Brevet FR3097556A1 — publié le 20201225

Description Titre de l'invention : Procédé de vapocraquage comprenant une étape de séparation et traitement différentiel des particules obtenues en fonction d'une valeur seuil. mol j La présente invention a trait au domaine des biocombustibles solides obtenus par va- pocraquage. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de traitement par vapocraquage de biomasse ligno-cellulosique dans lequel la poudre obtenue est traitée afin de séparer les particules en deux catégories en fonction d'une valeur seuil, chaque catégorie étant traitée différemment. Domaine de l'invention 100021 La production d'énergie (électrique et thermique) d'origine renouvelable peut se faire à partir de l'environnement (soleil, vent, marée, houle, géothermie, hydraulique) ou à partir de biomasse. A l'exception de la biomasse, l'hydraulique de rivière ou de barrage, et la géothermie, ces énergies renouvelables sont intermittentes sauf si les moyens de stockage de l'énergie se développaient. Et seule la biomasse constitue une énergie primaire transportable sur son lieu de transformation en chaleur et/ou électricité. Mais la biomasse est en fait une énergie peu dense, variable et périssable. La transformation de biomasse lignocellulosique (bois, résidus agricoles, coproduits de l'agriculture et de l'agro-industric) en un composé dense énergétiquement. transportable et facilement stockable permet de développer et consolider une filière industrielle d'énergie stationnaire (biocombustible utilisé en un point fixe, le foyer, contrairement aux biocarburants) et de réduire les impacts environnementaux (émission CO, fossile, avec une biomasse sans fertilisants ni phytosanitaires). [0003] Le traitement thermique de la biomasse par vapocraquage permet cette densification de l'énergie, en homogénéisant la biomasse en une poudre vapocraquée selon des conditions paramétriques précises. notamment de granulométrie, température et temps de séjour. La poudre est ensuite granulée pour faciliter son transport, son stockage et son usage. [0004] Il s'agit donc de s'assurer que le procédé de vapocraquage est en mesure d'assurer un produit constant, à savoir une poudre sortante stable en qualité et en capacité d'être transformée ou utilisée en aval du procédé pour l'application désirée. Cette poudre présente un pouvoir calorifique et une composition apte à être utilisée en combustion, et une capacité à être granulée. [0005] Aujourd'hui, la meilleure solution pour garantir le meilleur résultat du vapocraquage est de faire un approvisionnement régulier et maîtrisé d'une même qualité de biomasse. Or, dans une optique d'augmentation des volumes de traitement de biomasse aux fins 2 de production de biocombustibles solides, il apparait intéressant d'être en mesure de traiter également une biomasse hétérogène. [0006] Le problème rencontré lorsque l'on traite une biomasse hétérogène est que la poudre obtenue est elle-même hétérogène cntrainant des problèmes de granulation. En effet, en fonction de la nature de la biomasse initiale et des conditions appliquées, le vapocraquage n'aura pas le même effet en termes de déstructuration dc la matière. Ainsi, lorsque la matière en entrée est hétérogène, les conditions de sévérité doivent être ajustées de sorte à ne pas déstructurer totalement les matières les moins résistantes, ce qui serait néfaste pour la granulation. Lorsque les conditions de sévérité sont adaptées en fonction de la biomasse moins résistante, le vapocraquage génère des particules résiduelles issues des biomasses plus résistantes, qui elles aussi perturbent le procédé de granulation. [0007] Le non-respect de la qualité finale et du cahier des charges de granulation peut être rédhibitoire, que ce soit par un traitement laissant de grosses particules ou un traitement trop drastique dégradant le produit et son comportement à la granulation. [0008] TI existe donc un besoin de disposer d'un procédé de vapocraquage adapté au traitement d'une biomasse hétérogène pour la fabrication de granulés noirs de qualité contrôlée. Exposé de l'invention [0009] Pour répondre à cc besoin, les inventeurs ont mis au point un procédé de vapo- craquage avec un facteur de sévérité donné caractérisé en cc qu'il comporte une étape de traitement des produits pulvérulents pour séparer les particules supérieures à une valeur seuil et les particules inférieures à ladite valeur seuil, et de traitement différencié des particules de la première catégorie et des particules de la deuxième catégorie. [0010] Ce procédé permet d'une part de granuler une poudre homogène débarrassée des particules résistantes et d'autre part de traiter les refus de matière mal dégradée par un retour dans l'enceinte de vapocraquage ou un autre traitement différé. [0011] L'invention concerne aussi une installation de vapocraquage pour mise en oeuvre de ce procédé comportant un séparateur des particules. Avantages de l'invention 10012] L'invention consiste donc à mettre en place un crible pour séparer les particules ré- sistantes mal dégradées de la poudre apte à être granulée ou la poudre de granulométrie trop fine de la poudre apte à être granulée. 10013] Le principal avantage de ce procédé est qu'il permet de produire des granulés noirs de qualité à partir de n'importe quel type de biomasse et en particulier de biomasse hétérogène. En effet, éliminer les particules mal dégradées de la poudre à granuler améliore la qualité des granulés qui sont alors plus cohésifs, plus hydrophobes, plus 3 énergétiques. [0014] Ce procédé permet donc de répondre à la fois au cahier des charges du procédé global de granulation et au cahier des charges du produit final en ternies de qualité et de constance de qualité. [0015] Ce procédé permet de récupérer les particules mal dégradées et de les valoriser. Il peut s'agir de les soumettre une seconde fois à un traitement par vapocraquage ou à les utiliser à d'autres fins. [0016] Il est aussi possible d'éliminer par le crible les poudres les plus fines qui se granulent mal et de ne conserver que les poudres aptes à se colmater en vue de la production de granulés. On peut par exemple envisager d'utiliser les poudres les plus fines dans des procédés de biotransformation. [0017] On notera que si l'augmentation de la sévérité du traitement pourrait venir à bout des particules restées grossières, cela aurait pour conséquence de dégrader les particules de bois plus labiles, et augmenter aussi la perte matière par dégradation trop poussée des molécules sous forme polymériques en composés volatils (par exemple les hémicelluloses les plus sensibles à la température et au temps de séjour). Il y a donc un avantage à recycler en tête de procédé les refus de crible post-vapocraquage de la poudre plutôt que d'augmenter la sévérité, voire à les soumettre isolément ou par campagne de regroupement à des conditions de sévérité plus adaptées. Description des modes de réalisation [0018] Un premier objet de l'invention concerne un procédé de vapocraquage d'une biomasse ligno-cellulosique avec un facteur de sévérité donné caractérisé en cc qu'il comporte une étape de traitement des produits pulvérulents pour séparer les particules supérieures à une valeur seuil et les particules inférieures à ladite valeur seuil, et de traitement différencié des particules de la première catégorie et des particules de la deuxième catégorie. [0019] Ce procédé met en oeuvre un criblage visant à séparer les particules de vapocraquage en deux catégories en vue d'un traitement différencié. La valeur seuil peut être par exemple la masse, la dimension, la section ou la densité des particules niais également leur comportement aéraulique ou tout autre critère permettant de séparer des particules trop fines ou trop grosses, trop denses... vis-à-vis d'une valeur seuil. [0020] Dans un mode de réalisation préféré, l'une des deux catégories de particules est granulée pour la préparation de granulés noirs. [0021] Dans un mode de réalisation particulier, les particules à granuler correspondent à la catégorie de particules inférieures à la valeur-seuil. Il s'agit d'éliminer les particules les plus grosses et/ou les plus denses et/ ou les plus résistantes. [0022] Dans un mode de réalisation alternatif, les particules à granuler correspondent à la catégorie de particules supérieures à la valeur-seuil. Il s'agit d'éliminer les particules trop fines qui ne sont pas aptes à être granulées. [0023] Parmi les autres qualités attendues comme la résistance à l'eau, la tenue mécanique et le fort pouvoir calorifique, de manière générale, les granulés noirs peuvent être qualifiés par une constitution majoritaire (> 80%) de particules de taille inférieure à 500 jim, et quelques pourcents de particules supérieures au millimètre voire quelques millimètres. [0024] La résistance à l'eau des granulés peut être évaluée par trempage, à savoir le produit doit prendre peu d'eau pendant le trempage et les qualités du produit, comme sa tenue mécanique, ne doivent pas être altérées après trempage. [0025] La tenue mécanique des granulés est associée à une résistance aux chocs et une du- rabilité mécanique. [0026] Le pouvoir calorifique des granulés doit être augmenté par rapport à celui de la biomasse initiale. [0027] Le facteur de sévérité de l'étape de vapocraquage est fixé selon la nature de la biomasse et le type de poudre que l'on souhaite recueillir. [0028] Les particules qui sont éliminées subissent un traitement différent de la granulation et sont collectées et recyclées par exemple via une réintroduction dans l'enceinte de vapocraquage, immédiatement après séparation ou de manière différée, ou une valorisation dans d'autres procédés. [0029] Les différentes possibilités de traitement des particules éliminées sont autant de modes de réalisation particuliers de l'invention. [0030] Dans un mode de réalisation particulier, les particules supérieures à la valeur-seuil (résistantes, trop grosses et/ou trop denses par exemple) sont réintroduites directement dans l'enceinte de vapocraquage pour être à nouveau traitées au sein du procédé en continu. [0031] Dans un autre mode de réalisation particulier, les particules supérieures ou in- férieures à la valeur-seuil sont collectées pour être recyclées différemment. Elles peuvent être réintroduites ultérieurement dans l'enceinte de vapocraquage à des conditions de sévérité différentes, ou être valorisées dans d'autres procédés. Les particules trop fines pour être granulées peuvent par exemple être utilisées en tant que substrat pour des réactions de biotransformations telles que les procédés biotechnologiques et la chimie verte... Les particules trop grosses peuvent être valorisées par une combustion locale dans une chaudière ou être intégrées dans des biomatériaux. [0032] Ce procédé permet donc de traiter une biomasse hétérogène et de valoriser l'ensemble de cette biomasse. [0033] Cette biomasse hétérogène peut consister en un mélange de bois jeunes et de bois vieux, un mélange de bois provenant d'espèces différentes, des bois de déchets... [0034] Un deuxième objet de l'invention concerne une installation de vapocraquage comportant en plus un séparateur des particules en deux catégories en fonction d'une valeur-seuil et un moyen de transport des particules ainsi séparées. [0035] L'installation de vapocraquage est une installation classique pour ce qui est des éléments allant jusqu'au collecteur de poudre situé en sortie de l'enceinte de vapocraquage. Le séparateur de particules peut être de tout type et dépend du critère choisi pour le crible. Le moyen de crible peut donc être une séparation par sélection de taille comme un tamis rotatif, une table vibrante perforée ou inclinée, une séparation densimétrique dynamique comme un crible balistique, ou un effet centrifuge. [0036] Le moyen de transport différentiel des particules permet le transport de la poudre de refus vers un lieu de traitement immédiat ou un lieu de stockage pour un traitement différé. Un tel moyen de transport peut être un tapis, une goulotte, une vis, un transporteur à chaîne, un système pneumatique... [0037] L'installation peut en outre comporter des équipements associés au traitement de cc refus en aval. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de vapocraquage d'une biomasse ligno-cellulosique avec un facteur de sévérité donné caractérisé en ce qu'il comporte une étape de traitement des produits pulvérulents pour séparer les particules supérieures à une valeur seuil et les particules inférieures à ladite valeur seuil, et de traitement différencié des particules de la première catégorie et des particules de la deuxième catégorie. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite valeur seuil est choisie parmi la masse, la dimension, la section, la densité des particules, le comportement aéraulique desdites particules. [Revendication 3] Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel l'une desdites catégories de particules est granulée tandis que l'autre est éliminée. [Revendication 4] Procédé selon la revendication 3 dans lequel ladite catégorie de particules éliminée est collectée et recyclée via une réintroduction immédiate ou différée, ou une valorisation dans d'autres procédés. [Revendication 5] Procédé selon la revendication 4 dans lequel lesdites particules éliminées sont supérieures à la valeur-seuil et sont valorisées dans une combustion locale ou intégrées dans des biomatériaux. [Revendication 6] Procédé selon la revendication 4 dans lequel lesdites particules éliminées sont inférieures à la valeur-seuil et sont valorisées dans des procédés de biotechnologie ou de chimie verte. [Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite biomasse est hétérogène. [Revendication 8] Installation de vapocraquage caractérisée en ce qu'elle comporte un sé- parateur des particules en deux catégories en fonction d'une valeur-seuil et un moyen de transport différentiel des particules ainsi séparées.