Brevet FR3018078A1 — publié le 20150904

- 1 - DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la fabrication de granulés (également connus sous la dénomination anglo-saxonne de « pellets »), de bûchettes et corps solides agglomérés analogues à partir d'au moins une matière végétale humide, en particulier à partir de matières végétales résiduelles de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire, de préférence à partir de paille humide. Actuellement, de telles matières végétales résiduelles de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire, en particulier la paille humide qui reste sur les champs une fois la récolte achevée, sont peu ou pas du tout valorisées. Or de tels résidus, en particulier la paille de maïs, sont des matières premières intéressantes pour la fabrication de matériaux combustibles produits à partir de biomasse. Ceci est d'autant plus pertinent que dans le cas de la paille de maïs, il n'y a pas, à proprement parler, de compétition avec les usages alimentaires de cette biomasse lorsque l'on considère des usages en tant que combustible. Par ailleurs, le gisement français de cette biomasse est relativement important puisqu'on estime à environ 5 tonnes par hectare le potentiel de biomasse disponible pour la paille de maïs. Ces matières peuvent toutefois présenter un certain nombre d'inconvénients, notamment en ce qui concerne ladite paille de maïs. Le premier de ces inconvénients est la période de récolte qui se situe en général en automne, ce qui rend impossible la récolte d'une paille sèche compte tenu des conditions climatiques. Des taux d'humidité moyens de plus de 25 % en poids (masse) d'eau (généralement environ 30 à 50 % pour la paille de maïs humide) imposent des contraintes importantes en termes de produits finis et de procédé de traitement ou de stockage. Un traitement classique de pelletisation d'une matière humide de ce type ne produit pas toujours des produits suffisamment compacts et stables dans le temps. De plus, leur combustion peut entraîner plus tard un dégagement de gaz corrosifs et irritants, tels que de l'acide chlorhydrique si les substances indésirables n'ont pas été éliminées lors de ladite opération de pelletisation (ou de mise en forme de granulés). - 2 - La présente invention a pour but de pallier au moins certains de ces inconvénients. A cet effet, elle a pour objet un procédé de fabrication de granulés (« pellets »), de bûchettes et corps solides agglomérés analogues à partir d'au moins une matière végétale humide, en particulier à partir de matières végétales résiduelles de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire, de préférence à partir de paille(s) humide(s), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - a) soumettre, si nécessaire, ladite ou lesdites matières végétales présentant un taux d'humidité pondéral inférieur ou égal à 70 %, de préférence inférieur ou égal à 50 %, à une étape de broyage pour obtenir des fibres dont la plus grande dimension est comprise entre 0,5 et 10 cm, de préférence entre 1 et 5 cm, - b) ajouter auxdites fibres un broyat de matière(s) végétale(s) 15 pré-séchée(s) afin d'obtenir un mélange présentant un taux d'humidité pondéral résultant inférieur ou égal à 30 %, - c) comprimer et chauffer le mélange précédemment obtenu en le faisant passer à travers une extrudeuse, de sorte à ce que la température de ce dernier soit comprise entre 40 °C et 450 °C, de préférence entre 60 °C 20 et 300 °C dans ladite extrudeuse, - d) amener le mélange chaud dans un broyeur où, lors de l'éclatement des fibres, de l'eau résiduelle présente dans ledit mélange est subitement évaporée, en entraînant d'éventuels gaz corrosifs, et pendant lequel les composants de cellulose, d'hémicellulose et de lignine présents 25 dans ledit mélange chaud subissent une transformation visant à externaliser les groupements hydrophobes initialement internes auxdits composants, ce jusqu'à ce que le taux d'humidité pondéral moyen du mélange broyé et éclaté soit inférieur ou égal à 20 %, et - e) mettre en forme le mélange séché obtenu précédemment 30 uniquement par compression mécanique, en particulier dans une presse, pour obtenir les granulés (« pellets »), bûchettes ou corps solides agglomérés analogues souhaités. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre 35 d'exemple non limitatif Conformément à la présente invention, le procédé de fabrication de granulés (« pellets »), de bûchettes et analogue à partir d'au - 3 - moins une matière végétale humide, en particulier à partir de matières végétales résiduelles de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire, de préférence à partir de paille(s) humide(s), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - a) soumettre, si nécessaire, ladite ou lesdites matières végétales présentant un taux d'humidité inférieur ou égal à 70 %, de préférence inférieur ou égal à 50 %, à une étape de broyage pour obtenir des fibres dont la plus grande dimension est comprise entre 0,5 et 10 cm, de préférence entre 1 et 5 cm, - b) ajouter auxdites fibres un broyat de matière(s) végétale(s) pré-séchée(s) afin d'obtenir un mélange présentant un taux d'humidité pondéral résultant inférieur ou égal à 30 %, - c) comprimer et chauffer le mélange précédemment obtenu en le faisant passer à travers une extrudeuse, de sorte à ce que la température 15 de ce dernier soit comprise entre 40 °C et 450 °C, de préférence comprise entre 60 °C et 300 °C, dans ladite extrudeuse, - d) amener le mélange chaud dans un broyeur où, lors de l'éclatement des fibres, de l'eau résiduelle présente dans ledit mélange est subitement évaporée, en entraînant d'éventuels gaz corrosifs, et pendant 20 lequel les composants de cellulose, d'hémicellulose et de lignine présents dans ledit mélange chaud subissent une transformation visant à externaliser les groupements hydrophobes initialement internes auxdits composants, ce jusqu'à ce que le taux d'humidité pondéral moyen du mélange broyé et éclaté soit inférieur ou égal à 20 %, et 25 - e) mettre en forme le mélange séché obtenu précédemment uniquement par compression mécanique, en particulier dans une presse, pour obtenir les granulés (« pellets »), bûchettes ou corps solides agglomérés analogues souhaités. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on pourra 30 utiliser tout dispositif mécanique adéquat connu de l'homme du métier et disponible dans le commerce, tels que par exemple un broyeur simple, un broyeur à marteaux, une extrudeuse conventionnelle (par ex. issue de l'industrie de la plasturgie), une presse hydraulique classique convenant à la fabrication de palets, bûchettes, notamment de bûchettes de copeaux de 35 bois, billes, plaquettes, etc. Si la matière végétale de base à traiter présente déjà les propriétés de taille des fibres et d'humidité requises, il n'est pas nécessaire - 4 - de procéder à une étape préalable de broyage et/ou de séchage, notamment par adjonction d'une ou de plusieurs matières végétales moins humides. Le broyat de matière(s) végétale(s) visé à l'étape b) devra évidemment être compatible avec la ou les matières végétales de l'étape a), 5 notamment du point de vue de sa nature et de la taille des fibres qui peuvent être présentes. Comme taux d'humidité dudit broyat on préférera un taux d'humidité pondéral inférieur à 10 %. Ceci permet notamment de limiter les quantités de broyat à ajouter. En tout état de cause, le taux d'humidité précité est évidemment inférieur à celui de la matière humide de départ 10 qu'il convient de sécher. Si lesdites matière(s) végétale(s), notamment la paille de maïs, est déjà suffisamment sèche (taux inférieur ou égal à 30 %), on pourra choisir de se dispenser de l'étape b). La ou les matières à l'état broyé et/ou déjà partiellement traitées (après le passage dans l'extrudeuse) peuvent être acheminées par 15 tout moyen habituel, par exemple à l'aide d'un transport pneumatique ou par l'intermédiaire d'une vis sans fin vers l'extrudeuse où le réglage de la température et de la pression appliquées auxdites matières par la filière, de l'énergie sera transmise au mélange trituré, au coeur même desdites matières. 20 On peut prévoir d'équiper la filière et/ou les équipements situés en amont et/ou en aval de cette dernière de moyens de chauffage afin de réguler plus facilement la température de toute ou partie de l'installation, en particulier, mais pas nécessairement, lors d'un démarrage à froid. Lesdites matières ainsi triturées sont portées à des températures 25 relativement élevées, de préférence supérieures à 100 °C pour être « flashées », c'est-à-dire éclatées, à la sortie de la filière dans un petit broyeur (notamment de type broyeur à marteaux) qui assure à la fois leur émiettement et une aération violente, la vapeur ayant été générée au coeur du produit entraînant par « stripping » (rectification) les différents gaz, en 30 particulier les gaz indésirables tels que les gaz corrosifs et irritants. Cette étape permet également la libération de la lignine présente dans les matières premières brutes. On peut prévoir un dispositif dont le fonctionnement est basé sur la différence de densité ou les différences de flexibilité desdites matières 35 pour séparer les matières sèches des matières encore humides. Ces dernières sont alors avantageusement recyclées en les réinjectant à l'entrée de - 5 - l'extrudeuse pour une trituration et un traitement supplémentaire en vue d'augmenter la teneur en matières sèches du mélange. Lorsque le mélange est suffisamment sec, il suffit alors de le conditionner grâce à une machine de mise en forme ad hoc du commerce, 5 par exemple une machine à fabriquer des bûchettes par compression ou compactage. On peut aussi fabriquer des boudins cylindriques de matière séchées destinés à être découpés plus tard en segments ou tranches plus courts, dans une autre installation de découpage, par exemple après stockage à proximité du lieu d'utilisation du produit final. On peut donc 10 aisément stocker des réserves de combustible à découper ou déjà prêt à l'emploi, par exemple dans une cave à proximité d'une chaudière ou d'un poêle à bûchettes, granulés, billes, etc. Le procédé selon l'invention est encore caractérisé en ce que l'on arrête le broyage et l'éclatement de l'étape d) lorsque le taux 15 d'humidité pondéral moyen est inférieur ou égal à 15 %, de préférence inférieur ou égal à 12 %. On obtient ainsi un mélange qui est particulièrement adapté à l'opération de mise en forme ultérieure dans la mesure où il conduira à des produits finis formés présentant de très bonnes propriétés de stockage et de 20 vieillissement. Avantageusement, et comme évoqué précédemment, on prévoit que pendant l'étape d) de broyage et d'éclatement on sépare une partie de la matière humide, en particulier de la matière sous forme de blocs humides, présentant un taux d'humidité pondéral supérieur à 20 % du mélange pour 25 la réinjecter à l'entrée de l'extrudeuse de l'étape c). De manière préférée, on utilise à l'étape b) un broyat de matière(s) végétale(s) pré-séchée(s) qui est un produit issu de l'étape d'éclatement d) et que l'on a laissé refroidir. Cette mesure permet de conserver en réserve des matières 30 présentes en surplus ou d'utiliser des stocks de récoltes antérieures. En particulier, le procédé selon l'invention est donc caractérisé en ce que ledit broyat obtenu à l'étape b) est conditionné et stocké en réserve jusqu'à son utilisation dans le procédé. De façon très préférée, la matière végétale humide utilisée à 35 l'étape a) est de la paille de maïs ou comprend de la paille de maïs. - 6 - Dans un mode de réalisation préférentiel, le broyat de matière(s) végétale(s) pré-séchée(s) utilisé à l'étape b) comprend de la paille de maïs séchée ou est entièrement constitué de paille de maïs. Avantageusement, la chaleur de l'étape c) est générée 5 uniquement par le passage dudit mélange dans ladite extrudeuse sans autre apport énergétique. Cela permet une mise en oeuvre particulièrement économique et donc rentable du procédé selon l'invention. Selon une autre caractéristique avantageuse, on utilise comme extrudeuse une extrudeuse à simple vis. Ces dispositifs sont 10 particulièrement adaptés, simples d'utilisation et ne nécessitent que peu de maintenance. Le procédé selon l'invention est encore caractérisé en ce que les gaz corrosifs entraînés à l'étape d) comprennent de l'acide chlorhydrique gazeux et sont neutralisés par un lavage basique externe au 15 procédé. Cette opération peut être effectuée de façon classique en faisant barboter le flux de gaz acides dans un bain basique, par exemple une lessive de soude ou similaire. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de 20 réalisations décrits. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de granulés, de bûchettes et corps solides agglomérés analogues à partir d'au moins une matière végétale humide, en particulier à partir de matières végétales résiduelles de l'agriculture ou industrie agro-alimentaire, de préférence à partir de paille(s) humide(s), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - a) soumettre, si nécessaire, ladite ou lesdites matières végétales présentant un taux d'humidité pondéral inférieur ou égal à 70 %, de préférence inférieur ou égal à 50 %, à une étape de broyage pour obtenir des fibres dont la plus grande dimension est comprise entre 0,5 et 10 cm, de préférence entre 1 et 5 cm, - b) ajouter auxdites fibres un broyat de matière(s) végétale(s) pré-séchée(s) afin d'obtenir un mélange présentant un taux d'humidité pondéral résultant inférieur ou égal à 30 %, - c) comprimer et chauffer le mélange précédemment obtenu en le faisant passer à travers une extrudeuse, de sorte à ce que la température de ce dernier soit comprise entre 40 °C et 450 °C, de préférence entre 60 °C et 300 °C, dans ladite extrudeuse, - d) amener le mélange chaud dans un broyeur où, lors de l'éclatement des fibres, de l'eau résiduelle présente dans ledit mélange est subitement évaporée, en entraînant d'éventuels gaz corrosifs, et pendant lequel les composants de cellulose, d'hémicellulose et de lignine présents dans ledit mélange chaud subissent une transformation visant à externaliser les groupements hydrophobes initialement internes auxdits composants, ce jusqu'à ce que le taux d'humidité pondéral moyen du mélange broyé et éclaté soit inférieur ou égal à 20 %, et - e) mettre en forme le mélange séché obtenu précédemment uniquement par compression mécanique, en particulier dans une presse, pour obtenir les granulés, bûchettes ou corps solides agglomérés analogues 30 souhaités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on arrête le broyage et l'éclatement de l'étape d) lorsque le taux d'humidité pondéral moyen est inférieur ou égal à 15 %, de préférence inférieur ou égal à 12 %.-8- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pendant l'étape d) de broyage et d'éclatement on sépare une partie de la matière humide, en particulier de la matière sous forme de blocs humides, présentant un taux d'humidité pondéral supérieur à 20 % du mélange pour la réinjecter à l'entrée de l'extrudeuse de l'étape c). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise à l'étape b) un broyat de matière(s) végétale(s) pré-séchée(s) qui est un produit issu de l'étape d'éclatement d) et que l'on a laissé refroidir. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit broyat obtenu à l'étape b) est conditionné et stocké en réserve jusqu'à son utilisation dans le procédé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière végétale humide utilisée à 15 l'étape a) est de la paille de maïs ou comprend de la paille de maïs. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le broyat de matière(s) végétale(s) préséchée(s) utilisé à l'étape b) comprend de la paille de maïs séchée ou est entièrement constitué de paille de maïs. 20 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaleur de l'étape c) est générée uniquement par le passage dudit mélange dans ladite extrudeuse sans autre apport énergétique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise comme extrudeuse une extrudeuse à simple vis. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz corrosifs entraînés à l'étape d) comprennent de l'acide chlorhydrique gazeux et sont neutralisés par un 30 lavage basique externe au procédé.