Brevet FR2512053A1 — publié le 19830304

L'invention concerne un procédé de transformation de matière ligneuse d'origine végétale et une matière d'ori- gine végétale ligneuse transformée par torréfaction. Il est connu d'utiliser pour leurs propriétés com- bustibles et/ou chimiques des produits issus de la carbo- nisation du bois par traitement à des températures toujours supérieures à 350 'C et de préférence entre 400 et 6000 C. Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé permettant d'obtenir un nouveau produit ayant des propriétés nouvelles de plus grande facilité d'emploi et renfermant sensiblement la totalité de l'énergie thermique potentielle de la matière ligneuse de départ, pour un pou- voir calorifique notablement accru. Un autre but de l'invention est de permettre l'uti- lisation de toutes sortes de matières ligneuses d'origine végétale, telles que bois, écorces, sciures, balles de riz coques de noix, noyaux de fruits, paille, anas de lin, bagasse, etc Ces buts sont atteints, selon l'invention, grâce au fait qu'on soumet une matière ligneuse d'origine végétale à un traitement de torréfaction en atmosphère neutre à une température comprise entre 200 et 280 'C, de préférence entre 240 et 260 'C. La demanderesse a trouvé, de façon surprenante, que la torréfaction dans de telles limites de température condui- sait à un produit nouveau à caractéristiques propres, dont il sera parlé plus loin plus en détail Le procédé peut s'appliquer à tout déchet ligneux agricole ou forestier,-de quelque dimension granulométrique que ce soit, étant précisé que, pour la commodité de mise en oeuvre, les produits les plus fins peuvent être préalablement agglomérés par tous moyens connus, par exemple sous forme de croquettes de paille ou de sciure Inversement, les bois peuvent être pré- alablement fragmentés avant le traitement de torréfaction. La durée de traitement, fonction de la dimension granulométrique, dépend sensiblement de la température Pour une dimension de l'ordre du cm 3 la durée de traitement peut être de 30 mn à 280 'C, mais 1 h à 2500 C et 2 h à 2300 C. Elle peut atteindre 5 h pour des morceaux gros comme le poing. Les produits de départ peuvent être secs ou humides et peuvent être soumis au traitement soit directement, c'est- à-dire à sec, soit dans un bain liquide, tel qu'il est connu en soi. Le produit obtenu dans les conditions opératoires du procédé de l'invention est nettement différent du bois et du charbon de bois Il est même très différent du charbon dit "roux" obtenu par carbonisation à basse température du bois. Le produit de l'invention présente des caractéristi- ques très intéressantes Il est de couleur brune, sa friabi- lité est grande, mais moindre que celle du charbon de bois, car il est fractionnable à la main et peut donc être facilement broyé par tous moyens économiques-connus Il est non fermentes- cible Son pouvoir calorifique est d'au moins 5000 kcal/kg environ Sa masse spécifique apparente est voisine de 0,25 kg/dm 3 et son hygroscopicité est très faible, inférieure à 3 % Le carbone fixe est compris entre 35 et 40 %, la différence étant constituée par les matières volatiles et les cendres. Sa réactivité est élevée. Il semble que le traitement modifie les hémicellu- loses contenues dans le bois, ou autre matière ligneuse, sans toucher la cellulose et la lignine stables aux températures de traitement du procédé de l'invention Les hémicelluloses seraient transformées en un nouveau produit solide plus con- densé et stable. Il apparaît, en outre, que la torréfaction du bois, ou autre matière ligneuse, s'accompagne du dégagement de la quasi-totalité de l'acide acétique, habituellement généré - lors d'une carbonisation De ce fait, le combustible obtenu ne présente plus les inconvénients bien connus dans la com- bustion et la gazéification du bois et attribués à la corrosion acide des gaz obtenus. Les possibilités d'utilisation pratique du produit combustible de l'invention sont nombreuses. Une chaudière à bois s'accommode avantageusement de ce combustible qui présente, par rapport au bois, les avan- tages suivants: pouvoir calorifique élevé, possibilité 12053 d'emploi de chaudière à combustible pulvérisé du fait de la friabilité de la matière, pas de dégagement d'acides corrosifs, transport et stockage facilités, pas de reprise sensible d'eau au stockage. Un gazogène à bois torréfié de l'invention conduit à un fonctionnement amélioré du fait des propriétés du produit Il faut ajouter au bilan favorable la réduction de l'humidité et des goudrons dans les gaz et un meilleur pouvoir calorifique de ces derniers. Dans la carbonisation ultérieure possible du bois torréfié de l'invention, la valeur élevée du carbone fixe, expliquée par la condensation des hémicelluloses, conduit à des rendements en charbon supérieurs à 35 %, chiffre impos- sible à atteindre par carbonisation directe du bois Les pyroligneux obtenus contiennent moins d'acides et moins de produits lourds Leur fractionnement en est simplifié. Le bois torréfié étant broyable, son traitement ultérieur par hydroliquéfaction en est facilité Il se pré- sente comme une matière première facilement manipulable par broyage, mélangeage, évitant les inconvénients bien connus de l'emploi direct du bois. En métallurgie ou électrométallurgie, le bois torré- fié s'identifie dans ses emplois au charbon de bois, sur lequel il a l'avantage d'une moindre friabilité, d'une meilleure réactivité, et d'un coût au carbone fixe nettement plus avantageux. Broyé en poudre fineleboistorréfié conduit à une matière pouvant constituer une charge organique légère, non fermentescible, et non toxique Elle est aussi, particuliè- rement économique. En résumé, le bois torréfié constitue une matière première définie, stable, intermédiaire entre lé bois et le charbon de bois, ouvrant des emplois industriels nouveaux. Il permet la mobilisation des ressources agricoles et forestières jusqu'ici inemployées en transformant celles-ci en un combustible de maniement particulièrement avantageux. 12053 On comprendra mieux l'invention par les exemples de réalisation donnés ci-après. EXEMPLE 1 - 4 kg de plaquettes de chêne à 14 % d'humidité et de dimension particulaire moyenne égale au cm, sont introduits dans un four tournant de 50 1 Cette enceinte est placée sous atmosphère d'azote et se trouve progressivement portée à 250 'C (montée en température = 20 Cpar minute)' Cette tempé- rature est maintenue pendant deux heures Après refroidisse- ment, on recueille 2,5 kg de bois torréfié à 36 % de carbone fixe de masse spécifique voisine de 0,25 kg/dm 3 ayant une hygroscopicité de 3 % La phase pyroligneuse recueillie par condensation est de 1, 3 kg Elle contient 170 g d'acide acétique. EXEMPLE 2 - 2 kg de croquettes de sciure à 5 % d'humidité sont introduites avec 0,800 kg d'alcool oxo (coupe C 13-C 15) dans un four tournant, placé sous azote Un porte progressivement la température du four (montée 40 C par minute) jusqu'à distillation complète de l'alcool Après refroidissement, on recueille 1,5 kg de bois torréfié à 38 % de carbone fixe,de masse spécifique voisine de 0,25 kg/dm 3 ayant une hygrosco- picité de 3 % Dans cet exemple, la durée du traitement ther- mique correspond sensiblement au pseudo-palier de distillation de l'alcool et se trouve ainsi plus réduite que dans l'exemple 1 (environ 10 fois), pour un degré de transformation sensi- blement identique. En ce qui concerne les applications de la matière ligneuse selon l'invention, on en citera plus particulièrement trois, sans que cela constitue une limitation: 1 L'industrie électrométallurgique utilise dans ses fours des mélanges de charbon de bois et de bois, en tant qu'agents réducteurs de divers oxydes (silice en particulier). Le charbon de bois apporte son caractère réducteur Le bois assure principalement la tenue mécanique de la charge. Le bois torréfié de l'invention réunit à lui seul ces deux propriétés. 12053 D'autre part, sa faible hygroscopicité lui permet une fiabilité d'emploi que ne permettent pas le bois et le charbon de bois (hygroscopicité forte et variable) Il ouvre ainsi indirectement la voie à une automatisation des ins- tallations qui n'a pu être réalisée jusqu'à présent. 2 Il est envisagé d'utiliser des gazogènes à bois sur des véhicules lourds pour diminuer l'utilisation des carburants classiques Ces gazogènes présentent les princi- paux inconvénients suivants: le rendement en énergie exprimé par rapport au bois est faible, ce qui augmente dans des proportions notables l'approvisionnement en biomasse; la gazéification du bois dégage de l'acide acétique et des composés lourds qui nécessitent une technologie particu- lière pour éviter corrosion et pollution excessives. L'emploi du bois torrifié de l'invention évite en grande partie ces inconvénients puisqu'il améliore nota- blement la rentabilité énergétique globale en considérant les chiffres obtenus suivants: 0,75 kg bois torréfié X (PC = 6000) 1,5 kg bois à 33 % d'humidité (PC = 3200) 0,30 kg charbon de bois (PC = 8 000) Ainsi, le produit (rendement énergétique de fabri- cation) x (pouvoir calorifique) est maximal pour le bois torréfié de l'invention. D'autre part, on a pu constater que le traitement thermique à plus haute température du bois torréfié de l'in- vention produit peu d'acide acétique (dégagé principalement avant sa formation) et peu de composés lourds, ce qui sim- plifie la technologie du dispositif à adopter. 3 On a pu constater que, de façon surprenante, en présence de catalyseur d'hydrogénation, le bois torréfié de l'invention pouvait être solubilisé dans un solvant du type fuel, alcool,oxo, en plaçant le mélange bois torréfié - solvant scus balayage d'hydrogène à pression ordinaire, à une température de l'ordre de 250 C On obtient ainsi, à partir du bois torréfié, un "fuel ex-bois ", ce qui permet d'envisager pour ce produit les applications correspondantes. 12053 REVENDICATIONS 1 Procédé de transformation de matière ligneuse d'origine végétale, caractérisé en ce qu'on soumet ladite matière à un traitement de torréfaction en atmosphère neutre à une température comprise entre 200 et 280 'C. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de torréfaction est comprise entre 240 et 2600 C. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de traitement de torréfaction est de l'ordre de 30 mn à 5 h. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fragmente la matière ligneuse d'origine végétale avant traitement de torréfaction. 5 Procédé de transformation selon la revendication 1, de matière ligneuse d'origine végétale se présentant à l'état finement divisé, caractérisé en ce qu'on agglomère ladite matière ligneuse avant traitement de torréfaction. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière est directement soumise au traitement de torréfaction - 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière est soumise au traitement de torréfac- tion dans un bain liquide. 8 Matière ligneuse d'origine végétale transformée par torréfaction, caractérisée en ce qu'elle n'est pas fermentescible, elle présente une masse spécifique apparente voisine de 0,25 kg/dm 3, a un pouvoir calorifique d'au moins 5000 kcal/kg environ, une teneur en carbone fixe comprise entre 35 et 40 % environ, et un pouvoir hygrosco- pique inférieur à 3 %. 9 Matière ligneuse selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'à l'état sec elle est fractionnable a la main. 10 Matière ligneuse selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle est de couleur brune. 11 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en suspension dans un solvant hydrocarboné tel que fuel, alcool oxo, la matière torréfiée et on soumet le mélange à un traitement d'hydrogénation par balayage d'hydrogène à pression ordinaire à une température de l'ordre de 250 'C.