande de brevet CA 2119056.

Toutes ces solutions ne conviennent pas à la problématique d’accumulation de sels de type II sur les parois, qui en outre peut éventuellement se produire sur les racleurs eux-mêmes.

H existe donc un besoin pour trouver une solution qui permette de mieux contrôler l’élimination de sels, en particulier de type II, présents dans une solution, notamment une solution destinée à subir un traitement thermochimique de conversion telle que de la biomasse humide destinée à être gazéifiée.

Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.

Exposé de l’invention

Pour ce faire, l’invention concerne un séparateur de sels pour séparer les sels d'une matière carbonée les contenant, le séparateur de sel comprenant :

- un tube comprenant un orifice d’injection par lequel une solution contenant un ou des sels est destinée à être injecté, et un orifice de sortie par lequel la solution est destinée à être évacuée ;

- une enceinte délimitant une chambre intérieure et comprenant :

• un couvercle auquel est fixé ou réalisé intégralement le tube,

• au moins une paroi latérale percée d’un deuxième orifice d’injection, par lequel un fluide drainant est destiné à être injecté, au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale étant adaptée pour être chauffée à une température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels, la paroi latérale et/ou le couvercle étant percé(s) d’au moins un premier orifice de sortie par lequel les effluents de la matière carbonée dénuée des sels précipités sont destinés à être évacués,

• un fond, la paroi latérale et/ou le couvercle et/ou le fond étant percé(e)(s) d’au moins un orifice de sortie par lequel les sels précipités sont destinés à être évacués sous la forme de saumure ou sous la forme solides en étant drainés par le fluide drainant ;

- une grille agencée dans la chambre intérieure de l’enceinte;

- une structure poreuse déformable, agencée dans la chambre (C) de l’enceinte au-dessus de la grille de sorte que l’orifice de sortie du tube débouche en son sein lorsqu’elle est dans son état non déformé;

- au moins un moyen de déformation, agencé dans la chambre de l’enceinte au-dessus de la grille, le moyen de déformation étant actionné pour déformer de manière réversible, au moins une fois, la structure d’un état non déformé, dans lequel, lorsque la solution est injectée dans le tube, les sels contenus dans la solution se précipitent sur sa surface, à au moins un état déformé dans lequel, en l’absence de solution injectée, les sels précipités présents sur la surface de cette dernière se décollent. Selon un premier mode de réalisation avantageux, la structure déformable est une structure compressible, le moyen de déformation étant un moyen de compression pour comprimer dans la chambre intérieure la structure compressible d’un état non compressé à au moins un état compressé.

Selon ce premier mode et une variante de réalisation avantageuse, la structure compressible est constituée d’au moins une mousse compressible à pores ouvertes, revêtue ou non d’un revêtement catalytique, ou d’au moins un ressort de compression, de préférence une pluralité de ressorts de compression agencés de manière concentrique. Une mousse métallique ou céramique présente avantageusement une porosité essentiellement ouverte, ce qui la rend accessible et permet une forte capacité de rétention des sels précipités.

Avantageusement, la structure compressible est agencée pour racler la paroi de la chambre intérieure lorsqu’elle passe de son état non compressé à son état compressé. En raclant ainsi la paroi intérieure de l’enceinte, on assure son nettoyage, en enlevant toute particule et/ou sel précipité.

Selon une variante de réalisation avantageuse, le moyen de compression est constitué par un piston monté coulissant dans la chambre intérieure et actionné par un moteur agencé à l’extérieur de l’enceinte.

Selon une configuration avantageuse, l’orifice de sortie des sels précipités sous la forme solides en étant drainées par le fluide drainant est le premier orifice de sortie par lequel les effluents de la matière carbonée dénuée des sels précipités sont destinés à être évacués.

Selon un deuxième mode de réalisation avantageux, la structure déformable est un lit de billes, le moyen de déformation étant un moyen d’agitation pour agiter dans la chambre intérieure le lit de billes d’un état statique à au moins un état agité.

Selon ce deuxième mode et une variante de réalisation avantageuse, le moyen d’agitation est un agitateur mécanique, notamment à pales, monté en rotation dans la chambre intérieure et actionné par un moteur agencé à l’extérieur de l’enceinte.

Selon une configuration avantageuse, l’orifice de sortie des sels précipités sous la forme de saumure est un deuxième orifice de sortie agencé en-dessous du deuxième orifice d’injection, de sorte que la saumure puisse être évacuée par vidange gravitaire L’enceinte est avantageusement réalisé dans une matière métallique adaptée aux conditions opératoires de température et de pression : elle peut être en Inconel®, en acier inoxydable ou autres.

La paroi latérale comprend des moyens de chauffage pour chauffer au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale à une température supérieure ou égale à la température de précipitation des sels.

Pour les moyens de chauffage de la paroi latérale de l’enceinte, on peut envisager plusieurs alternatives qui peuvent se cumuler l’une avec l’autre :

- des moyens de chauffage externe agencés autour de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer la solution à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels ;

- des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe et intégrées dans l’épaisseur de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer la solution à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels;

- un circuit de fluide caloporteur réalisé dans l’épaisseur de la paroi latérale de l’enceinte pour chauffer la solution à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels.

De préférence, la pression de fonctionnement de l’enceinte est comprise entre 222bars et lOOObars.

De préférence encore, la température de la chambre intérieure est comprise entre 300°C et 1000°C.

L’invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d’un séparateur de sels tel que décrit précédemment, comprenant les étapes successives suivantes : i/ injection d’une solution par le premier orifice d’injection et chauffage de l’enceinte de sorte que la solution soit à la température supérieure ou égale à la température critique de l’eau et de précipitation des sels, la structure poreuse déformable étant à l’état non déformé; ii/ arrêt de l’injection de solution puis actionnement du moyen de déformation pour faire passer la structure poreuse déformable de son état non déformé à au moins un état déformé; iii/ arrêt de F actionnement du moyen de déformation pour ramener la structure poreuse déformable à son état non déformé puis injection d’un fluide drainant pour drainer vers l’orifice de sortie les sels précipités décollés de la structure sous la forme de saumure ou sous la forme solides.

Avantageusement, les étapes i/ à iii/ sont réitérées en continu ou avec une durée d’attente entre l’étape iii/ et l’étape i/ successive.

L’invention a également pour objet une installation de gazéification de biomasse comprenant:

- un séparateur de sels tel que décrit précédemment ;

- un réacteur de gazéification relié à l’enceinte du séparateur de sels pour être alimenté en biomasse dénuée de sels.

Avantageusement, la température de fonctionnement du réacteur est d'environ 600°C et la pression de fonctionnement du réacteur est d'environ 300 bars.

Ainsi, l’invention consiste essentiellement à réaliser un séparateur de sels contenus dans une solution, de préférence à convertir thermochimiquement, qui est portée dans des conditions supercritiques pour précipiter les sels qu’elle contient au sein d’une structure poreuse déformable.

La porosité ouverte des pores de la structure définit une très grande surface de dépôt/précipitation des sels.

La solution est injectée dans l’enceinte du séparateur par un tube, tel qu’une canne d’injection, avantageusement réglable en hauteur, pouvant atteindre l’intérieur de la chambre et pénétrer au sein de la structure déformable, même dans son état le plus déformé.

La structure poreuse est chauffée par le biais de la paroi latérale de l’enceinte à une température comprise entre 300°C et 1000 °C, par exemple 400 °C. Les sels inorganiques contenus dans la solution sont piégés/précipités au contact de la structure poreuse chauffée qui est dans son état déformé. Le flux de la solution appauvri en sels est évacué par l’orifice de sortie dédié.

Au bout d’un certain laps de temps, l’injection de la solution est arrêtée. La déformation de la structure soit par compression sur une grille, et le cas échéant décompression, soit par agitation (lit de bille) selon un cycle permet de décoller/disloquer les sels précipités au sein de la structure. Ensuite, un flux de fluide drainant, qui peut être de l’eau ou un solvant ou un gaz porteur est injecté par l’orifice dédié. Le fluide drainant est avantageusement injecté à une température comprise entre 300°C et 1000 °C, par exemple 300 °C, et de pression entre 222 bar et 1000 bar, par exemple 250 bar.

Lorsque la structure est une structure compressible, le fluide drainant parcourt la structure qui a été ramenée à son état non compressé et évacue/draine les particules de sels qui ont été décollées de la structure poreuse. Le fluide drainant sort par la partie haute du séparateur en transportant ces particules à l’extérieur. On peut avantageusement les évacuer par l’orifice de sortie dédiée à l’évacuation du flux de la solution appauvri en sels. Les particules de sels peuvent être avantageusement séparées du fluide drainant pour récupération et valorisation des inorganiques.

Lorsque la structure est une structure déformable par agitation (lit de billes), le fluide drainant vient balayer le bas du séparateur et donc se charger en sels dissous à extraire sous la forme d’une saumure évacué par vidange de préférence gravitaire au travers d’une grille.

D’autre avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.

Brève description des dessins

[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un séparateur de sels selon l’état de l’art.

[Fig 2 A] [Fig 2B] [Fig 2C] les figures 2 A, 2B, 2C sont des vues en coupe longitudinales illustrant les différentes étapes de fonctionnement d’un séparateur de sels selon un premier mode de réalisation de l’invention.

[Fig 3] la figure 3 illustre en vue de coupe longitudinale une première variante d’un séparateur de sels selon le premier mode de réalisation selon l’invention.

[Fig 4] la figure 4 illustre en vue de coupe longitudinale une deuxième variante d’un séparateur de sels selon le premier mode de réalisation selon l’invention.

[Fig 5] la figure 5 illustre en vue de coupe longitudinale un séparateur de sels selon un deuxième mode de réalisation selon l’invention. [Fig 6] la figure 6 est une vue synoptique d’une installation de gazéification de biomasse humide intégrant un séparateur de sels selon le deuxième mode de l’invention.

Description détaillée

Par souci de clarté, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques selon l’état de l’art et selon l’invention.

On précise que dans l’ensemble de la demande, les termes « entrée », « sortie », « amont », «aval » sont à comprendre en relation avec le sens de la circulation du fluide considéré au sein d’un séparateur de sels et d’une installation de gazéification selon l’invention.

De même, les termes « supérieur », « inférieur », « dessus », « dessous » sont à comprendre en référence à un séparateur de sels selon l’invention agencé à la verticale dans sa configuration de fonctionnement.

La figure 1 relative à un séparateur de sels selon l’état de l’art a déjà été commentée en préambule. Elle ne le sera donc pas ci-après.

En figure 2A, on a représenté un séparateur de sels 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Dans l’exemple illustré, le séparateur de sels 1 est de forme axisymétrique de révolution. Dans sa configuration installée, il s’étend à la verticale.

Ce séparateur 1 comprend tout d’abord un orifice d’injection 11 à travers laquelle la biomasse humide contenant des sels est injectée, et un orifice de sortie 12 par lequel elle est évacuée.

Le séparateur 1 comprend également une enceinte 2 délimitant une chambre intérieure C.

Le couvercle 26 de l’enceinte est traversé par le tube d’injection 10 monté avantageusement réglable en hauteur de sorte à injecter la biomasse dans une zone de précipitation des sels.

Le couvercle est également percé d’au moins un premier orifice de sortie 25 par lequel les effluents de la biomasse dénuée des sels précipités sont destinés à être évacués.

L’enceinte 2 peut être à simple paroi latérale métallique 20 ou à double-paroi métallique 20, 21, percée d’un deuxième orifice d’injection 23 par lequel de l’eau est destinée à être injectée.

Au moins une partie de la hauteur de la paroi latérale 20 est adaptée pour être chauffée. Pour cette chauffe, des résistances chauffantes, sous la forme de cartouches, destinées à être alimentées par une source d’alimentation électrique externe peuvent être avantageusement intégrées dans l’épaisseur de la simple 20 ou double-paroi métallique 20, 21 II peut s’agir de cartouches cylindriques de faible diamètre, typiquement égal à 3,15mm comme celles commercialisées par la société Omega : https://www.omega.fr/subsection/cartouches- chauffantes.html.

Une grille 13 est agencée dans la chambre intérieure C de l’enceinte 2 de préférence au- dessus du premier orifice de sortie 23.

Une mousse poreuse déformable 14 est agencée dans la chambre C de l’enceinte au-dessus de la grille 13 de sorte que l’orifice de sortie 12 du tube débouche en son sein lorsqu’elle est dans son état non compressé. La mousse poreuse 14 peut être une mousse métallique résistante aux hautes températures.

Enfin, un moyen de compression 15 est agencé dans la chambre C de l’enceinte au-dessus de la grille 13 pour compresser la mousse poreuse 14.

Le fonctionnement du séparateur 1 va maintenant être décrit en référence aux figures 2A à 2C. est chauffée et biomasse humide est injectée par le tube 10 à l’intérieur de la mousse métallique 14 qui est dans son état non compressé, typiquement à une température de 300°C, et à une pression au-dessus de la pression critique au-delà de 222 bars (figure 2A).

Les sels contenus dans la biomasse se précipitent alors sur la surface de la mousse métallique 14.

Les effluents de biomasse dénués de sels sont évacués de l’enceinte par l’orifice de sortie 25.

L’injection de biomasse est arrêtée. On actionne le moyen de compression 15 pour faire passer la structure poreuse déformable de son état non compressé à au moins un état compressé (figue 2B). On peut procéder à plusieurs compressions/décompressions. Ces sollicitations mécaniques sur la mousse métallique 14 provoquent le décollement ou autrement dit le détachement/la dislocation des sels précipités préalablement dans la mousse métallique 14. La déformation par compression de la mousse métallique 14 arrêtée pour la ramener à son état non compressé. On injecte alors de l’eau en tant que fluide drainant par l’orifice d’injection 23 pour drainer vers l’orifice de sortie 25 les sels précipités décollés de la mousse 14 sous une forme solides (figure 2C).

La figure 3 montre une première variante de réalisation du moyen de compression 15 sous la forme d’un piston monté coulissant dans la chambre intérieure C et actionné par un moteur 16 agencé à l’extérieur de l’enceinte.

Le piston de compression est ici constitué d’une plaque de compression 150 déplacée en translation par une vis 151. La vis 151 est montée en rotation autour d’un axe central X à l’intérieur de la chambre intérieure C de l’enceinte 2 et la plaque de compression 150 est vissée et fixée autour de la vis 151. Des axes de guidage 152 assurent le guidage en translation de la plaque 150 à l’intérieur de l’enceinte 2, c’est-à-dire qu’ils empêchent la rotation de la plaque de compression 150 et assurent donc uniquement sa translation lors de l’actionnement de la vis 151 par rotation par le moteur 16. La plaque de compression 150 est en outre percée d’un trou débouchant 153 pour laisser passer le tube d’injection 10.

La figure 4 montre une autre variante de réalisation de la structure déformable par une pluralité de ressorts de compression 17 agencés de manière concentrique. Le piston de compression est ici constituée d’une tige 154 liée ou réalisée intégralement avec la plaque de compression 150 qui peut être actionnée par mouvement de va-et-vient par le moteur 16. Le tube d’injection 10 peut jouer le rôle d’un guide en coulissement de la plaque de compression 150.

Quelle que soit la variante de réalisation de la structure déformable par compression (mousse métallique 15, ressorts concentriques 17), on dimensionne celle-ci de sorte qu’elle vienne en outre racler la paroi de la chambre C. Ainsi, on garantit quelque part le nettoyage de cette dernière en enlevant toute particule inorganique qui se serait déposée sur cette surface.

La figure 5 illustre un autre mode de réalisation de l’invention selon lequel en lieu et place d’une structure poreuse déformable par compression on implante au sein de l’enceinte 2 un lit de billes 18 déformable par agitation mécanique.

Pour réaliser l’agitation mécanique, un agitateur 19 de type à pâles qui peut être actionné par un moteur 16 est agencé à l’intérieur de la chambre C. L’étape ii/ précitée est ainsi réalisée par la mise en rotation de l’agitateur mécanique 19 qui va provoquer une agitation des billes 18 et par-là une dislocation des sels précipités au préalable sur leur surface. Ces sels disloqués vont sédimenter dans la partie basse du séparateur 1, i.e. au-dessous et/ou au-dessus de la grille 13.

Ainsi, l’étape iii/ est réalisée par injection d’eau par l’orifice d’injection 23 et les sels disloqués sont évacués par vidange gravitaire sous la forme d’une saumure par un orifice de sortie 27 réalisé dans la partie basse, i.e. soit dans la paroi latérale 20 soit dans le fond 24 de l’enceinte.

La figure 6 illustre une installation 3 de gazéification de biomasse humide qui intègre un séparateur de sels 1 selon le mode de réalisation de la figure 5.

Sur cette figure 4, les différents symboles relatifs aux températures sont les suivants :

T: température de chauffe de la biomasse à convertir avant son entrée dans le séparateur 1, typiquement aux environs de 300°C.

Tg : température de gazéification de la biomasse, typiquement aux environs de 600°C.

Cette installation 3 comprend d’amont en aval dans le sens de la circulation de biomasse à gazéifier :

- un échangeur de chaleur 4, qui peut être standard dans la gestion de fluide visqueux non collant et optimisé pour la récupération de chaleur entre la température ambiante et au maximum la température T,

- un séparateur de sels 1, relié en aval à l’échangeur de chaleur 4, qui permet d’évacuer les effluents de biomasse sans sels tout en séparant les sels sous forme de saumure,

- un séparateur haute pression 5, relié en aval au séparateur 1, pour séparer les sels précipités sous forme solide de l’eau de saumure évacuée ;

- un réacteur de gazéification 6, relié en aval au séparateur de sels 1 pour gazéifier la biomasse sans sels à la température Tg.

Le réacteur de gazéification 6 est typiquement un réacteur à tube-calandre et fonctionne à 600°C sous pression de 300 bar.

Sur cette figure 6, les tracés pleins symbolisent les flux de matière avant la gazéification, respectivement à une température froide (ambiante) à l’entrée de l’échangeur 4, à une température proche de T à la sortie de l’échangeur 4, puis à la température requise de gazéification Tg dès la sortie du séparateur 1.

Les tracés pointillés représentent quant à eux les flux matière post-gazéification qui sortent à la température Tg du réacteur 6 et passent en retour dans l’échangeur de chaleur 4 pour être refroidis.

Comme précisé sur cette figure 6, une fois refroidis, les effluents convertis par la gazéification (syngas) sont évacués de l’installation 3 vers un procédé de stockage ou d’exploitation directe.

D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Liste des références citées

[1]: “A novel salt separator for the supercritical water gasification of biomass” , J Reimer, G. Peng, S. Viereck, E. De Boni, J. Breinl, F. Vogel, J. of Supercritical Fluids 117 (2016) 113-121.

[2]: “ Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 1: Type 1 salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Vogel, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 99-112.

[3]: “ Continuous salt precipitation and separation from supercritical water. Part 2. Type 2 salts and mixtures of two salts”, Martin Schubert, Johann W. Regler, Frederic Voge, J. of Supercritical Fluids 52 (2010) 113-124.