Brevet FR2534926A1 — publié le 19840427

A ltheure actuelle on cherche à utiliser la biomasse pour remplacer d'autres sources d'énergie telles que le pétrole ou le gaz naturel. I.a biomasse est constituée par des déchets agricoles, (feuilles, etc...), des déchets de bois de scierie ou de papeterie, par du bois non utilisable commercialement ou par la fraction organique des ordures ménagères. On cherche en particulier à obtenir par gazéification de cette biomasse, soit un gaz combustible (utilisable dans les moteurs ou comme gaz de ville), soit un gaz de synthèse servant à la production d'ammoniac, de méthanol, de méthane ou même d'hydrocarbures liquides selon le procédé Fischer-Tropsh. On a proposé d'effectuer la pyrolyse de la biomasse en continu en présence d'air, d'oxygène ou d'un mélange des deux dans des appareillages connus sous le nom de "gazogènes". Les cendres sont éliminées au fond de l'appareil sous forme solide ou liquide. On a également décrit l'emploi d'un lit fluidisé. L'addition de vapeur d'eau à l'air (ou à l'oxygène) pour améliorer la teneur en hydrogène du gaz en favorisant la réaction de conversion des gaz de pyrolyse et l'oxydation du carbone par la vapeur a été aussi proposée. Des essais ont été effectués en présence d'un catalyseur dit de "réformage à la vapeur" contenant du nickel comme principe actif de façon à moduler la composition des produits de pyrolyse et à obtenir soit un gaz de synthèse, soit un gaz combustible de pouvoir calorifique désiré. Il est également connu de traiter des hydrocarbures gazeux ou vaporisables par un procédé de reformage cyclique et catalytique pour obtenir des gaz combustibles ou des gaz de synthese. Ces procédés cycliques comprennent dans leur fonctionnement deux phases d'une à cinq minutes chacune ai une phase de production dans laquelle se produit la réaction de conversion de l'hydrocarbure par la vapeur d'eau. Cette phase (vaporisation de l'hydrocarbure, craquage, conversion catalytique) est endothermique. Le catalyseur utilisé est généralement un catalyseur à base de nickel. b/ une phase de réchauffage dans laquelle on fait traverser l'appareillage par-des fumées chaudes obtenues dans un générateur annexe en brûlant un hydrocarbure avec de l'air. Cette phase permet de réchauffer les réacteurs après la phase de vaporisation de l'hydrocarbure et de reformage catalytique. De plus y les fumées étant légèrement oxydantes, le carbone et les goudrons éventuellement déposés dans l'installation au cours de la phase de production, sont brûlés. Selon la présente demande, on a trouvé que ce procédé pouvait être adapté au traitement de la biomasse. La présente invention concerne un procédé de fabrication de gaz combustible ou de gaz de synthèse à partir de biomasse divisée caracre- risé par un procédé cyclique en deux phases selon lequel dans la première phase on introduit la biomasse à la partie supérieure d7un réacteur de pyrolyse ayant une température supérieure à 8500C au début de cette première phase, on introduit simultanément dans ce réacteur de la vapeur d'eau et éventuellemnt de l'air, les gaz issus du réacteur de pyrolyse. traversent ensuite un réacteur catalytique contenant un lit fixe de catalyseur constitué par un matériau réfractaire contenant de l'oxyde de nickel, le réacteur de pyrolyse et le réacteur catalytique étant maintenus à une température inférieure à la température de fusion des cendres et dans la seconde phase, on arrete l'introduction de biomasse et de va- peur d'eau et on envoie dans les deux réacteurs des fumées produites par un b-;uleur de façon à les réchauffer et à briller le carbone et les goudrons déposés, la première et la deuxième phase étar,t séparées par des purges à la vapeur d'eau. On a trouvé que, contrairement à ce que l'on pouvait craindre, les cendres produites dans le réacteur de pyrolyse étaient entraînées par le courant gazeux et traversaient parfaitement le réacteur catalytique à condition que la température du réacteur de pyrolyse et du réacteur catalytique soit inférieure à la température de fusion des cendres. Cette température est variable selon la biomasse utilisée. Elle est gé néralement de l'ordre de 9700. Dans ces conditions la majeure partie des cendres est recueillie à la sortie de l'appareillage, par exemple dans le scrubber servant à refroidir les gaz. La description donnée ci-dessous d'une installation fonctionnant selon la présente invention permettra de mieux comprendre le procédé. La figure annexée est une vue schématique d'une installation selon l'invention. L'installation comprend un réacteur de pyrolyse (i), un réacteur catalytique (2), un générateur de fumées (3), une chaudière de récupération (4) fournissant la vapeur à l'installation et refroidissant les gaz et un scrubber (5) terminant le refroidissement de ceux-ci. Le réacteur de pyrolyse (1) contient un empilage de produits réfractaires (6) chimiquement inertes, tels que des briques silico-magnésiennes reposant sur une grille (7). Cette grille peut être une grille fixe ou une grille secoueuse. On utilise plus particulièrement ce type de grille quand on traite une biomasse moins finement divisée que la sciure de bois. On peut ainsi éliminer les cendres grossières. Le réacteur est alimenté en biomasse par un dispositif permettant de mesurer avec précision le débit (8), par exemple une trémie doseuse et peseuse.Le générateur de fumées (3) destiné à produire les fumées en phase chauffage est relié à a partie inférieure du réacteur de pyrolyse (1). Une conduite (9) relie la partie supérieure du reacteur de pyrolyse (1) à la partie supérieure du réacteur catalytique (2). On peut éventuellement placer un cyclone dans la conduite (9) entre le réacteur de pyrolyse (1) et la chambre de réaction (2) afin d'éliminer une fraction des cendres du flux gazeux. Le réacteur catalytique contient un lit de catalyseur (10) reposant sur une grille (11). De la partie inférieure du réacteur catalytique (2) une conduite de gaz (12) relie le réacteur catalytique (2) à la chaudière de récupération (4) et au scrubber (5). Le scrubber (5) est ensuite généralement relié à un gazomètre non représenté.Une conduite (13) placée entre la chaudière et le scrubber permet de rejeter les fumées à l'atmosphère. Elle est évidemment obture pendant la phase production. L'installation fonctionne de la façon suivante Dans la première phase du procédé ou phase production on introduit la biomasse finement divisée à l'aide du dispositif (8) dans le réacteur de pyrolyse (1). L'empilage de produits réfractaires (6) est au début de cette première phase à une température supérieure à 8500C, de préférence comprise entre 900 et 9700C. En effet, pour des températures inférieures à 850"C la réaction de pyrolyse est faible et pour des températures supérieures à 970"C il y a des risques de fusion des cendres. La vapeur et, éventuellement l'air sont injectes dans la partie basse du réacteur de pyrolyse (1) et sont préchauffés dans l'empilage de produit réfractaire (6) avant de rencontrer la biomasse au sommet de cet empilage (6). Le mélange gazeux et les cendres passent par la conduite (9) dans le réacteur catalytique (2) où il traverse le lit de catalyseur (10). On peut utiliser tout catalyseur présentant une activité pour le reformage d'un hydrocarbure par la vapeur. On utilise plus particulièrement les catalyseurs constitués d'un support réfractaire à base d'alumine, d'un composé silico-alumineux tel que l'argile ou de magnésie contenant 1 à 10 % de Ni calculé en NiO. On obtient alors selon les conditions de marche (température, vitesse spatiale, quantité de vapeur introduite par rapport à la biomasse) soit un gaz de synthèse, soit un gaz combustible à pouvoir calorifique plus ou moins élevé. Les gaz sortent en bas du réacteur catalytique (2) par la conduite (12) et traversent la chaudière de récupération (4) puis le scrubber (5). Les gaz sont refroidis dans ces deux appareils et la majorité de la vapeur d'eau est condensée. Les gaz sont ensuite envoyés au gazomètre (non représenté sur la figure). A la fin de cette première phase l'installation est purgée à la vapeur.Pendant la deuxième phase ou phase chauffa- ge, des fumées oxydantes sont produites dates le générateur (3) par com- bustion à l'air soit d'une fraction du gaz @@@@@@@ soit d'un autre com- bustible. Ces fumées entrent à la partie inférieure du réacteur de pyrolyse (I) et traversent le réacteur catalytique (2) et la chaudière de récupération (4) avant d'être rejetées à l'atmosphère par la conduite (13). Elles servent principalement à apporLer dans l'installaLion les calories nécessaires au chauffage des empilages (6) du réacteur de pyrolyse (1) et du lit catalytique (10).De plus les fumées permettent de brûleur le carbone et les goudrons éventuellement déposés dans l'appa- reillage. La deuxième phase est suivie d'une purge à la vapeur. L'installation a alors retrouvé l'état initiai et le cycle peut recommencer. La durée de chacune des deux phases est de 1 à 10 mn. Les exemples donnés ci-dessous à titre non limitatif permettent de mieux comprendre l'invention. Exemple i On traite de la sciure de bois dans l'appareillage illustré sur la figure annexée. On utilise 100 litres de catalyseur réalisé par du- pôt de 3 % d'oxyde de nickel sur des nodules de magnésie d'un diamètre de 2 à 3 cm (vendu sous la dénomination YN par CdF-Chimie). La durée totale d'un cycle est de 360 secondes. On introduit par cycle pendant li première phase d'une durée de 150 secondes, 4,17 kg de sciure de bois et 3,54 kg de vapeur d'eau produite par la chaudière de récupér1tion k4). On obtient 6,1 m3 d'un gaz ayant la composition suivante (gaz sec) Ç02 : 21,0 Z GO : 21,6 % 112 : 47,4 b CH4 : 9,5 N2 : 0.5 o Pouvoir calorifique : 12 540 jouleslm3. Ce gaz est utilisable comme gaz combustible. Il y a en outre 2,20 KG de vapeur d'eau résiduaire. Pendant la deuxième phase qui dure également 150 secondes, on utilise dans le générateur de fumées (3) 1,75 m3 du gaz produit et 9,0 Nm3 d'air. On rejette à l'atmosphère 10,5 Nm3 de fumées humides. Chaque purge entre les phases est de 30 secondes. On envoie par purge 0.71 kg de vapeur d'eau. La température du pyrolyseur varie entre 94U C au début de la première phase et 860 C au début de la deuxième phase. La température du réacteur catalytique (2) varie entre 850 C au début de la première phase et 780oC au début de la deuxième phase. Exemple 2 On traite la même sciure de bois et dans le même appareillage que dans l'exemple 1. On utilise 95 litres d'un catalyseur réalisé par dépôt de 5 % d'oxyde de nickel sur du kaolin mis en forme de cylindres de diametre 1,5 cm par extrusion (vendus sous la dénomination XN par CdF-Chimie2 Les cycles ont la même durée que dans l'exemple 1. On introduit par cycle pendant la première phase 4,17 kg de sciure de bois, 3,54 kg de vapeur d'eau et 0,376 Nm3 d'air.On obtient 7,05 Nm3 d'un gaz ayant la composition suivante (gaz sec) C02 : 18,4% CO : 22,5 112 50,8 % CH4 : 4,8 % N2 3,5 % Ce gaz est utilisable comme gaz de synthèse après traitement (élimination (:02, CH4 etc ...) selon les procédés déjà connus dans l'industrie. Il y a en outre 2,07 kg de vapeur d'eau résiduaire. Pendant la deuxième phase on utilise dans le générateur de fumées de chauffage (3) 2,1 Nm3 du gaz produit et 9,1 Nm3 d'air. On rejette à l'atmosphère 10,7 Nm3 de fumées humides. On emploi par purge 0,71 kg de vapeur d'eau. La température du réacteur de pyrolyse (1) varie entre 950 C au début de la première phase et 8600C au début de la deuxième phase et celle du réacteur catalytique (2) de 8600C au début de la première phase à 750"C au début de la deuxième phase. R E V E N D I C A T I O N S 1/ Procedé de fabrication de gaz cembustible où de gaz di synthèse à partir de biomasse divisée caractérisé par un procédé cyclique en deux phases selon lequel dans la première phase on introduit la biomasse à la partie superieure d'un réacteur de pyrolyse ayant une température supérieure à 85000 au début de cette première phase, on introduit simultanément dans ce réacteur de la vapeur d'eau et éventuellement de l'air, les gaz issus du réacteur de pyrolyse traversent ensuite un réacteur catalytique contenant un lit fixe de catalyseur cons titué par un matériau réfractaire contenant de l'oxyde de nickel, le réacteur de pyrolyse et le réacteur catalytique étant maintenus à une température inférieure à la température de fusion des cendres et dans la seconde phase, on arrête l'introduction de biomasse et de vapeur d'eau et on envoie dans les deux reacteurs des fuméesproduites par un brûleur de façon à les réchauffer et à brûleur le carbone et les goudrons déposés, la première et la deuxième phasesétant séparées par des purges à la vapeur d'eau. 2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la température à la partie supérieure du réacteur de pyrolyse au début de la première phase est comprise entre 900 et 970 C.