Brevet FR2566793A1 — publié le 19860103

La présente invention a pour objet un procédé perfectionné de pyrolyse éclair de particules sol ides carbonées. Il existe actuellement un regain d'intérêt pour les procédés de gazélfication des solides à base de carbone charbon - bois-déchêts etc..., qui permettent de mettre l'énergie contenue dans ces produits, sous une forme facilement utiLisable. Parmi ces procédés de gazé'fication on peut distinguer ceux qui utilisent des réacteurs à Lits transportés et notamment ceux qui assurent une mise en rotation de l'écoulement gaz solide : les réacteurs cyclones. Les cyclones sont des dispositifs qui sont habituellement utilisés pour la séparation des fines particules solides contenues dans un gaz. Dans ces dispositifs les particules sont projetées par la force centrifuge sur les parois du cylindre avant d'être réunies dans La partie basse conique, L'effluent gazeux inverse sa trajectoire et ressort du réacteur par sa partie supérieure. L'utiLisation des réacteurs cyclones pour réaliser des réactions à haute température, tel Le que la pyrolyse éclair, a fait L'objet de publications récentes et notamment celle de Lédé et al :" le cyclone : un nouveau réacteur chimique solaire gaz-solide. Application à la mise en oeuvre en continu de La pyrolyse flash de sciure de bois "Revue Phys. Appl. 15 (1980) 535-543. La pyrolyse éclair des solides divisés consiste à introduire tangentiellement dans le réacteur cyclone, dont les parois sont chauffées à haute température, de L'ordre de 500 à 11000C, le solide en suspension dans un courant gazeux porteur. Au contact de La paroi chaude les solides sont portés brutalement à haute température et transformés en un mélange gazeux riche en hydrogène, monoxyde de carbone et hydrocarbures légers. La force centrifuge assure la séparation des solides résiduels et des gaz de pyrolyse. Le procédé ne permet cependant pas d'obtenir la transformation complète du solide en gaz de pyrolyse et produit une quantité substantielle de composés liquides, après refroidissement ,correspondant à une gazélfication incomplète des solides. La présente invention a pour but de pallier l'inconvé- nient précédent et propose un procédé permettant la gazéTfication quasi complète du solide. L'invention a pour objet un procédé de pyrolyse éclair de particules solides divisées contenant du carbone mis en oeuvre dans un réacteur cyclone à une température comprise entre 500 et 11000C caractérisé en ce que le solide divisé est introduit dans le réacteur transporté par les gaz de pyrolyse de la réaction dont une fraction est recyclée à l'entrée du réacteur. Le procédé de l'invention présente un double avantage : il permet l'obtention d'une gazéTfication quasi complète du solide en réalisant Le craquage des produits condensables qui sont présents dans les gaz de pyrolyse à la sortie du réacteur cyclone, il évite d'avoir à utiliser un gaz porteur extérieur, qui ne joue aucun rôle chimi que, ce qui entraîne une économie de matière ainsi qu'une économie d'énergie dans la mesure ou il n'est pas nécessaire de préchauffer le gaz porteur que est déjà à température élevée. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre dans les conditions opératoires suivantes. La température demiseen oeuvre de la réaction de pyrolyse éclair est comprise entre 500 et 11000C; le choix de la température dépend de la nature du solide traité. Cette température est celle qui est mesurée au niveau de la paroi du réacteur. Le solide est sous forme divisée. La taille des particules de solide sera telle que Ladite particuLe sera entièrement volatilisée par son passage dans le réacteur. La taille de cette particule sera généralement comprise entre 0,05 et 50 mm de granulométrie, le choix de la taille étant fonction de la taille du réacteur et du temps de séjour mis enoeuvre. La quantité de solide qui est introduite dans le réacteur représente généralement entre 2 et 100% exprimés en poids de la quantité de gaz porteur introduit dans le réacteur Le temps de séjour du solide dans le réacteur est fonction du temps de passage du gaz porteur dans le réacteur. Le temps de passage, sera très généralement inférieur à 1 seconde et de préférence compris entre 0,01 et is. Pour une température de paroi de 10000C, La température des gaz de pyrolyse est très généralement comprise entre 550 et 700 C. Une fraction de ces gaz est recyclée à l'entrée du réacteur pour servir de gaz porteur à La charge solide. Celle ci n'est elle-même introduite dans le courant gazeux que juste avant l'entrée du réacteur afin d'éviter tout préchauffage du solide. Le gaz de pyrolyse est recyclée par le canal d'une boucle de recyclage, au moyen, par exemple, d'un ventiia- teur ou de tout autre moyen équivalent. Le temps de séjour des gaz dans la boucle de recy clage sera généralement inférieur à 5 secondes, avec un taux de recyclage, défini comme étant Le rapport : débit boucle/débit s-ortie, supérieur à 5 et généralement compris entre 5 et 50. Le procédé de l'invention est illustré par Les exemples suivants: EXEMPLE 1 (comparatif) Dans un réacteur cyclone de 4 cm de diamètre dans sa partie cylindrique et de 140 cm3 de volume, chauffé sur sa paroi extérieure par un bobinage d'éléments chauffants, on a traité des particules de bois de granulométrie 1mm. Ces particules de bois sont introduites dans le réacteur de façon pneumatique au moyen de vapeur d'eau préchauffée comme gaz porteur, la teneur en poids de la suspension boisvapeur d'eau est de 25 %. Les conditions opératoires sont les suivantes : - température de la paroi du réacteur : 893 OC - température de la vapeur à L'entrée du réacteur : 4000C - température du mélange gaz de pyrolyse + vapeur à la sortie du réacteur : 623 C - pression absolue dans le réacteur : 1 bar - débit de solide trait-é : 0,35 kg h-1 - débit de vapeur utilisé : 1,4 kg h 1 Le pyrolyse du bois a donné les résultats suivants - pourcentages en masse de produits obtenus par rapport au bois sec consommé Gaz de pyrolyse secs : 80 % Résidus solides : 5 % Résidus Liquides : 15 % La composition volumique des gaz secs de masse volumique 1 kg/Nm3 et de PCS 16.300 kg/Nm3 est la suivante H2 : 22 % CO : 44 % Ci2 : 16% CH4 : 9 % C2H2 : 5 % CH4 + C2H6 : 4 % EXEMPLE 2 Dans Le réacteur de l'exemple 1 on traite des particules de bois de granulométrie 1 mm en les introduisant au moyen des gaz de pyrolyse recyclés, la réaction ayant été amorcée au moyen d'un gaz porteur auxiliaire. Les conditions opératoires sont Les suivantes - température de paroi du réacteur : 9310C - température du gaz recyclé à la sortie du réacteur 6570C - température du gaz recyclé à L'entrée du réacteur 4020C - Pression absolue dans le réacteur : 1 bar - débit de solide traité : 0,130 kg h 1 - débit de gaz recyclé : 4,82 m3 h 1 TPN La pyrolyse a donné les résultats suivants - pourcentages en masse de produits obtenus par rapport au bois sec consommé: gaz de pyrolyse secs : 95 Résidus solides : 4 % Résidus liquides : 1 -% La composition volumique des gaz secs de masse volumique 1,2 kg/Nm3 et de PCS 16000 kJ/Nm3 est la suiv-ante H2 : 19 % CO : 37 % CO2 : 28 % CH4 : 6 % C2H4 : 6 % CH :4% On peut observer en comparant Les résultats des exemples 1 et 2 que le procédé de L'invention permet d'abaisser de 15 % à 1 % La quantité des résidus liquides présents dans les gaz de pyrolyse en diminuant en outre Le taux de résidus solides et cela sans que le pouvoir calorifique du gaz produit soit sensiblement modifié. Le procédé de l'invention est utilisable pour La pyrolyse de tout produit divisé contenant du carbone : bois, charbon, déchêts Ligno-cellulosiques, produits pétroliers etc... REVENDICATIONS 1 - Procédé de pyrolyse éclair de particules solides divisées contenant du carbone mis en oeuvre dans un réacteur cyclone à une température comprise entre 500 et 11000C caractérisé en ce que le solide divisé est introduit dans le réacteur transporté par les gaz de pyrolyse de La réaction dont une fraction est recyclée à l'entrée du réacteur. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que Le taux de recyclage des gaz de pyrolyse défini comme Le rapport du débit de gaz recyclé au débit de gaz sortie du réacteur est supérieur à 5. 3 - Procédé selon L'une des revendications 1 et 2 caracté risé en ce que la quantité de solide introduite dans le réacteur représente entre 2 et 100 % en poids de La quantité de gaz de pyrolyse recyclée. 4 - Procédé selon Itune des revendications 1 à 3 caracté risé en ce que le mélange solide divisé-gaz de pyro lyse est effectuéjuste à l'entrée du réacteur.