Brevet FR3068708A1 — publié le 20190111

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a pour objet le traitement de biomasse pour sa préparation dans le but de sa valorisation notamment par gazéification pour la production d'hydrocarbures liquides, et éventuellement la production de bases pétrochimiques et/ou de bases chimiques et/ou d'hydrogène. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de traitement d'une charge comprenant de la biomasse en vue de son injection dans un réacteur de gazéification pour la production d'hydrocarbures notamment des essences et du gazole et du kérosène. ART ANTERIEUR Dans le domaine de l'invention, l'homme du métier cherche constamment à améliorer le conditionnement de la biomasse notamment pour améliorer son pouvoir calorifique. Plus particulièrement, l'amélioration de la granulométrie de la poudre obtenue par le procédé de traitement à partir de la biomasse et le coût énergétique associé à ce traitement, sont des paramètres essentiels de la préparation de la biomasse notamment dans des procédés plus globaux de gazéification. Le traitement de la biomasse est bien connu de l'homme de l'art pour sa valorisation par la production d'hydrocarbures. Les principales étapes de ce traitement sont le séchage, le traitement thermique, tel que la torréfaction et le broyage. Ces étapes sont notamment décrites dans les demandes W02014/068253. Les principaux paramètres de ce traitement sont les caractéristiques de la poudre obtenue, notamment ces dimensions, ainsi que le coût énergétique du broyage et plus généralement du procédé. La demande W02013/114328 décrit un procédé de broyage de charge carbonée issu de la biomasse en présence d'additifs sous forme de poudre de dimension micronique, issu de matière minérale telle que le stéarate de magnésium ou la silice sous forme de micro perle et/ou végétale telle que le charbon de bois ou le charbon fossile, dans le but d'améliorer les propriétés de la poudre obtenue par le broyage de la biomasse telles que la coulabilité et l'aptitude à la fluidisation, et ainsi de permettre l'obtention d'un mélange intime de poudres de faibles granulométries. Ce document ne décrit pas l'utilisation d'additifs autre que sous 1 2 forme de poudre et uniquement à des dimensions microniques, lors du broyage de la biomasse. L'optimisation du traitement et du conditionnement de la biomasse, notamment par la simplification des procédés mis en oeuvre, la diminution du coût énergétique desdites 5 étapes, notamment l'étape de broyage reste un enjeu important du domaine de l'invention. De manière surprenante, la demanderesse a découvert un procédé de traitement d'une charge biomasse par au moins une étape de co-broyage de ladite charge en mélange avec au moins une charge fossile solide. Avantageusement, ledit co-broyage permet le broyage des charges ainsi que le séchage et le broyage de la charge fossile. En effet le broyage de la 10 charge biomasse est une étape exothermique et la chaleur générée permet avantageusement de sécher simultanément la charge fossile. Un autre avantage du procédé selon l'invention est la diminution du coût énergétique du procédé par l'intégration énergétique des gaz formés lors des différentes étapes. RESUME DE L'INVENTION 15 Un objet de la présente invention est de fournir un nouveau procédé de traitement d'une charge comprenant de la biomasse, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) Une étape de séchage de ladite charge à une température comprise entre 20 et 180°C, pendant une durée comprise entre 5 et 180minutes, 20 b) Une étape de torréfaction de la charge séchée issue de l'étape a) pour produire au moins un effluent solide biomasse torréfiée, et c) Une étape de co-broyage de l'effluent solide biomasse torréfiée issu de l'étape b) en présence d'au moins une charge fossile solide pour obtenir une poudre. Un avantage du procédé selon la présente invention est de permettre l'obtention d'un 25 mélange intime de poudres de faibles granulométries provenant de charges biomasse et fossile. Un avantage du co-broyage selon la présente invention est de permettre le séchage de la charge fossile simultanément à ladite étape de co-broyage par le transfert de l'énergie thermique générée par le broyage de la biomasse vers la charge fossile. 3 Un autre avantage de la présente invention est de permettre le traitement de la biomasse à un coût énergétique limité grâce à la combinaison d'un enchainement d'étapes opérant dans des conditions spécifiques permettant leur intégration énergétique. De préférence, le procédé comprend une étape d) de séchage finale de la poudre obtenue à 5 l'issue de l'étape c) à une température comprise entre 100 et 300°C. De préférence, l'étape d) de séchage est réalisée simultanément à l'étape c) de co-broyage. De préférence, la biomasse est choisi parmi tout type de biomasse, de préférence de la biomasse de type solide, et en particulier de la biomasse de type lignocellulosique. Des exemples non limitatifs de types de biomasse concernent par exemple les résidus 10 d'exploitation agricole (notamment paille, rafles de maïs), les résidus d'exploitation forestière, les produits de l'exploitation forestière, les résidus de scieries, les cultures dédiées par exemple taillis à courte rotation. De préférence, le procédé comprend une étape i) de prétraitement de la biomasse, de préférence de broyage primaire. 15 De préférence, l'étape b) de torréfaction est réalisée à une température comprise entre 200 et 350°C, de préférence entre 220 et 340°C, de préérence entre 250 et 320°C et plus préférentiellement entre 270 et 300°C pendant une curée comprise entre 5 et 180 minutes, et préférentiellement entre 15 et 60 minutes, à une pression opératoire absolue comprise préférentiellement entre 0,1 et 15 bar, de manière préférée entre 0,1 et 10 bar et de manière 20 plus préférée entre 0,5 et 1,5 bar. De préférence, le procédé comprend une étape ii) de combustion des gaz de torréfaction (11) issu de l'étape b). De préférence, l'énergie issue de l'étape ii) de combustion des gaz de torréfaction (11) est utilisée pour apporter l'énergie thermique nécessaire dans une étape du procédé, de 25 préférence à aux étapes a), b) et/ou d). De préférence, la charge fossile solide (9) introduite dans l'étape c) de co-broyage est choisie parmi les hydrocarbures fossiles solides tels que du charbon, du coke de pétrole, des résidus pétroliers, des sables bitumineux ou leurs dérivés et des schistes bitumineux ou leurs dérivés. 4 De préférence, la charge fossile solide (9) est soumise à une étape iii) de séchage préliminaire. De préférence, l'effluent solide biomasse torréfiée issu de l'étape b) est introduite dans l'étape c) de co-broyage dans un pourcentage massique entre l'effluent solide biomasse 5 torréfiée dans la charge totale solide compris entre 1 et 99 (3/0 massique, de préférence entre 50 et 98 (3/0 massique, et préférentiellement entre 40 et 95% massique, ladite charge totale solide étant la somme de l'effluent solide de biomasse torréfiée et de la charge fossile. De préférence, la charge fossile solide, entrant dans l'étape c) de co-broyage à un taux d'humidité compris entre 3,1 et 30 (3/0 massique, préférentiellement entre 4 et 25 (3/0 massique 10 et de manière très préféré compris entre 5 et 20 (3/0 massique. De préférence, le procédé comprend une ou plusieurs étapes de stockage e) de l'effluent issu de l'une ou quelconque des étapes du procédé, de préférence de l'étape a), b), c), ou d). De préférence, le procédé comprend une étape f) de transport, de préférence de transport 15 pneumatique. De préférence, le procédé comprend une étape g) de gazéification à une température comprise entre 800 et 1800°C, de préférence entre 1000 et 1600°C et plus préférentiellement entre 1200 et 1500°C et à une pression absolue avantageusement comprise entre 20 et 120 bar, de préférence entre 25 et 60 bar, et plus préférentiellement 20 entre 30 et 50 bar. DEFINITIONS & ABREVIATIONS Dans l'ensemble de la description les termes ou abréviations ci-après ont le sens suivant : On entend par biomasse, de façon non limitative, la biomasse de type solide, et en particulier de la biomasse de type lignocellulosique. Des exemples non limitatifs de types de biomasse 25 concernent par exemple les résidus d'exploitation agricole (notamment paille, rafles de maïs), les résidus d'exploitation forestière, les produits de l'exploitation forestière, les résidus de scieries, les cultures dédiées par exemple taillis à courte rotation On entend par matière fossile solide, de façon non limitative, la matière prise seule ou en mélange, à l'état solide dans les conditions de l'étape de broyage et choisie parmi, les 5 hydrocarbures fossiles solides tels que du charbon, du coke de pétrole (petcoke selon la terminologie anglo-saxonne), des résidus pétroliers, des sables bitumineux ou leurs dérivés et des schistes bitumineux ou leurs dérivés. On entend par perte de masse anhydre, la pourcentage de matière perdue lors de l'étape de 5 torréfaction (hors eau) ramenée à la masse totale injectée dans l'étape de torréfaction (hors eau). On entend par torréfaction, un procédé de traitement thermique à une température comprise entre 200 et 350°C, et réalisé généralement dans ure atmosphère appauvrie en oxygène. On entend par gazéification, une étape mettant en oeuvre une réaction d'oxydation partielle 10 qui convertit la charge en gaz de synthèse comprenant majoritairement du monoxyde de carbone et du dihydrogène. On entend par co-broyage, le broyage de la charge biomasse en présence de la charge fossile solide. On entend par ratio, rapport massique, le rapport entre la masse du constituant considéré 15 par rapport à la masse total de la charge. On entend par taille caractéristique, la mesure de la longueur d'une particule selon sa plus grande dimension. On entend par anisotrope des propriétés variables de résistance de la matière selon l'orientation de l'effort auquel elle est soumise. 20 On en par taux d'humidité, le rapport entre la masse d'eau contenant dans une charge et la masse totale de ladite charge. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans le sens de la présente invention, les différents modes de réalisation présentés dans l'ensemble de la description peuvent être utilisés seuls ou en combinaison les uns avec les 25 autres, sans limitation de combinaison. La Charge Conformément à l'invention, la charge du procédé comprend de la biomasse seule ou en mélange. La quantité d'eau contenue dans la charge brute est comprise entre 0 et 70 (3/0 massique. 5 La biomasse est choisie parmi, tout type de biomasse, de préférence de la biomasse de type solide, et en particulier de la biomasse de type lignocellulosique. Des exemples non limitatifs de types de biomasse concernent par exemple les résidus d'exploitation agricole (notamment paille, rafles de maïs), les résidus d'exploitation forestière, les produits de l'exploitation forestière, les résidus de scieries, les cultures dédiées par exemple taillis à 10 courte rotation. De préférence, la biomasse est de la biomasse lignocellulosique. Elle comprend essentiellement trois constituants naturels présents en quantités variables selon son origine : la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. La charge biomasse lignocellulosique est de préférence utilisée sous sa forme brute, c'est-à- 15 dire dans l'intégralité de ces trois constituants cellulose, hémicellulose et lignine. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la biomasse lignocellulosique est choisie parmi la biomasse herbeuse, les résidus d'exploitation agricole tel que les déchets de paille, rafles de maïs, la bagasse de canne à sucre, les résidus d'exploitation forestière ou de scieries tel que les copeaux de bois ou tout autre type de résidus ligneux. 20 Dans une mode de réalisation préféré de l'invention, ladite charge (1) peut éventuellement subir une étape i) de prétraitement préalablement à son introduction dans l'étape a) du procédé selon l'invention. L'objectif de l'étape i) de prétraitement est de permettre l'injection de la charge prétraitée (2) dans l'étape a) de séchage. L'étape i) de prétraitement est fonction du type de charge considérée. De préférence 25 l'étape i) de prétraitement est une étape de broyage primaire de ladite charge permettant de réduire sa granulométrie à une taille caractéristique comprise entre 10 et 50 mm. Ladite étape i) de broyage primaire est avantageusement mise en oeuvre selon une technique connue de l'homme du métier. L'étape i) de prétraitement peut également avantageusement comporter une mise en forme de la charge telle que par exemple par pelletisation, compression ou toute autre technique connue de l'homme du métier en vue de faciliter son 6 7 transport, son stockage, et son traitement ultérieur dans l'étape a) de séchage du procédé selon l'invention. Etape a) de séchage Conformément à l'invention, le procédé comprend une étape a) de séchage de la charge (1), 5 éventuellement prétraitée (2), ladite étape a) de séchage est mise en oeuvre par la mise en contact de la charge avec un flux de gaz chaud qui se refroidit. Le flux de gaz chaud entre à ladite étape à une température comprise entre 50 et 500°C, de préférence entre 100 et 450°C et préférentiellement entre 150 et 350 °C,et pendant une durée comprise entre 5 et 180 minutes, de préférence entre 10 et 100 minutes et préférentiellement entre 15 et 60 10 minutes et fourni la charge séchée (3) et éventuellement prétraitée. Le solide séché sort de ladite étape à une température comprise entre 40 et 120°C, de préférence entre 50 et 90°C, encore plus préférentiellement entre 60 et 80°C. Le but du séchage est d'éliminer l'eau contenue dans la charge. Conformément à l'invention, la quantité d'eau résiduelle en sortie de l'étape a) de séchage est comprise entre 0 (3/0 et 5 % 15 massique par rapport à la masse totale de la charge. L'énergie nécessaire au séchage est généralement apportée par la mise en contact de la charge avec un flux de gaz chauds. Le flux de gaz chauds utilisé dans l'étape de séchage peut avantageusement provenir de la combustion d'un intrant au procédé et de préférence de la combustion du gaz naturel et/ou 20 de la combustion d'un flux gazeux issus d'une autre étape du procédé. Par exemple, la combustion des gaz issus de l'étape b) de torréfaction produit un flux de gaz chaud utilisable pour sécher la charge pour toute méthode connue de l'homme du métier. L'effluent gazeux issu de l'étape a) contenant de l'eau peut être utilisé pour préchauffer l'air permettant la combustion du gaz naturel et/ou du flux gazeux produit lors de la torréfaction. 25 Etape b) de torréfaction Conformément à l'invention, la charge séchée (3) issue de l'étape a) est envoyée dans une étape b) de torréfaction pour produire au moins un effluent solide de biomasse torréfiée (4). 8 La torréfaction est un processus de décomposition thermique douce dans une gamme de température comprise entre 200 et 350°C. Ce processis est généralement caractérisé par de faibles vitesses de montée en température ( REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'une charge comprenant de la biomasse, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) Une étape de séchage de ladite charge à une température comprise entre 20 et 180°C, pendant une durée comprise entre 5 et 180minutes, b) Une étape de torréfaction de la charge séchée issue de l'étape a) pour produire au moins un effluent solide biomasse torréfiée, et c) Une étape de co-broyage de l'effluent solide biomasse torréfiée issu de l'étape b) en présence d'au moins une charge fossile solide pour obtenir une poudre. 2. Procédé selon la revendication 1 comprenant une étape d) de séchage finale de la poudre obtenue à l'issue de l'étape c) à une température comprise entre 100 et 300°C. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'étape d) de séchage est réalisée simultanément à l'étape c) de co-broyage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la biomasse est choisie parmi la biomasse lignocellulosique solide. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape i) de prétraitement de la biomasse, de préférence de broyage primaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'étape b) de torréfaction est réalisée à une température comprise entre 200 et 350°C, de préférence entre 220 et 340°C, de préférence entre 250 et 320°C et plus préférentiellement entre 270 et 300°C pendant une curée comprise entre 5 et 180 minutes, et préférentiellement entre 15 et 60 minutes, à une pression opératoire absolue comprise préférentiellement entre 0,1 et 15 bar, de manière préférée entre 0,1 et 10 bar et de manière plus préférée entre 0,5 et 1,5 bar. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape ii) de combustion des gaz de torréfaction (11) issu de l'étape b). 24 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'énergie issue de l'étape ii) de combustion des gaz de torréfaction (11) est utilisée pour apporter l'énergie thermique nécessaire dans une étape du procédé, de préférence à aux étapes a), b) et/ou d). 5 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la charge fossile solide (9) introduite dans l'étape c) de co-broyage est choisie parmi les hydrocarbures fossiles solides tels que du charbon, du coke de pétrole, des résidus pétroliers, des sables bitumineux ou leurs dérivés et des schistes bitumineux ou leurs dérivés. 10 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la charge fossile solide (9) est soumise à une étape iii) de séchage préliminaire. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'effluent solide biomasse torréfiée issu de l'étape b) est introduite dans l'étape c) de co-broyage dans un pourcentage massique entre l'effluent solide biomasse torréfiée dans la charge 15 totale solide compris entre 1 et 99 (3/0 massique, de préférence entre 50 et 98 (3/0 massique, et préférentiellement entre 40 et 95% massique, ladite charge totale solide étant la somme de l'effluent solide de biomasse torréfiée et de la charge fossile. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la charge fossile solide, entrant dans l'étape c) de co-broyage à un taux d'humidité compris 20 entre 3,1 et 30 (3/0 massique, préférentiellement entre 4 et 25 (3/0 massique. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une ou plusieurs étapes de stockage e) de l'effluent issu de l'une ou quelconque des étapes du procédé, de préférence de l'étape a), b), c), ou d). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une 25 étape f) de transport, de préférence de transport pneumatique. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape g) de gazéification à une température comprise entre 800 et 1800°C, de préférence entre 1000 et 1600°C et plus préférentiellement entre 1200 et 1500°C et à une pression absolue avantageusement comprise entre 2 et 12 MPa, de préférence entre 2,5 et 6 MPa, et plus préférentiellement entre 3 et 5 MPa.