Brevet FR2955866A1 — publié le 20110805

« Procédé et système d'approvisionnement en énergie thermique d'un système de traitement thermique et installation mettant en oeuvre un tel système. » L'invention concerne un procédé d'approvisionnement en énergie thermique d'un système de traitement thermique de matière première. Elle concerne également un système mettant en oeuvre un tel procédé et une installation de traitement thermique de matière première comprenant un tel système. Le traitement thermique de matières premières et/ou de produits manufacturés, humides et/ou secs, pour leur séchage/déshydratation et/ou l'obtention de caractéristiques spécifiques, est parfaitement connu et codifié par les différents acteurs de l'industrie. Un traitement thermique des matières humides nécessite, d'une part, un flux gazeux de traitement également appelé gaz caloporteur, et d'autre part, l'énergie thermique nécessaire à la réalisation du traitement, cette énergie thermique étant véhiculée à la matière première à traiter grâce au flux gazeux de traitement. Les flux gazeux de traitement les plus utilisés sont l'air chaud, des gaz de combustion incomplète, de la vapeur d'eau, ou tout gaz caloporteur n'ayant pas d'autre objet que de transporter et diffuser leur capacité thermique au milieu à traiter. Le dioxyde de carbone, CO2, a fait l'objet de développements importants en tant que gaz caloporteur pour le traitement thermique de matières carbonées du fait de ses propriétés telles que la neutralité et la stabilité chimique avec la plupart des milieux de traitement, et les interactions particulières qu'il développe naturellement avec les matières carbonées, plus particulièrement lorsque ces matières carbonées sont humides, dans les conditions spécifiques de ces interactions : température, pression, degré de saturation en vapeur d'eau, etc. L'énergie thermique nécessaire au traitement des matières premières est fournie par des moyens généralement appelés « moyens thermiques ». Ces procédés et systèmes de traitement thermiques sont dépendants d'un approvisionnement externe en énergies thermiques. Ces dernières années, de nombreux procédés de traitement thermique de matière première ont été développés pour générer simultanément le gaz caloporteur CO2 et la chaleur nécessaire au traitement à partir de matières 2955866 -2 carbonées sèches en réalisant une oxycombustion de celles-ci. Une telle oxycombustion produit à la fois un flux gazeux de CO2 et l'énergie thermique nécessaire à la réalisation du traitement thermique. Cependant, ces procédés et systèmes sont de nouveau dépendants d'un 5 approvisionnement continu en oxygène. En résumé, les procédés et systèmes actuels sont dépendants : - soit d'un apport extérieur continu d'énergie thermique nécessaire au traitement, 10 - soit d'un apport extérieur continu d'oxygène nécessaire à l'oxycombustion. Ces procédés et systèmes sont donc gourmands en énergie et ont des impacts négatifs sur l'environnement. 15 Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un système d'approvisionnement d'un système de traitement thermique de matière première moins gourmand en énergie. 20 Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un système d'approvisionnement d'un système de traitement thermique affranchissant un tel système d'un approvisionnement externe continu. Enfin, un but de la présente invention est de proposer un procédé et un système d'approvisionnement d'un système de traitement thermique diminuant 25 les impacts négatifs d'un tel système sur l'environnement. L'invention permet d'atteindre les buts précités par un procédé d'approvisionnement en énergie thermique d'un système de traitement thermique de matière première, ledit procédé comprenant au moins une itération 30 des étapes suivantes : - une gazéification, dans un premier réacteur, dit de gazéification, de matière première carbonée sèche avec un flux gazeux de gazéification comprenant du CO2 à haute température et de l'oxygène 02, ladite gazéification fournissant un premier flux gazeux comprenant du CO2r des molécules monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) ainsi qu'éventuellement de la vapeur d'eau (H2Og), - oxydation, dans un deuxième réacteur, dit d'oxydation, par des porteurs d'oxygène à l'état oxydé (MeO), desdites molécules de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) présent dans ledit premier flux gazeux, ladite oxydation fournissant un deuxième flux gazeux à haute température comprenant du CO2 et de la vapeur d'eau (H2Og) et des porteurs d'oxygène à l'état réduit (Me), - activation, dans un troisième réacteur, dit d'activation, desdits porteurs d'oxygène à l'état réduit avec un flux gazeux comprenant des éléments d'oxygène, ladite oxydation fournissant des porteurs d'oxygène à l'état oxydé et un excédent d'énergie thermique, - fourniture d'une partie de l'énergie thermique dudit deuxième flux gazeux et/ou dudit excédent thermique de ladite activation audit système de traitement thermique de matière première, et - élévation en température du flux gazeux de gazéification avec au moins une partie de l'excédent thermique de l'activation des porteurs d'oxygène pour amener ledit flux gazeux de gazéification à la température de gazéification. Dans la présente description : - flux gazeux de gazéification, désigne un flux gazeux de CO2 utilisé pour la gazéification de la matière première sèche, - flux gazeux de traitement désigne un flux gazeux utilisé par le système de traitement thermique pour réaliser le traitement thermique des matières premières, et - flux gazeux de traitement chargé désigne le flux gazeux de traitement en sortie du système de traitement, obtenu après le traitement d'une charge de matière première. Dans cette étape de la description, la gazéification de la matière première sèche, qui est réalisée avec un apport d'oxygène pur, fait que le procédé selon l'invention est encore dépendant d'une source d'O2 nécessaire au besoin thermique de ladite gazéification. Nous détaillerons plus loin comment le système 2955866 -4 et procédé selon l'invention s'affranchit de sa dépendance à un approvisionnement externe en oxygène. Par ailleurs, en dehors de la matière première sèche, le procédé selon l'invention ne nécessite pas un apport continu d'énergie thermique et/ou 5 électrique depuis une source d'énergie externe. La seule énergie externe consommée par le procédé selon l'invention est l'énergie thermique et/ou électrique ponctuelle nécessaire au démarrage de l'étape de gazéification, au démarrage du procédé. Une fois la gazéification démarrée, le procédé selon l'invention permet de fournir suffisamment d'énergie pour la réalisation de 10 l'ensemble des étapes du procédé. Ainsi, comme nous le détaillerons plus loin dans la description, la chaleur du deuxième flux gazeux est suffisante pour fournir le système de traitement thermique en énergie thermique. L'énergie disponible dans la capacité thermique du deuxième flux gazeux et l'énergie thermique fournie par l'activation des porteurs d'oxygène est suffisante pour 15 amener le flux gazeux de gazéification à la température de gazéification. Toute l'énergie nécessaire à l'élévation en température, dudit flux gazeux de gazéification, peut être éventuellement obtenue avec la complémentarité thermique fournie par un apport en oxygène (02) dans le réacteur de gazéification. Cet apport est alors limité au besoin thermique d'appoint, chaque 20 molécule d'O2 oxyde deux molécules d'hydrogènes (H2) et/ou atomes de C pour faire deux H2O et/ou deux CO (ou l'un et l'autre en fonction de la composition initiale de la matière première carbonée) générant ainsi l'énergie thermique utile aux réactions du procédé selon l'invention. Une nouvelle étape de gazéification est ainsi réalisable et donc une nouvelle itération des étapes du procédé. 25 Dans un premier mode de réalisation particulièrement avantageux, le flux gazeux de traitement utilisé par le système de traitement peut comprendre au moins en partie le deuxième flux gazeux comprenant du CO2 (débarrassé au moins en partie de la vapeur d'eau qu'il véhicule). Dans ce mode de réalisation, 30 la fourniture d'au moins une partie de l'énergie thermique au système de traitement thermique peut comprendre une fourniture d'au moins une partie du deuxième flux gazeux au système de traitement thermique de matière première. Le deuxième flux gazeux constitue donc le moyen de transport de l'énergie thermique jusqu'au système de traitement thermique. Dans ce premier mode de réalisation, le procédé selon l'invention fournit le système de traitement thermique non seulement en énergie thermique mais également en flux gazeux de traitement. Toujours dans le premier mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de diminution en température de ladite partie du deuxième flux gazeux fourni au système de traitement thermique avant son utilisation en tant que flux gazeux de traitement. La diminution en température peut être réalisée par un échange thermique 10 ou par mélange avec un flux gazeux comprenant du CO2 froid. Toujours dans le premier mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de régulation de la concentration en CO2 du deuxième flux gazeux avant son utilisation en tant que flux gazeux de traitement 15 dans le système de traitement thermique. La régulation de la concentration en CO2 du deuxième flux gazeux peut être réalisée par mélange avec ce dernier d'une quantité de CO2 pur, froid (5520°C) et sec dans la proportion désirée. Toujours dans ce premier mode réalisation, le procédé selon l'invention 20 peut comprendre un recyclage, en boucle fermé, d'au moins une partie du CO2 présent dans le flux gazeux de traitement thermique chargé en sortie du système de traitement thermique, pour constituer au moins en partie le flux gazeux de gazéification, ledit recyclage en boucle fermé comprenant une étape de séparation du CO2 de la vapeur d'eau présente dans ledit flux gazeux de 25 traitement chargé. Un tel recyclage permet d'utiliser, au moins en partie, un même flux gazeux de CO2 à la fois en tant que flux gazeux de gazéification et flux gazeux de traitement et de régulation dudit flux gazeux de traitement. Nous verrons dans la suite de la description que ce flux gazeux de CO2 30 peut de manière avantageuse être fourni par la gazéification. Dans un deuxième mode de réalisation, la fourniture d'au moins une partie de l'énergie thermique au système de traitement peut comprendre un transfert d'énergie thermique vers un flux gazeux de traitement thermique. Dans ce cas, le transfert thermique peut être réalisé par des échangeurs qui sont connus de l'homme du métier. Toujours dans ce deuxième mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre un recyclage, en boucle fermé, d'au moins une partie du CO2 du deuxième flux gazeux pour constituer ledit flux gazeux de gazéification. Le recyclage peut comprendre une étape de séparation du CO2 de la vapeur d'eau présente dans le deuxième flux gazeux, par des systèmes qui sont 10 connus de l'homme du métier. Avantageusement l'activation des porteurs d'oxygène à l'état réduit peut comprendre une oxydation desdits porteurs d'oxygène à l'état réduit par de l'air atmosphérique préchauffé. 15 Dans le cas du premier mode de réalisation, le préchauffage de l'air atmosphérique peut avantageusement comprendre un transfert d'énergie thermique depuis le flux gazeux de traitement thermique chargé en sortie du système de traitement thermique vers ledit air atmosphérique après traitement 20 thermique. Dans le cas du deuxième mode de réalisation, le préchauffage de l'air atmosphérique peut avantageusement comprendre un transfert d'énergie thermique depuis le deuxième flux gazeux en sortie du deuxième réacteur vers ledit air atmosphérique. 25 Dans le cas du premier mode de réalisation, le transfert d'énergie thermique depuis le flux gazeux de traitement thermique chargé en sortie du système de traitement thermique vers ledit air atmosphérique réalise une séparation du CO2 de la vapeur d'eau présente dans ledit flux gazeux de 30 traitement thermique chargé. Dans le cas du deuxième mode de réalisation, le transfert d'énergie thermique depuis le deuxième flux gazeux vers ledit air atmosphérique réalise une séparation du CO2 de la vapeur d'eau présente dans ledit deuxième flux gazeux. 35 Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système d'approvisionnement en énergie thermique d'un système de traitement thermique de matière première, ledit système comprenant : - un premier réacteur de gazéification de matière première carbonée sèche avec un flux gazeux de gazéification comprenant du CO2 à haute température et l'apport en oxygène (02) permettant une éventuelle complémentarité thermique utile aux réactions de gazéification, ledit réacteur fournissant un premier flux gazeux comprenant du CO2i des molécules monoxyde de carbone (CO), de dihydrogène (H2) et éventuellement de la vapeur d'eau (H2O9), - un deuxième réacteur d'oxydation par des porteurs d'oxygène à l'état oxydé (MeO), desdites molécules de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) présent dans ledit premier flux gazeux, ledit deuxième réacteur fournissant un deuxième flux gazeux à haute température comprenant du CO2 et de la vapeur d'eau (H2Og) et des porteurs d'oxygène à l'état réduit (Me), - un troisième réacteur d'activation desdits porteurs d'oxygène à l'état réduit avec un flux gazeux comprenant des éléments d'oxygène, ledit réacteur fournissant des porteurs d'oxygène à l'état oxydé et un excédent d'énergie thermique, - des moyens pour fournir au moins une partie de l'énergie thermique dudit deuxième flux gazeux et/ou dudit excédent thermique de ladite activation audit système de traitement thermique de matière première, et - des moyens pour élever eh température ledit flux gazeux de gazéification avec au moins une partie de l'excédent thermique de l'activation des porteurs d'oxygène pour amener ledit flux gazeux de gazéification à la température de gazéification. Le système peut en outre comprendre des moyens mécaniques de transport des porteurs d'oxygène du deuxième réacteur au troisième réacteur et/ou du troisième réacteur au deuxième réacteur. Avantageusement, le système selon l'invention peut comprendre un circuit 35 de recyclage en boucle fermé d'au moins une partie du CO2 présent dans le deuxième flux gazeux en tant que flux gazeux de gazéification, ledit circuit de recyclage comprenant des moyens de séparation du CO2 de la vapeur d'eau. Dans une version particulièrement avantageuse du système selon l'invention, le circuit de recyclage relie, au moins indirectement, le deuxième réacteur, le système de traitement thermique, les moyens de séparation du CO2 de la vapeur d'eau, les moyens pour élever en température le flux gazeux de gazéification et le premier réacteur. Selon encore un autre aspect de l'invention il est proposé un système de traitement thermique de matière première intégrant un système d'approvisionnement en énergie selon l'invention. Selon encore un autre aspect de l'invention il est proposé une installation de traitement thermique de matière première comprenant un système de traitement thermique de matière première et un système d'approvisionnement en énergie dudit système de traitement thermique selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des figures 20 annexées: la figure 1 est une représentation schématique d'une première version d'une installation selon l'invention, et la figure 2 est une représentation schématique d'une deuxième version d'une installation selon l'invention. 25 La figure 1 est une représentation schématique d'une version préférée d'une installation selon l'invention. L'installation 100 comprend un système d'approvisionnement 102 en énergie thermique d'une installation de traitement thermique 104, 30 Le système d'approvisionnement 102 comprend un réacteur de gazéification 106, un réacteur d'oxydation 108, et un réacteur d'activation de porteurs d'oxygène 110. Le réacteur de gazéification 106 comporte un sas d'alimentation (non représenté) en matière carbonées MPCS sous contrôle de CO2. Ce sas 35 d'alimentation est sous contrôle de CO2 pour interdire toute entrée d'air dans le réacteur de gazéification 106 et garantir l'étanchéité de ce réacteur de gazéification. Il comprend une goulotte d'alimentation (on représenté) et un mécanisme d'introduction (non représenté) des matières carbonées MPCS dans le réacteur de gazéification. Le réacteur de gazéification 106 est approvisionné d'une part en matière première carbonée sèche MPCS 112 et d'autre part en un flux gazeux de gazéification FGG composé de CO2 à une température égale ou supérieure à 1000°C. Éventuellement, un complément thermique peut être généré au coeur de la réaction de gazéification par l'introduction d'oxygène (02) dans le flux gazeux de gazéification FGG. Chaque mole de cet oxygène introduit oxyde alors deux moles d'H2 et/ou deux moles de C, ce qui génère l'énergie thermique correspondante au coeur même du réacteur de gazéification. Cet éventuel complément permet de maîtriser la régulation thermique des réactions dans ledit réacteur de gazéification et d'augmenter le rendement des réactions en vue d'augmenter la production finale des énergies et réactions du procédé selon l'invention. Dans le réacteur de gazéification 106, les matières premières carbonées sèches MPCS sont soumises au flux gazeux de gazéification FGG qui porte les matières premières carbonées à une température élevée située aux alentours de 1000/1100°C. À cette température l'interaction du CO2 avec la matière première carbonée sèche est intégrale. La réaction thermique est violente et instantanée. Les carbones C qui composent la matière première MPCS réagissent avec l'oxygène moléculaire O de cette même matière première carbonées MPCS pour former des monoxydes de carbone CO selon la réaction : C+O - CO Les carbones résiduels de la matière première carbonée sèche MPCS sont portés à la température d'entrée du CO2 réactif. Ils sont éminemment oxydo-réducteurs à cette température et réagissent avec le CO2 selon la réaction suivante, dite "équilibres de BOUDOUART" à 1000°C : 1C + ICO2 = 2C0. L'ensemble gazeux, appelé le premier flux gazeux PFG, sortant du réacteur de gazéification 106 est à une température > 900°C. Il est composé des : 2955866 -10- - CO produits par la pyrolyse des Matières Premières Carbonées Sèches (MPCS) et la conversion du "CO2 réactif" en CO (sur les carbones résiduels à la température optimale de leur propriété oxydoréductrice, - H2 libérés au cours de la décomposition moléculaire des Matières 5 Premières Carbonées Sèches (MPCS) engendrée par la pyrolyse générée par le "CO2 réactif" à la température de 1000/1100°C, - H2Og produit par l'oxydation forcée des H2 utiles au complément thermique nécessaire à la pyrolyse desdites Matières Premières Carbonées Sèches (MPCS), 10 - Éventuellement du CO2 excédentaire du flux gazeux de gazéification FGG. L'excédent de CO2 est le vecteur caloporteur qui peut être utilisé, en complément du "CO2 réactif", par la nécessité de fournir l'énergie thermique de gazéification et celle endothermique de la (réaction de BOUDOUART). Ce premier flux gazeux PFG est à une température supérieure ou égale à 900°C en sortie du 15 réacteur de gazéification 106. Le premier flux gazeux PFG est ensuite entré dans le réacteur d'oxydation 108. Ce réacteur d'oxydation 108 est approvisionné d'une part par le premier flux gazeux PFG et d'autre part par des porteurs d'oxygène à l'état oxydé ou 20 activé notés MeO. Les porteurs d'oxygène activé MeO oxydent les molécules de monoxyde de carbone CO et le dihydrogène H2 présentes dans le premier flux gazeux PFG, selon les réactions suivantes : CO+MeO -* CO2+Me, et 25 H2+MeO --> H2O+Me Cette oxydation est réalisée par la réduction des porteurs d'oxygène activés MeO en porteurs d'oxygène désactivés Me qui échangent leur oxygène avec les molécules gazeuses CO et H2. En effet, ces molécules sont éminemment oxydo-réductrices et combustibles à la température de sortie du réacteur 1 de 30 gazéification 106 qui est supérieure ou égale à 900°C. L'ensemble gazeux, appelé le deuxième flux gazeux DFG, qui sort du réacteur d'oxydation 108 comprend : - du CO2 issu de la réaction d'oxydation des molécules de CO, - du CO2 initialement présent sans le premier flux gazeux, et - du H2Og issu de la réaction d'oxydation des molécules de H2. 2955866 -11 - Ce deuxième flux gazeux DFG sort du réacteur d'oxydation 108 à une température supérieure ou égale à 900°C et servira en tant que flux gazeux de traitement dans le système de traitement thermique. Cependant, le deuxième flux gazeux DFG en sortie du réacteur d'oxydation 5 108 est à une température >_ 900°C. Il est donc trop chaud pour la majeure partie des opérations de traitement thermique pour lesquelles il est produit. De plus, il contient environ 34% de vapeur d'eau (ce taux est relatif à la composition chimique des MPCS mises en oeuvre dans le réacteur de gazéification). Il convient de tempérer ce flux gazeux avant son introduction dans la zone de 10 traitement thermique du système de traitement thermique 104, par un apport en CO2 froid et sec provenant d'un réservoir de CO2 conditionné 114. Le CO2 froid et sec est mélangé au deuxième flux gazeux DFG par un dispositif de mélange 116 dans les proportions désirées en vue d'obtenir un flux gazeux de traitement FGT aux conditions dudit traitement. 15 Le flux gazeux de traitement FGT, composé de CO2 et de vapeur d'eau, est à une température inférieure ou égale à 200°C dans le présent exemple. Ce flux gazeux de traitement est fourni au système de traitement thermique 104 de matière première. 20 Le système de traitement thermique 104 fournit en sortie un flux gazeux de traitement chargé FGTC composé du flux gazeux de traitement FGT et de vapeur d'eau provenant de la matière première traitée. Compte tenu de la production d'énergie en continu et de son corolaire en CO2 une partie équivalente du flux gazeux de traitement FGT doit être évacué. C'est en sortie du système de 25 traitement thermique 104 qu'est prélevée cette équivalence en flux gazeux de traitement chargé FGTC. Ce CO2 peut être ainsi rejeté à l'atmosphère sans nuire à l'environnement car il est issu de matière renouvelable ; de plus, l'essentiel de l'énergie générée pour le procédé/système selon l'invention est produite sans générer ni rejeter de CO2 fatal. Ce CO2 peut aussi être recyclé dans d'autres 30 applications après déshumidification et/ou tel quel dans une installation de culture de microalgues qui produira de la biomasse "matière première". Le flux gazeux de traitement chargé FGTC recyclé est fourni à un système réfrigérant à absorption 118 ainsi qu'un flux d'air atmosphérique FA. Le système réfrigérant réalise un échange thermique entre le flux gazeux de traitement 35 chargé FGTC et le flux d'air atmosphérique FA. Cet échange thermique transfère 2955866 - 12 - la chaleur du flux gazeux de traitement thermique chargé FGTC au flux d'air atmosphérique FA. Cet échange thermique permet de refroidir suffisamment le flux gazeux de traitement thermique chargé FGTC pour condenser la vapeur d'eau et de séparer le CO2 de la vapeur d'eau. En sortie, le système réfrigérant 5 fournit de l'eau liquide H2O, un flux d'air préchauffée FAP, relativement à la température correspondant au stade du traitement thermique ; soit de 30°C à la température ultime du traitement, qui pour sécher du bois d'oeuvre peut aller jusqu'à 130°C et plus (supérieure à 300°C s'il s'agit d'un procédé de traitement à haute température) et un flux de CO2 recyclé noté FCO2. 10 Le flux d'air préchauffé FAP est fourni au réacteur 110 d'activation des porteurs d'oxygène désactivé. Ce réacteur 110 reçoit également les porteurs d'oxygène désactivés (ou à l'état réduit) Me fournis par le réacteur d'oxydation 108. Ces porteurs d'oxygène désactivés Me sont mis en contact avec le flux d'air atmosphérique préchauffé FAP. Les molécules d'oxygène 02 présentes dans le 15 flux d'air atmosphérique préchauffée FAP oxydent (activent) les porteurs d'oxygène désactivés selon la réaction suivante : Me + 1/2 02 -) MeO Les porteurs d'oxygène sont activés et prêts à être fournis au réacteur d'oxydation 108 pour servir dans une nouvelle oxydation. 20 Le réacteur d'activation 110 fournit en sortie des porteurs d'oxygène activés MeO qui seront fournis au réacteur d'oxydation 108 et un flux d'air chaud appauvri en oxygène FAA. Ce flux d'air appauvri en oxygène FAA est encore chaud et peut être utilisé, par l'intermédiaire d'un échangeur thermique (non représenté) pour le conditionnement du flux gazeux de traitement FGT et/ou le 25 préchauffage du flux de CO2 recyclé noté FCO2 avant son introduction dans l'échangeur El du réacteur d'activation 110. La réaction d'oxydation des porteurs d'oxygène étant très exothermique, un important excédent d'énergie thermique est créé dans le réacteur d'activation 30 110, qui correspond à plus de 85% du potentiel d'énergie intrinsèque des MPCS mises en oeuvre. Cet excédent thermique est exploité par un premier échangeur thermique El auquel est fournit une partie du flux de CO2 noté FCO2 (froid ou préchauffé par le flux FAA dans un échangeur non représenté). Ledit CO2 est chauffé à une 35 température supérieure ou égale à 1000°C dans l'échangeur thermique El. Le 2955866 - 13 - flux gazeux de CO2 obtenu en sortie de ce premier échangeur thermique El est utilisé comme flux gazeux de gazéification FGG. L'autre partie du flux de CO2 froid (5520°C) FCO2 est utilisé pour alimenter le réservoir 114 de CO2 conditionné. 5 L'excédent thermique créé dans le réacteur d'activation 110 est également exploité par un deuxième échangeur thermique qui permet d'élever en température un flux gazeux de cogénération FGC servant à la génération d'énergie thermodynamique, sous forme de vapeur d'eau à haute pression et haute température, pour la cogénération d'énergie mécanique et/ou d'électricité 10 dans un système 120 pouvant comprendre un turboalternateur. Le système d'approvisionnement comprend en outre un dispositif mécanique 130 permettant de transporter les porteurs d'oxygène du réacteur d'oxydation 108 au réacteur d'activation 110 et vice versa. 15 La figure 2 est une représentation schématique d'une deuxième version d`une installation selon l'invention. L'installation 200 que représente la figure 2 comprend tous les éléments de l'installation 100 représentée sur la figure 1. L'installation 200 comprend en outre un bioréacteur 202 comprenant des 20 microalgues. Une partie du CO2 présent dans le flux gazeux de traitement chargé FGTC est refroidi et est injectée dans le bioréacteur 202. Dans le bioréacteur 202 de culture d'algues, le dioxyde de carbone CO2 est utilisé dans une photosynthèse réalisée par les microalgues. La photosynthèse produit d'une part de la biomasse 25 carbonée BC et d'autre part un flux gazeux d'oxygène FO2 par séparation de l'élément carbone « C » de la molécule de dioxygène « 02 ». La biomasse carbonée BC obtenue est fournie à un système de conditionnement de biomasse 204 qui peut être : un système d'extraction des huiles essentielles, de microalgues à haute 30 teneur en lipides et en molécules alicamentaires, à usage de la pharmacopée et/ou d'hydrocarbures à raffiner. À la fin de cette extraction reste environ 30% de la biomasse sous forme de charbon qui peut être retourné au gazéifieur 106, ou par exemple un système de séchage pour être conditionnée avant 35 d'être introduite dans le réacteur de gazéification 106. 2955866 - 14 - Le flux gazeux d'oxygène FO2 peut être fourni au système selon l'invention par exemple au niveau du réacteur de gazéification 102 pour complémenter la gazéification de la matière carbonée dans ce réacteur 102. Ainsi l'autonomie du procédé, en l'affranchissant des sources externes d'oxygène (comme des moyens 5 thermiques), est réalisée. Avantageusement, la production de biomasse carbonée dans ce deuxième mode de réalisation, vient doper le rendement global. Nous allons maintenant décrire le bilan énergétique du procédé, selon 10 l'invention, mis en oeuvre dans l'installation 100 représenté sur la figure 1, en prenant l'exemple d'une charge de 1kg de biomasse comme matière première carbonée sèche MPCS. La composition chimique moyenne d'un kg de biomasse est la suivante : - C 50 % : soit pour 1 kg de MPCS : 0,500 kg soit 41,67 moles 15 o Dont le pouvoir calorifique est 41,67 x 394 kJ/mol = 16 417,98 Id - 02 44 % : soit pour 1 kg de MPCS : 0,440 kg soit 13,75 moles d'O2 et donc 27,50 "0", et H2 6 %: soit pour 1 kg de MPCS : 0,060 kg soit 29,76 moles 20 o Dont le pouvoir calorifique est 29,76 x 242 kJ/mol = 7 201,92 Id Soit un potentiel énergétique intrinsèque de : 16 417,98 + 7 201,92 = 23.619,90 kJ 25 En sortie du réacteur de gazéification Au regard de cette composition, la gazéification "endogène" de cette MPCS dans le réacteur de gazéification 106 génèrera : - 27,50 moles de CO, 14,17 moles de C, et 30 - 29,76 moles de H2. Soit, pour 1 kg de (MPCS/biomasse) 0,830 kg sous forme gazeuse et 0,170 kg sous forme de carbone solide, c'est à dire du charbon de biomasse. Ces 14,17 moles de carbone, à une température >_ 1000°C, vont réagir avec autant de moles de CO2 et les réduire pour former 28,34 moles de CO. 35 2955866 -15- La réaction thermochimique CO2+C=2CO est endothermique selon ces réactions : CO2 - 1/2 02 = CO + 0 +283 kJ/mol C + 1/2 02 (de CO2) = CO -111 kJ/mol 5 Soit un déficit thermique de 172 kJ/mol de CO2 "converti" par cette réaction. Soit au final, une composition pour le premier flux gazeux de : 55,84 moles de CO dont l'énergie thermique utile pour compenser la nécessité endothermique est de : 10 o 14,17 moles de CO2 x 172 kJ/mol = 2.437,24 Id + ^ la capacité thermique des MPCS et du CO2 réactif utile à la gazéification et à la conversion = 1.786,14 Id 29,76 moles de H2. Soit un besoin énergétique pour la gazéification de : 15 2.437,24 + 1.786,14 Id = 4.223,38 k7 L'interaction moléculaire dans ce milieu pyrolytique est considérée athermique. L'exothermie de l'oxydation des C par l'oxygène de la composition moléculaire compense l'endothermie de craquage des molécules du système. Cette réaction est à mettre au compte du caloporteur et de l'échange thermique 20 général qui fournit l'énergie utile, en chaleur sensible, pour atteindre la température de la dite pyrolyse. C'est aussi le rôle du caloporteur de fournir l'énergie de compensation endothermique (et l'oxygène) de la réaction des carbones qui ne trouvent pas cet oxygène dans la composition moléculaire de leur milieu. Le bilan global des réactions dans ce réacteur de gazéification est 25 endothermique. L'apport thermique utile à la génération de ces réactions sur 1 kg (MPCS/biomasse) est de : 4.223,38 k7 Si ledit flux gazeux FGG n'est composé que des 14,17 moles de CO2 utiles à la réaction de conversion, lors de son transit dans le réacteur d'activation 110 il 30 est à une température supérieure à 1000°C, soit une capacité thermique récupérée de seulement : 574,344 Id. Il manque donc 4 223,38 - 574,344 = 3.649,036 Id de capacité thermique pour les réactions au réacteur de gazéification 106. 2955866 -16- Comme nous le verrons dans la suite de la démonstration, l'énergie est disponible (générée par la chaine des réactions) pour fournir cette capacité thermique. Cela induit par contre de transporter cette énergie : de la source au réacteur de gazéification 102, pour cela un complément de CO2 recyclé est 5 nécessaire (un apport externe est alors utile au démarrage du procédé). Pour générer cette énergie thermique, une injection d'O2 peut être effectuée avec le flux gazeux de gazéification FGG, à son entrée en phase réactive dans le réacteur de gazéification 106. Dans le milieu pyrolytique selon l'invention, à 1000/1100°C, c'est 10 l'hydrogène moléculaire qui réagit en premier avec l'oxygène disponible, le procédé selon l'invention (dans ce cas de figure) dispose des 29,762 moles de H2 dont le pouvoir calorifique total est de : 7.202,404 k). Si c'est cette option qui est choisie, 15,079 moles d'hydrogène sont alors nécessaires pour produire la capacité thermique manquante. Chaque mole d'O2 15 injecté réagira avec deux moles de d'hydrogène pour produire deux moles de H2O, 7,54 moles d'O2 sont donc nécessaires pour compenser le manque de capacité thermique utile à cette réaction. Il restera 14,683 moles d'H2 qui réagiront avec les CO pour réaliser la suite des réactions dans le réacteur d'oxydation 108. 20 En sortie du réacteur d'oxydation Le pouvoir calorifique de 14,683 moles de H2 est de : 14,683 x 242 kJ/mol = 3.553,286 kJ et, Le pouvoir calorifique de 55,84 moles de CO est de : 25 55,84x 283 kJ/mol = 15.802,72 k3. L'oxydation des CO et H2 présents dans le premier flux gazeux PFG provenant du réacteur d'oxydation 106 est exothermique de : o 15.802,72 + 3.553,286 = 19.356,008 Id Lorsque par exemple le porteur d'oxygène est le NiO (NiO état activé et Ni 30 état désactivé), il faut 70,523 moles de MeO pour oxyder les 55,84 moles de CO et les 14,683 moles de H2. La réduction des 70,523 moles MeO en 70,523 moles Me en prenant l'exemple NiO en Ni) est endothermique de : o 70,523 moles x 244,30 kJ/mol = 17.066,566 Id 2955866 -17- Finalement, le bilan thermique de la réaction dans ce réacteur d'oxydation est exothermique et génère : 2.289,442 k7. Le deuxième flux gazeux DFG sortant du réacteur d'oxydation est composé du 5 CO2 issu de la réaction + éventuellement le CO2 "excédentaire" caloporteur + la vapeur d'eau générée par l'oxydation de H2, soit : - 2,457 kg de CO2 issus de la réaction (55,84 moles, 1,252 Nm3) + - 0,536 kg de H2O9 issu de la réaction (29,76 moles, 0,667 Nm3) soit 22% en masse, 53% en volume. 10 Ce deuxième flux gazeux DFG a une température 900°C et détient donc une énergie thermique importante : 3.573,083 kJ de capacité thermique + 2.228,951 kJ d'enthalpie des 29,762 moles (H2Og) qui seront condensées en H2O liquide, soit : 5.802,034 k7. Cette énergie thermique est utilisée dans un système échangeur 15 thermique 116 pour générer le flux gazeux de traitement FGT. Ledit flux gazeux de traitement FGT comprend essentiellement : - la part du deuxième flux gazeux DFG, qui sera conservée après avoir échangée sa capacité thermique, dans ledit échangeur 116, avec du CO2 froid et sec (provenant du stockage 114) et qui aura 20 été en partie déshumidifiée lors dudit échange thermique, - la part du CO2 sec, provenant du stockage 114 qui aura servi de source froide dans l'échangeur thermique 116, qui sera prélevée pour tempérer ledit flux gazeux de traitement FGT. (Selon le besoin en déshumidification et en refroidissement, ledit CO2 sec, 25 provenant du stockage 114 peut être excédentaire. L'excédent est alors réintroduit dans le système réfrigérant 118 pour être recyclé.) Ledit flux gazeux de traitement FGT sera ainsi porté à la température 30 requise pour traitement des matières premières (température utile : de 30 à >_ 300°C et plus pour des traitements à hautes températures) et son humidité résiduelle sera minimale. À ce stade du système et procédé selon l'invention, le bilan thermique est 35 déjà positif de : 2955866 -18- 4.223,38 kJ d'apport thermique aux réactions du réacteur de gazéification, pour 1 kg (MPCS/biomasse), + 2.289,442 kJ d'exothermie au réacteur d'oxydation du premier flux gazeux "combustible", 5 + 5.802,034 kJ de capacité thermique disponible par le deuxième flux gazeux DFG sortant du réacteur d'oxydation, Soit un total positif, par kg de MPCS biomasse mis en oeuvre, de : 2.289,442 kJ + 5.802,034 kJ = 8.091,476 kJ - 4.223,38 kJ = + 3.868,096 kJ 10 En sortie du réacteur d'activation La réactivation des Me en MeO est exothermique : 244,30 kJ/mol. Dans l'exemple, il ya 70,523 moles de Me par kg de MPCS biomasse mis en oeuvre. Soit un potentiel thermique, généré dans ce réacteur d'activation, de 15 +17.228,769 kJ/kg de MPCS biomasse mis en oeuvre. C'est par l'échangeur El que le CO2 de gazéification va acquérir sa capacité thermique (soit : 4.223,38 kJ/kg de MPCS, pris en compte dans le bilan précédent). Le solde énergétique final des réactions et échanges du système/procédé 20 selon l'invention est de : 3.868,096 + 17.228,769 = 21.096,865 kJ/kg de MPCS. Soit encore 89% du potentiel d'énergie de la matière première. L'intégralité de cette énergie est disponible pour l'application et la production des énergies de fonctionnement du système et procédé selon 25 l'invention. C'est cette énergie disponible qui va être exploitée pour permettre le traitement des matières premières dans un système de traitement thermique. Une grande part de cette énergie est excédentaire, et peut être mise en oeuvre 30 pour la cogénération des énergies, utiles aux applications concernées, mécaniques et/ou converties en électricité. Dans la présente invention le système de traitement thermique des matières premières peut être un système de : 35 Séchage: o De toute matière première à déshumidifier et/ou à déshydrater avant mise en oeuvre dans un procédé manufacturé, 2955866 -19- o De toute matière première et/ou produit manufacturé devant être séché avant utilisation et/ou conditionnement, Traitement thermique : o De toute matière première sensible (dans sa composition) à 5 l'interaction du CO2 et devant être soumise à de la chaleur diffusée de la manière la plus homogène possible et/ou à des températures élevées (jusqu'à 1000/1100°C et plus en fonction de l'interaction exigée par le CO2 caloporteur, avec des cinétiques optimales) avant leur mise en oeuvre dans un procédé manufacturé, 10 o De toute matière première et/ou produit manufacturé devant être traité thermiquement (pour des modifications/neutralisations thermochimiques et/ou thermo-physiques avant utilisation et/ou conditionnement,... 15 Bien sûr l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. REVENDICATIONS1. Procédé d'approvisionnement en énergie thermique d'un système de traitement thermique (104) de matière première, ledit procédé comprenant : - une gazéification, dans un premier réacteur (106), dit de gazéification, de matière première carbonée sèche (MPCS) avec un flux gazeux de gazéification (FGG) comprenant du CO2 à haute température et de l'oxygène (02), ladite gazéification fournissant un premier flux gazeux (PFG) comprenant essentiellement des molécules de monoxyde de carbone (CO), de dihydrogène (H2) et éventuellement de la vapeur d'eau (H209), - oxydation, dans un deuxième réacteur (108), dit d'oxydation, par des porteurs d'oxygène à l'état oxydé (MeO), desdites molécules de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) présent dans ledit premier flux gazeux (PFG), ladite oxydation fournissant un deuxième flux gazeux (DFG) à haute température comprenant du CO2 et de la vapeur d'eau (H2Og) et des porteurs d'oxygène à l'état réduit (Me), - activation, dans un troisième réacteur (110), dit d'activation, desdits porteurs d'oxygène à l'état réduit avec un flux gazeux (FAP) comprenant des éléments d'oxygène, ladite oxydation fournissant des porteurs d'oxygène à l'état oxydé (MeO) et un excédent d'énergie thermique, - fourniture d'une partie de l'énergie thermique dudit deuxième flux gazeux (DFG) et/ou dudit excédent thermique de ladite activation audit système de traitement thermique (104) de matière première, et - élévation en température du flux gazeux de gazéification (FGG) avec au moins une partie de l'excédent thermique de l'activation des porteurs d'oxygène pour amener ledit flux gazeux de gazéification (FGG) à la température de gazéification. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fourniture d'au moins une partie de l'énergie thermique au système de traitement thermique (104) comprend une fourniture d'au moins une partie du deuxième flux gazeux (DFG) au système de traitement thermique (104) de matière première pour une utilisation en tant que flux gazeux de traitement thermique(FGT). 2955866 -21 - 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une diminution en température de ladite fourniture d'au moins une partie du deuxième flux gazeux (DFG) avant utilisation en tant que flux gazeux de traitement (FGT). 5 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend un recyclage, en boucle fermé, d'au moins une partie du CO2 présent dans le flux gazeux de traitement thermique chargé (FGTC) en sortie du système de traitement thermique (104), pour constituer au moins en partie ledit 10 flux gazeux de gazéification (FGG), ledit recyclage en boucle fermé comprenant une étape de séparation du CO2 de la vapeur d'eau (H209) présente dans ledit flux gazeux de traitement chargé (FGTC). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fourniture d'au 15 moins une partie de l'énergie thermique au système de traitement thermique (104) comprend un transfert d'énergie thermique vers un flux gazeux de traitement thermique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un 20 recyclage, en boucle fermé, d'au moins une partie du CO2 du deuxième flux gazeux (DFG) pour constituer ledit flux gazeux de gazéification. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'activation des porteurs d'oxygène à l'état réduit (Me) comprend une 25 oxydation desdits porteurs d'oxygène (Me) par de l'air atmosphérique préchauffé (FAP). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le préchauffage de l'air atmosphérique comprend un transfert d'énergie thermique depuis le flux gazeux 30 de traitement thermique chargé (FGTC) en sortie du système de traitement thermique vers ledit air atmosphérique. 9. Procédé selon les revendications 4 et 8, caractérisé en ce que le transfert d'énergie thermique depuis le flux gazeux de traitement thermique chargé 35 (FGTC) en sortie du système de traitement thermique (104) vers ledit air-22 - atmosphérique (FA) réalise une séparation du CO2 de la vapeur d'eau (H2O9) présente dans ledit flux gazeux de traitement thermique chargé (FGTC). 10. Système (102) d'approvisionnement en énergie thermique d'un système de traitement thermique (104) de matière première, ledit système comprenant : - un premier réacteur (106) de gazéification de matière première carbonée sèche (MPCS) avec un flux gazeux de gazéification (FGG) comprenant du CO2 à haute température, ledit réacteur (106) fournissant un premier flux gazeux (PFG) comprenant du CO2, des molécules monoxyde de carbone (CO), de dihydrogène (H2) et éventuellement de la vapeur d'eau (H2Og), - un deuxième réacteur (108) d'oxydation par des porteurs d'oxygène à l'état oxydé (MeO), desdites molécules de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) présent dans ledit premier flux gazeux (PFG), ledit deuxième réacteur (108) fournissant un deuxième flux gazeux (DFG) à haute température comprenant du CO2 et de la vapeur d'eau (H2Og) et des porteurs d'oxygène à l'état réduit (Me), - un troisième réacteur (110) d'activation desdits porteurs d'oxygène à l'état réduit (Me) avec un flux gazeux (FA) comprenant des éléments d'oxygène, ledit réacteur (110) fournissant des porteurs d'oxygène à l'état oxydé (MeO) et un excédent d'énergie thermique, - des moyens de régulation de la température du flux gazeux de traitement (FGT) pour fournir au moins une partie de l'énergie thermique dudit deuxième flux gazeux (DFG) et/ou dudit excédent thermique de ladite activation audit système de traitement thermique (104) de matière première, et - des moyens (El) pour élever en température ledit flux gazeux de gazéification (FGG) avec au moins une partie de l'excédent thermique de l'activation des porteurs d'oxygène pour amener ledit flux gazeux de gazéification (FGG) à la température de gazéification. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens mécaniques (130) de transport des porteurs d'oxygène du deuxième réacteur (108) au troisième réacteur (110) et/ou du troisième réacteur (110) au deuxième réacteur (108). 2955866 - 23 - 12. Système selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de recyclage en boucle fermé d'au moins une partie du CO2 présent dans le deuxième flux gazeux (DFG) en tant que flux gazeux de 5 gazéification (FGG), ledit circuit de recyclage comprenant des moyens (118) de séparation du CO2 de la vapeur d'eau (H2Og). 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit de recyclage relie, au moins indirectement, le deuxième réacteur (108), le système 10 de traitement thermique (104), les moyens (118) de séparation du CO2 de la vapeur d'eau (H2O9), les moyens (El) pour élever en température le flux gazeux de gazéification (FGG) et le premier réacteur (106). 14. Système de traitement thermique de matière première intégrant un système 15 d'approvisionnement en énergie et en flux gazeux de traitement (FGT) selon l'une quelconque des revendications 10 à 13. 15. Installation (100) de traitement thermique de matière première comprenant un système de traitement thermique (104) de matière première et un système 20 (102) d'approvisionnement en énergie dudit système de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 10 à 14.