TITRE : PROCEDE DE TRAITEMENT DE DECHETS ORGANIQUES

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

L’invention concerne le domaine de traitement et de valorisation de déchets complexes.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Dans un contexte de changement climatique et de raréfaction des ressources, la recherche de procédés de traitement permettant de valoriser au mieux les énergies des différents déchets produits par l’activité humaine est en plein développement.

Ces technologies sont diverses et peuvent être divisées en produits dits « low tech » et en produits dits « high tech ».

Les produits « low tech » permettent une production d’énergie et une valorisation des ressources à bas cout mais avec des rendements en général faibles.

Les produits « high tech » permettent une production d’énergie et une valorisation des ressources avec des rendements élevées mais souvent avec des coûts aussi très élevés.

Les procédés de l’état de la technique ne permettent généralement pas de valoriser l’ensemble de ces produits d’une manière fiable industriellement, notamment en maitrisant les coûts de production et les dépenses énergétiques.

La présente invention propose une utilisation commune de ces produits “low tech” et de ces produits ’’high tech” pour aboutir à une synergie qui va trouver un optimum technico économique pour valoriser la biomasse au mieux tout en maitrisant les coûts de production.

Les produits “low tech” sont par exemple la digestion anaérobie de la biomasse. Cette digestion est un produit robuste mais sur certains produits (exemple lignine), les rendements sont tellement bas que construire un équipement pour aboutir à une production de gaz très faible n’entrainera aucun retour sur investissement, et donc ne présentera pas d’intérêt industriel.

D'un autre côté un produit “high tech” mis en œuvre sur un produit qui aurait pu être traité avec un bon rendement avec un produit “low tech” n’aura que peu d’intérêt économique par rapport au produit “low tech”. La différence de rendement dans ce cas entre les deux technologies ne justifiera pas la différence d’investissement. En d’autres mots, la différence marginale de production sera trop faible pour la différence marginale d’investissement. Un exemple de produit “high tech” est la gazéification hydrothermale qui peut permettre une forte production de gaz par rapport au produit entrant mais dont le cout est très important. En combinant la digestion et la gazéification hydrothermale d’une manière intelligente (optimale), on aboutit à un optimum de rendement de production de gaz tout en minimisant les coûts d’investissement.

RESUME DE L’INVENTION

L’invention concerne un procédé de traitement comprenant :

Une étape de fourniture d'un premier flux facilement fermentescible M2 et d’un deuxième flux difficilement fermentescible M3, une étape de gazéification hydrothermale d’au moins une fraction du deuxième flux difficilement fermentescible M3 afin d’obtenir un flux de matière minérale M4, un flux de matière organique M5 et du gaz, une digestion DG1 mise en œuvre sur au moins une fraction du premier flux facilement fermentescible M2 permettant d’obtenir un flux M61 et du gaz, et une digestion DG2 mise en œuvre sur au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de la gazéification hydrothermale, permettant d’obtenir un flux M62 et du gaz, étant entendu que les étapes de digestion DG1 et DG2 peuvent être mises en œuvre dans deux digesteurs différents ou dans le même digesteur, ledit premier flux facilement fermentescible M2 est caractérisé en ce qu’une digestion mésophile à 35-40°C pendant 20 jours permet de réduire de plus de 40% en poids la matière organique présente dans ledit premier flux, et ledit deuxième flux difficilement fermentescible M3 est caractérisé en ce qu’une digestion mésophile à 35-40°C pendant 20 jours ne permet pas de transformer en biogaz plus de 40% en poids de la matière organique présente dans ledit deuxième flux.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention : les digestions DG1 et DG2 sont mises en œuvre dans deux digesteurs différents, ladite digestion DG1 permettant d’obtenir un digestat M61 et du gaz, ladite digestion DG2 permettant d’obtenir un digestat M62 et du gaz, ledit procédé comprenant en outre une étape de mélange d’au moins une fraction du flux M62 et d’au moins une fraction du flux M61 afin d’obtenir un flux M63, ou les digestions DG1 et DG2 sont mises en œuvre dans le même digesteur, permettant d’obtenir un digestat M6 et du gaz.

Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend en outre, en amont de l’étape de gazéification hydrothermale, une étape de séparation d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique pour obtenir le premier flux facilement fermentescible M2 d’une part et le deuxième flux difficilement fermentescible M3 d’autre part.

Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention en outre en aval de la digestion, une étape de déshydratation mise en œuvre sur au moins une fraction du digestat M6 ou sur au moins une fraction du flux M63, afin d’obtenir un flux de matière organique déshydratée M7.

De préférence, la totalité du digestat M6 ou la totalité du flux M63 est introduite dans un dispositif de déshydratation pour l’étape de déshydratation.

De préférence, au moins une fraction du flux de matière organique déshydratée M7 est recyclé en amont de l’étape de gazéification hydrothermale.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, totalité du premier flux facilement fermentescible M2 est mis en œuvre pour la digestion DG1.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la totalité du deuxième flux difficilement fermentescible M3 est mis en œuvre dans l’étape de gazéification hydrothermale.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, l’étape de gazéification hydrothermale est mise en œuvre à une pression allant de 200 à 450 bars, de préférence encore de 250 à 300 bars et/ou à une température allant de 350 à 600°C, de préférence de 400 à 550°C.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, l’étape de gazéification hydrothermale comporte une étape de séparation permettant d’obtenir d’une part un flux M4 enrichi en matière inorganique et un flux M3’ appauvri en matière inorganique, et une étape de refroidissement dudit flux M3’ et une étape de détente dudit flux M3’ refroidi afin d’obtenir un gaz et le flux M5, ladite étape de refroidissement étant de préférence mise en œuvre par échange de chaleur avec la fraction de deuxième flux difficilement fermentescible M3.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, les digestions DG1 et DG2 sont mises en œuvre dans le même digesteur et la fraction du flux de matière organique M5 est introduite dans une boucle de recirculation dudit digesteur dans laquelle circule un flux M6’ depuis une sortie du digesteur et jusqu’à une entrée du digesteur.

Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend en outre en aval de l’étape de gazéification hydrothermale et en amont de la digestion, une étape de refroidissement de la fraction du flux de matière organique M5 à une température inférieure ou égale à 60°C, de préférence inférieure ou égale à 40°C, avant son introduction dans le digesteur pour l’étape de digestion.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de l’étape de gazéification hydrothermale est introduit dans un digesteur pour la digestion, sans refroidissement préalable. Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la digestion est une digestion anaérobie.

Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la fraction du premier flux facilement fermentescible M2 et la fraction du flux de matière organique M5 sont mélangées en amont de l’étape de digestion pour obtenir un mélange M8 qui sera introduit dans le digesteur, les digestions DG1 et DG2 étant alors mises en œuvre dans le même digesteur.

Les inventeurs ont découvert que la gazéification hydrothermale n’a pas toujours des rendements de conversion de la matière organique de 100% et qu’il est avantageux de ne pas pousser les conditions thermiques de réaction de la gazéification hydrothermale pour diminuer les coûts et d’utiliser la digestion anaérobie pour compléter la transformation de la matière organique en gaz.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[Fig. 1] représente un mode de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention.

[Fig. 2] représente un mode de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention.

[Fig. 3] représente un mode de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention.

[Fig. 4] représente un mode de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention.

[Fig. 5] représente un mode de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention.

[Fig. 6] représente un mode de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

L’invention concerne un procédé de traitement comprenant :

Une étape de fourniture d'un premier flux facilement fermentescible M2 et d’un deuxième flux difficilement fermentescible M3, une étape de gazéification hydrothermale d’au moins une fraction du deuxième flux difficilement fermentescible M3 afin d’obtenir un flux de matière minérale M4, un flux de matière organique M5 et du gaz, une digestion DG1 mise en œuvre sur au moins une fraction du premier flux facilement fermentescible M2 permettant d’obtenir un flux M61 et du gaz, et une digestion DG2 mise en œuvre sur au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de la gazéification hydrothermale, permettant d’obtenir un flux M62 et du gaz, étant entendu que les étapes de digestion DG1 et DG2 peuvent être mises en œuvre dans deux digesteurs différents ou dans le même digesteur.

Selon un mode de réalisation du procédé de traitement : les digestions DG1 et DG2 sont mises en œuvre dans deux digesteurs différents, ladite digestion DG1 permettant d’obtenir un digestat M61 et du gaz, ladite digestion DG2 permettant d’obtenir un digestat M62 et du gaz, ledit procédé comprenant en outre une étape de mélange d’au moins une fraction du flux M62 et d’au moins une fraction du flux M61 afin d’obtenir un flux M63, ou les digestions DG1 et DG2 sont mises en œuvre dans le même digesteur, permettant d’obtenir un digestat M6 et du gaz.

L'invention concerne ainsi le traitement d’un ensemble de biomasse dont une partie de la biomasse est facilement fermentescible et une autre partie de la biomasse est difficilement fermentescible.

Au sens de la présente invention, l’expression « au moins une fraction d’un mélange ou flux » a le même sens que l’expression « tout ou partie dudit mélange ou flux ». Lorsqu’il s’agit d’une partie dudit mélange ou dudit flux, cette expression se réfère à une certaine proportion dudit mélange ou dudit flux. Par exemple, au sens de cette expression « chaque fraction du mélange » ou « chaque fraction du flux » aura la même composition.

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.

Flux M2 et flux M3

Au sens de la présente invention, le premier flux facilement fermentescible M2 est caractérisé en ce qu’une digestion mésophile à 35-40°C pendant 20 jours permet de réduire de plus de 40% en poids la matière organique présente dans ledit premier flux.

Au sens de la présente invention, le deuxième flux difficilement fermentescible M3 est caractérisé en ce qu’une digestion mésophile à 35-40°C pendant 20 jours ne permet pas de transformer en biogaz plus de 40% en poids de la matière organique présente dans ledit deuxième flux.

Ces caractérisations s’entendent au sens des bonnes pratiques de mesures du potentiel méthanogène d’un substrat (« Biochemical Methane Potential » en langue anglaise), connues de l’homme du métier, qui permettent de mesurer en conditions mésophiles la production de gaz d’un substrat. Ces bonnes pratiques sont par exemple mentionnées dans la norme N F ISO 19388:2023.

Le premier flux facilement fermentescible M2 peut être choisi parmi par exemple les biomasses issues de collecte de déchets alimentaires, les graisses et les huiles alimentaires, la fraction récupérée par décantation primaire d’une station de traitement des eaux. Il peut s’agir notamment de la partie de matière organique issue d’une décantation primaire en entrée de station d’épuration.

Le deuxième flux difficilement fermentescible M3 peut être choisi parmi par exemple les déchets ligno-cellulosiques (exemple fumier, paille, déchets agricoles cellulosique), les boues biologiques de station d’épuration. Il peut s’agir notamment d’une biomasse issue d’une station d’épuration après un traitement biologique.

Par exemple, dans le cas de traitement de station d’épuration, les étapes dites de “traitement primaire” qui consiste en une simple décantation de la matière organique d’entrée produisent généralement un résidu facilement fermentescible dans un digesteur et cela avec des rendements pouvant typiquement dépasser 50% de transformation de la matière organique.

D’un autre côté, les “traitement biologiques” qui suivent les “traitements primaires” vont généralement produire un résidu qui aura un rendement de digestion pouvant descendre en dessous de 30%.

Selon un mode de réalisation, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de séparation d’un mélange M1 comprenant au moins de la matière organique pour obtenir le premier flux facilement fermentescible M2 d’une part et le deuxième flux difficilement fermentescible M3 d’autre part.

L’étape de séparation peut par exemple être mise en œuvre par lavage et décantation d’un mélange M1 permettant ainsi la création de deux flux séparés : un flux facilement fermentescible M2 et un flux difficilement fermentescible M3.

Le mélange M1 peut être choisi parmi du fumier, des déchets alimentaires.

Par exemple, le fumier contenant à la fois de la paille et des matières fécales des animaux est généralement constitué d’une partie difficilement fermentescible (la paille) et d’une matière facilement fermentescible (la matière fécale). Une séparation de ces deux flux par exemple par lavage et décantation (la paille ne se solubilisant pas dans l’eau contrairement à la matière fécale) peut permettre la création de deux flux séparés : un flux facilement fermentescible, l’autre difficilement fermentescible.

Selon un mode de réalisation, le flux facilement fermentescible M2 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 M2.

Gazéification hydrothermale

Le procédé de traitement selon l’invention comprend au moins une étape de gazéification hydrothermale (GH) mise en œuvre sur au moins une fraction du deuxième flux difficilement fermentescible M3.

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.

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.

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).

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.

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.

Le méthane est également produit par méthanation du CO et du CO2, à l’aide de dihydrogène.

En conséquence, la GH peut être considérée comme un processus de décomposition transformant les résidus organiques présents dans le flux M3 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 de l’ammoniaque sous forme de sel d’ammonium des acides carboniques produits.

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.

En conditions HTL, l'eau contient encore des ions HO- et H3O+ qui initient l'hydrolyse de la matière organique.

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.

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.

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.

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). Cette étape de GH permet d’obtenir un flux de matière minérale M4, un flux de matière organique M5 et du gaz.

Le flux de matière minérale M4 comprendra typiquement une proportion de matière minérale supérieure à la proportion de matière minérale dans le flux M3.

Le flux de matière organique M5 comprendra typiquement une proportion massique de matière organique supérieure à la proportion massique de matière organique dans le flux M3.

Typiquement également, le flux de matière minérale M4 comprendra une proportion de matière minérale supérieure à la proportion de matière minérale dans le flux M5.

Typiquement également, le flux de matière organique M5 comprendra une proportion de matière organique supérieure à la proportion de matière organique dans le flux M4.

On appelle gazéification hydrothermale l’ensemble de la chaine de traitement aboutissant d’une part à la production d’un gaz par la transformation de la matière organique et d’autre part à plusieurs fractions liquides contenant plus ou moins de matières inorganiques.

Typiquement, cette gazéification hydrothermale comprend au minimum la mise en pression et en température de la biomasse, en particulier à des températures supérieures à 350°C et à des pressions permettant d’éviter la vaporisation du milieu.

Selon un mode de réalisation, la gazéification hydrothermale est mise en œuvre dans un réacteur de gazéification : à une température allant de 350°C à 600°C, de préférence de 350°C à 550°C, et/ou à une pression allant de 200 à 450 bars, de préférence de 250 à 300 bars.

La gazéification hydrothermale peut aussi comprendre une séparation de la fraction inorganique (sels) et peut mettre en œuvre des catalyseurs.

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.

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

Selon un mode de réalisation, l’étape de gazéification hydrothermale est mise en œuvre dans un réacteur de gazéification en présence d’au moins un catalyseur. De préférence, le catalyseur est choisi parmi des métaux sur charbon actif, par exemple de type ruthenium, nickel, palladium ou platine.

Le catalyseur peut être sous forme d’un lit de particules solides au sein du réacteur de gazéification.

L’étape de gazéification hydrothermale conduira ainsi généralement à un mélange comprenant de la matière inorganique (sels) et de la matière organique. Dans le cadre de l’invention, typiquement, l’étape de GH comporte une étape de séparation permettant d’obtenir d’une part un flux M4 enrichi en matière inorganique et d’autre part un flux M3’ appauvri en matière inorganique. Le flux M3’ sera alors généralement un flux de gaz dissous dans un effluent liquide.

Au sens de la présente invention, dans le cadre d’une séparation d’un flux X donné, on entend par « un flux enrichi en matière inorganique », un flux comprenant une proportion massique de matière inorganique supérieure à la proportion massique de matière inorganique dans le flux X donné ces proportions massiques étant définies en proportion de la matière sèche.

Au sens de la présente invention, dans le cadre d’une séparation d’un flux X donné, 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 flux X donné ces proportions massiques étant définies en proportion de la matière sèche.

La séparation des flux M3’ et M4 peut être mise en œuvre par séparation pouvant se produire par précipitation gravitationnelle lors du processus de gazéification hydrothermale du mélange du réacteur de GH.

Typiquement, l’étape de GH comporte une étape de refroidissement du flux M3’ avant une étape de détente permettant d’obtenir un gaz d’une part et le flux liquide M5 d’autre part. Selon un mode de réalisation, ladite étape de refroidissement est mise en œuvre par échange de chaleur avec la fraction du deuxième flux difficilement fermentescible M3 (en amont de la GH). Ainsi, le flux M3 difficilement fermentescible en amont de l’étape de GH récupère de la chaleur présente dans le flux M3’ permettant ainsi de refroidir le flux M3’ et de chauffer le flux M3.

Pendant l’étape de gazéification hydrothermale, un flux M4 enrichi en matière inorganique est récupéré spécifiquement. De préférence, le ratio entre la concentration en matière inorganique dans M4 et la concentration en matière inorganique dans M3 est d’au moins 2, de préférence encore d’au moins 5.

En fin de gazéification hydrothermale, après d’éventuelles récupérations thermiques internes, le flux de sortie peut avoir une température qui peut être importante (supérieure à 150°C), une séparation entre le gaz et le liquide a typiquement lieu, afin d’aboutir ainsi à un flux de gaz, et à un flux de matière organique M5. Cette séparation peut se faire à pression atmosphérique ou sous pression.

La fraction liquide chaude M5 contient de la matière organique (flux de matière organique) et peut ainsi permettre par retour dans un digesteur avantageusement de chauffer ce dernier. En effet, les bactéries présentes dans le digesteur peuvent avoir besoin de chaleur (37-55°C) pour leur activité métabolique.

Ce retour de chaleur potentiellement élevé doit avantageusement s’effectuer dans des conditions telles qu’aucun choc thermique ne puisse avoir lieu.

Ce mélange peut par exemple se faire dans une boucle de recirculation de la boue du digesteur avec un fort débit auquel s’ajoute un petit débit de fraction liquide chaude.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre en aval de l’étape de gazéification hydrothermale et en amont de l’étape de digestion, une étape de refroidissement de la fraction du flux de matière organique M5 à une température inférieure ou égale à 60°C, de préférence inférieure ou égale à 40°C, avant son introduction dans un digesteur pour l’étape de digestion.

Digestion

Le procédé de traitement selon l’invention comprend : une digestion DG1 mise en œuvre sur au moins une fraction du premier flux facilement fermentescible M2 permettant d’obtenir un flux M61 et du gaz, et une digestion DG2 mise en œuvre sur au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de la gazéification hydrothermale, permettant d’obtenir un flux M62 et du gaz, étant entendu que les étapes de digestion DG1 et DG2 peuvent être mises en œuvre dans deux digesteurs différents ou dans le même digesteur.

Dans le cadre du procédé de traitement de l’invention, les digestions DG1 et DG2 peuvent être mises en œuvre dans le même digesteur ou dans deux digesteurs différents.

Ainsi, le procédé de l’invention comprend une étape de digestion choisi parmi: i. une étape de digestion DG1 mise en œuvre dans un premier digesteur sur au moins une fraction du premier flux facilement fermentescible M2 permettant d’obtenir un flux M61 et du gaz, et une étape de digestion DG2 mise en œuvre dans un deuxième digesteur sur au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de la gazéification hydrothermale, permettant d’obtenir un flux M62 et du gaz, ou ii. une étape de digestion DG mise en œuvre dans un digesteur sur au moins une fraction du premier flux facilement fermentescible M2 et sur au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de la gazéification hydrothermale, permettant d’obtenir un flux M6 et du gaz.

Selon un mode de réalisation préféré, l’étape de digestion est choisie parmi une étape de digestion DG mise en œuvre dans un digesteur sur au moins une fraction du premier flux facilement fermentescible M2 et sur au moins une fraction du flux de matière organique M5 issu de la gazéification hydrothermale, permettant d’obtenir un digestat M6 et du gaz.

Typiquement, la digestion est mise en œuvre dans un digesteur, aussi appelé cuve.

De façon avantageuse, la ou les digestions mises en œuvre dans le procédé selon l’invention sont des digestions anaérobies.

De préférence, la ou les digestions sont mises en œuvre en l’absence d’oxygène à une température allant de 20 à 60°C.

Lorsqu’une digestion mésophile est mise en œuvre, alors la température dans le digesteur va de 33°C à 37°C et le temps de séjour est de 14 à 22 jours. Lorsque la digestion ne traite que des effluents purement liquides, le temps de séjour peut être considérablement réduit. Il conviendra de noter que le flux M5 issu de la GH sera un flux liquide.

Lorsqu’une digestion thermophile est mise en œuvre, alors la température dans le digesteur va de 55° à 60°C et le temps de séjour est de 8 à 12 jours. Lorsque la digestion ne traite que des effluents purement liquides, le temps de séjour peut être considérablement réduit.

Le temps de séjour et la température sont deux facteurs influençant la bonne dégradation des boues et donc l'optimisation de la production d'énergie.

A l’issue de l’étape de digestion, un biogaz est obtenu.

Tel qu'utilisé ici, un « traitement anaérobie » est compris comme une digestion anaérobie produisant un biogaz. Le traitement anaérobie est typiquement effectué dans une cuve anaérobie.

La digestion anaérobie peut être mésophile ou thermophile.

Ce biogaz comprend typiquement un mélange essentiellement constitué de méthane, de dioxyde de carbone et d'eau. Le biogaz peut éventuellement comprendre d'autres gaz, tels que l’hydrogène, l’oxygène, l'azote, le sulfure d'hydrogène mais ces autres gaz représentent collectivement moins de 10 % en poids du biogaz, du poids total du biogaz. La digestion anaérobie est un processus impliquant des micro-organismes qui décomposent les matières biodégradables en l'absence d'oxygène.

Ce procédé produit un digestat et une fraction gazeuse comprenant du méthane, et typiquement constituée essentiellement de méthane et de CO2, également appelée biogaz.

Avantageusement, la digestion anaérobie est une digestion d'effluents ne contenant que des composants solubles, notamment du carbone soluble c'est-à-dire ne contenant plus de solides en suspension.

Avantageusement, les solides en suspension ont été solubilisés dans l'étape de gazéification hydrothermale.

Dans le cas où le procédé met en œuvre deux digestions DG1 et DG2 dans deux digesteurs différents, alors la digestion mise en œuvre sur le flux M2 peut être mise en œuvre dans des conditions différentes de la digestion mise en œuvre sur le flux M5. Par exemple, la digestion mise en œuvre sur le flux M5 peut être une digestion de type IIASB (upflow anaerobic sludge blanket digestion), c'est-à-dire traitant du carbone soluble.

Par exemple, dans le cas où le flux M2 contient une part importante de matières solides (typiquement supérieure à 3% en poids de matières solides), la digestion mise en œuvre sur le flux M2 sera avantageusement une digestion du type infiniment mélangée avec un système de brassage du digesteur assurant une homogénéité dans le système.

Le traitement anaérobie est généralement effectué dans des conditions de pH comprises entre 7,0 et 7,5, de préférence entre 7,0 et 7,2.

Selon un mode de réalisation avantageux, les digestions DG1 et DG2 sont mises en œuvre dans le même digesteur, et le flux de matière organique M5 issu de la gazéification est introduit dans une boucle de recirculation dans laquelle circule un flux M6’ depuis une sortie du digesteur et jusqu’à une entrée du digesteur. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsqu’il n’y a pas de dispositif de refroidissement entre le réacteur de gazéification hydrothermale et le digesteur.

De préférence, le débit D1 d’entrée du flux de matière organique M5 dans ladite boucle de recirculation M6’ du digesteur est inférieur au débit D2 de circulation de la boue du digesteur dans la boucle de circulation. Par exemple, le ratio D2/D1 peut être d’au moins 3.

Typiquement, le débit du flux M5 à l’issue de la gazéification hydrothermale n’est pas contrôlé.

Le débit du flux M6’ peut être contrôlé et ajusté en fonction du débit du flux M5

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre en aval de l’étape de gazéification hydrothermale et en amont de la digestion, une étape de refroidissement de la fraction du flux de matière organique M5 à une température inférieure ou égale à 60°C, de préférence inférieure ou égale à 40°C, avant son introduction dans un digesteur pour la digestion. Cette étape de refroidissement supplémentaire peut être mis en œuvre à l’aide par exemple d’eau industrielle.

Cette étape de refroidissement supplémentaire sur le flux M5 est de préférence mise en œuvre dans le cas où le flux de chaleur apporté par M5 entraînerait une température trop importante dans l’ensemble du digesteur (dans la masse globale du digesteur). En effet, dans ce cas, il sera avantageux d’évacuer de la chaleur provenant du flux M5 avant introduction dans le digesteur.

Selon un mode de réalisation du procédé, la fraction du premier flux facilement fermentescible M2 et la fraction du flux de matière organique M5 issue de la GH sont mélangées en amont de l’étape de digestion, pour être introduit sous forme d’un mélange M8 dans le digesteur.

L’étape de refroidissement supplémentaire du flux M5 est de préférence mise en œuvre dans le cas où le flux M5 est mélangé au flux M2 en amont du digesteur, et en particulier lorsque ce mélange M8 conduirait (en l’absence d’un tel refroidissement) à une température trop importante, typiquement à une température supérieure à 45°C.

A l’issue de la digestion, le procédé de traitement permet d’obtenir : dans le cas de digestions DG1 et DG2 dans deux digesteurs différents, un premier digestat M61 (et du gaz) et un deuxième digestat M62 (et du gaz), ou dans le cas de digestions DG1 et DG2 dans le même digesteur (on pourra parler d’une digestion DG), un digestat M6 (et du gaz).

De préférence, dans le cas de digestions DG1 et DG2 dans deux digesteurs différents, le procédé comprend en outre une étape de mélange d’au moins une fraction du flux M62 et d’au moins une fraction du flux M61 afin d’obtenir un flux M63.

Selon un mode de réalisation, dans le cas de digestions DG1 et DG2 dans deux digesteurs différents, le procédé comprend en outre une étape de mélange des flux gazeux issus de chaque digesteur, avant une éventuellement étape de traitement des gaz. En effet, si le procédé comprend une étape ultérieure de traitement des gaz en aval, alors avantageusement, il conviendra de mutualiser les traitements.

Selon un mode de réalisation, dans le cas de digestions DG1 et DG2 dans le même digesteur, le procédé pourra éventuellement comprendre une étape de traitement des gaz issus dudit digesteur. Selon un mode de réalisation, le procédé de traitement comprend en outre, en aval de la digestion, une étape de déshydratation mise en œuvre : sur au moins une fraction du digestat M6 issu de la digestion DG, de préférence sur la totalité du digestat M6 issu de la digestion DG, ou sur au moins une fraction du flux M63, de préférence la totalité du flux M63.

De préférence, la matière déshydratée issue de la déshydratation est introduite dans le réacteur de gazéification ou dans le flux M3 en amont du réacteur de gazéification.

Selon un mode de réalisation, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de recirculation de la boue (flux M6’) de la sortie du digesteur jusqu’à l’entrée du digesteur, ladite étape étant de préférence mise en œuvre dans une boucle de recirculation. Selon ce mode de réalisation, le flux M5 est alors de préférence introduit dans la boucle de recirculation de la boue issue du digesteur.

De préférence, selon ce mode de réalisation, le procédé de traitement comprend une étape de contrôle du débit de la boue ainsi recirculée, et d’adaptation dudit débit en fonction du débit du flux M5, le débit du flux M5 n’étant alors typiquement pas contrôlé.

En effet, il est possible de prévoir une boucle de recirculation depuis la sortie du digesteur jusqu’à son entrée permettant la recirculation de la boue depuis la sortie du digesteur jusqu’à son entrée. Selon ce mode de réalisation, il est possible de prévoir d’introduire le flux M5 dans la boucle de recirculation pour qu’il soit ensuite introduit dans le digesteur via cette boucle, en mélange avec la boue de la boucle de recirculation. Selon ce mode de réalisation, il est alors possible de prévoir une unité de contrôle pour contrôler le débit de la boue dans la boucle de recirculation et l’adapter en fonction du débit du flux M5, qui lui ne serait pas contrôlé.

Cette injection du flux M5 dans la boue recirculée, et non directement dans le digesteur, permet d’éviter un choc thermique et une trop grande élévation de température dans le digesteur. Ce contrôle du débit et cet ajustement permet encore davantage de contrôler et de limiter l’augmentation de température dans le digesteur.

De préférence, le débit de la boue recirculée est adaptée afin de ne pas engendrer une augmentation de température de plus de 5°C dans le flux mélangé, après introduction du flux M5

Le procédé de traitement selon l’invention peut être mise en œuvre dans une installation.

La présente invention concerne également une installation en tant que telle pour la mise en œuvre du procédé de traitement. Les Fig. 1 à Fig. 4 illustrent des modes de réalisation d’une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention, sans en limiter la portée.

Selon un mode de réalisation, l’installation comprend : Un réacteur de gazéification hydrothermale GH, un digesteur DG comportant au moins une sortie de digestat M6 et une sortie de gaz,

Une ligne d’amenée de flux reliant une sortie du réacteur de gazéification hydrothermale (flux M5) et une entrée : i. Soit d’un dispositif de mélange en amont du digesteur, ii. Soit du digesteur DG,

Une ligne d’amenée de flux qui alimente : i. Soit le dispositif de mélange si présent, ii. Soit le digesteur DG, éventuellement un dispositif de déshydratation DH alimenté par la ligne de digestat M6 comportant une sortie d’eau et une sortie de flux M7 déshydraté, éventuellement une boucle de recyclage permettant de recycler au moins une fraction du flux M7 déshydraté à l’entrée du réacteur GH.

Selon un autre mode de réalisation, l’installation comprend : un réacteur de gazéification hydrothermale GH, un digesteur DG1 comportant au moins une sortie de digestat M61 et une sortie de gaz, une ligne d’amenée de flux M2 qui alimente DG1 , un digesteur DG2 comportant au moins une sortie de digestat M62 et une sortie de gaz, une ligne d’amenée de flux M5 reliant une sortie du réacteur de gazéification hydrothermale GH et une entrée du digesteur DG2, éventuellement une ligne de flux M63 alimenté par la ligne de digestat M61 et par la ligne de digestat M62, éventuellement un dispositif de déshydratation DH alimenté par la ligne de flux M63 comportant une sortie d’eau et une sortie de flux M7 déshydraté, éventuellement une boucle de recyclage permettant de recycler au moins une fraction du flux M7 déshydraté à l’entrée du réacteur GH.

Selon l’installation illustrée à la Fig. 1 : Une ligne d’amenée de flux M2 facilement fermentescible alimente un digesteur DG,

Une ligne d’amenée de flux M3 difficilement fermentescible alimente un réacteur de gazéification hydrothermale GH, ledit réacteur comportant une sortie de flux M4 pour la matière minérale, une sortie de flux M5 pour la matière organique et une sortie pour le gaz,

La ligne de sortie de flux M5 alimente le digesteur DG, ledit digesteur comportant une sortie pour le gaz et une sortie M6 pour la matière organique appelée digestat.

Selon un mode de réalisation illustré à la Fig. 2, le digesteur DG comprend une boucle de recirculation de la boue, ladite boue M6’ dans la boucle ayant de préférence un débit suffisamment élevé pour éviter une élévation importante de la température de ladite boucle, après introduction du flux M5. Par exemple, l’élévation de la température sera de préférence inférieure ou égale à 5°C. Ainsi, le débit du flux M6’ de la boucle sera donc adapté à la température et au débit du flux M5 pour éviter cette augmentation de température dans le flux M5’ (flux dans la boucle, après introduction du flux M5).

Selon ce mode de réalisation, ladite boucle de recirculation comprend alors avantageusement une pompe à variation de vitesse permettant le contrôle de la température de retour de la boucle.

Selon le mode de réalisation incluant une boucle de recirculation illustré à la Fig. 2, le flux M2 peut être introduit directement dans le digesteur DG et/ou dans la boucle de recirculation, de préférence en amont de l’injection de M5.

Le mode de réalisation illustré à la Fig. 3 diffère de celui de la Fig. 1 en ce que le procédé comprend une étape préliminaire de séparation d’un mélange M1. Ainsi, l’installation selon ce mode de réalisation comprend un dispositif de séparation SP alimenté par une ligne d’amenée de flux M1 et comportant deux sorties, une sortie de flux M2 et une sortie de flux M3.

Ce mode de réalisation incluant une étape de séparation préliminaire peut également être mis en œuvre dans le cadre du mode de réalisation illustré à la Fig. 2, avec une boucle de recirculation de la boue du digesteur.

Le mode de réalisation illustré à la Fig. 4 diffère de celui de la Fig. 1 en ce que le procédé comprend en outre, en aval de l’étape de digestion, une étape de déshydratation de du digestat avant recyclage dans le réacteur de gazéification. Ainsi, l’installation comprend selon ce mode de réalisation un dispositif de déshydratation DH alimenté par la ligne de flux M6 et comportant une sortie d’eau et une sortie de matière organique déshydratée M7 reliée à une entrée du réacteur de gazéification.

Ce mode de réalisation incluant une étape de déshydratation peut également être mis en œuvre dans le cadre du mode de réalisation illustré à la Fig. 2, avec une boucle de recirculation de la boue du digesteur, et/ou dans le cadre du mode de réalisation illustré à la Fig. 3, avec une étape de séparation préliminaire.

Selon un mode de réalisation illustré à la Fig. 5, l’installation comporte un dispositif de mélange MG permettant le mélange du flux M2 et du flux M5 issu de la GH. Le flux mélangé M8 issu du dispositif de mélange est ensuite introduit dans le digesteur DG.

Selon un mode de réalisation non représenté, l’installation comporte un dispositif de refroidissement en aval du réacteur de gazéification hydrothermale, alimenté par le flux M5 comportant de la matière organique et permettant de refroidir le flux de matière organique M5 à une température inférieure ou égale à 60°C, de préférence inférieure ou égale à 40°C, avant son introduction dans le digesteur pour la digestion.

Selon un mode de réalisation non représenté sur les Figures, le réacteur de gazéification GH comportera un dispositif de séparation permettant d’obtenir le flux M4 et un flux M3’ de gaz dissous dans un effluent liquide, et un dispositif de refroidissement, de préférence un dispositif de récupération de chaleur, permettant de refroidir le flux M3’, et de préférence de chauffer au moins partiellement le flux M3 en amont du réacteur de GH, et un dispositif de détente alimenté par au moins une fraction du flux M3’ permettant d’obtenir le flux gazeux d’une part et le flux M5 (type effluent liquide) d’autre part.

Selon un mode de réalisation illustré à la Fig. 6, l’installation selon l’invention comprend un digesteur DG1 alimenté par un flux M2 et un digesteur DG2 alimenté par au moins une fraction du flux M5 en aval du réacteur GH.

Selon ce mode de réalisation, l’installation comprendra avantageusement un dispositif permettant de mélanger le digestat M61 issu de DG1 et le digestat M62 issu de DG2 pour conduire à une ligne d’amené de flux M63.

Selon ce mode de réalisation, l’installation pourra en outre comprendre, en aval dudit dispositif de mélange, un dispositif de déshydratation DH alimenté par la ligne de flux M63 et comportant une sortie d’eau et une sortie de matière organique déshydratée M7 reliée à une entrée du réacteur GH. Selon un mode de réalisation non représenté, les flux gazeux issus de DG1 et de DG2 peuvent être combinés avant d’être éventuellement introduits dans une unité de traitement des gaz.

L’installation selon l’invention peut bien entendu comprendre une ou plusieurs des caractéristiques décrites dans le cadre du procédé selon l’invention.