Brevet FR3089230A1 — publié le 20200605

Description Titre de l'invention : PROCÉDÉ D'OBTENTION D'UN BIOBRUT PAR PYROLYSE ET HYDROLIQUEFACTION D'UNE BIOMASSE Domaine technique 100011 La présente invention se rapporte au domaine de la valorisation de la biomasse en carburant liquide (biobrut et biocarburant) ou combustible, notamment en tant que carburant maritime, carburant avancé ou en tant que substitut du fioul traditionnellement utilisé dans les chaudières. 100021 Plus spécifiquement, elle se rapporte à un procédé d'obtention d'un biobrut, par pyrolyse de la biomasse puis hydroliquéfaction (hydrogénation en phase liquide) d'un mélange comprenant le résidu carboné et la bio-huile issus de l'étape de pyrolyse. Technique antérieure [0003] La biomasse représente l'une des ressources renouvelables les plus abondantes sur terre et, certainement, l'une des moins coûteuses. [0004] La valorisation de la biomasse en biocombustibles/biocarburants aptes à remplacer les combustibles/carburants d'origine fossile est devenue un enjeu majeur. Pour cela, il est nécessaire d'avoir un procédé de transformation afin d'abaisser la teneur en oxygène de la biomasse et d'augmenter sa teneur en hydrogène. [0005] Différents procédés de transformation de la biomasse en biocarburant sont présentés dans l'article de Seiler et al. («Technical and economical evaluation of enhanced biomass to liquid fuel processes », Energy, 35, 3587-3592, (2010)). [0006] Actuellement, la plupart des procédés, en cours d'étude ou à l'échelle de pilote, mettent en oeuvre une synthèse de Fischer Tropsch comprenant une étape de gazéification de la biomasse à la vapeur d'eau pour obtenir un gaz de synthèse composé essentiellement du monoxyde de carbone (CO) et de dihyclrogène (H2). A partir de CO et d'H2, il est alors possible d'obtenir des chaines d'hydrocarbures CH2 semblables à celles provenant des hydrocarbures d'origine fossile. [0007] Cette gazéification est réalisée préférentiellement, soit dans un réacteur à lit tluidisé, soit dans un réacteur à flux entrainé. [0008] Les lits fluidisés nécessitent uniquement un séchage et un broyage de granulométrie moyenne de la biomasse. Cependant, ils sont d'une efficacité moindre en raison dc la température dc réaction comprise généralement entre 800°C et 1000°C, qui conduit à une conversion moindre de la biomasse en CO-0-12 (notamment à cause de la génération de méthane CI-14 et de goudrons). [0009] Les réacteurs à flux entrainé ont un excellent rendement de conversion de la 2 hiomasse en CO-FH2 et sont donc tout à fait appropriés à la production de carburants ou produits chimiques de synthèse à partir de la biomasse. Ils servent donc de référence dans le domaine des carburants de type BtL (en anglais « Biomass to Liquid »). Cependant, ils nécessitent un prétraitement thermique (torréfaction) de la hiomasse afin de la broyer finement pour pouvoir l'injecter facilement, ce qui introduit une perte de matière, ce qui peut faire baisser le rendement en carburant, ou une perte d'énergie pour le procédé. Par ailleurs, du fait, d'un niveau de température élevé de l'ordre de 1500°C, l'apport de chaleur du procédé est apporté en général par la combustion d'une partie de la hiomasse (hiomasse brut, gaz produits ou recyclés, résidus solides, goudrons...). Le procédé est dit autothermique. Cependant, une partie du carbone de la hiomasse n'est donc pas convertie en biocarburant, ce qui réduit le rendement de conversion. [0010] Une autre solution technologique attractive consiste à réaliser une hydroconversion de la hiomasse en présence de dihydrogène et d'un catalyseur, pour augmenter sa teneur en hydrogène et réduire sa teneur en oxygène. Au cours de ce traitement, les réactions mises en jeu sont des réactions de déoxygénation (décarhonylation (-CO), décarboxylation (-0O2) et d'hydrodéoxygénation (-H2O)) : les composés organiques oxygénés présents sont dégradés et forment de l'eau et des hydrocarbures. [0011] Le document W02012/140335 décrit, par exemple, un procédé d'hydroconversion de la hiomasse comprenant les étapes suivantes : - une étape de préparation d'une suspension de particules de biomasse dans un solvant, comme la tétraline ou des molécules naphténo-aromatiques, - une étape d'hydroconversion en présence de dihydrogène dans au moins un réacteur contenant un catalyseur supporté en lit bouillonnant, à une pression de 2 à 35MPa et à une température de 300 à 400°C, et - une étape d'hydroconversion en présence de dihydrogène dans au moins un réacteur contenant un catalyseur dispersé, à une pression de 2 à 35MPa et à une température de 300 à 450°C. [0012] Même si ce procédé présente de bons taux de conversion, ce procédé nécessite d'utiliser deux réacteurs en série (un réacteur en lit bouillonnant et un réacteur et un réacteur contenant un catalyseur en phase dispersée). De plus, il est nécessaire de préparer la biomasse en réalisant une étape de séchage et/ou de torréfaction (entre 200°C et 300°C, pendant 15 à 120 minutes) puis une étape de broyage pour obtenir des particules de biomasse ayant une taille inférieure à 6001m. Ces étapes augmentent la complexité du procédé, consomment de l'énergie et peuvent augmenter l'investissement et les coûts d'exploitation du procédé. [0013] Ces dernières années, un certain nombre de procédés de pyrolyse, notamment des procédés de pyrolyse dite « rapide » ou « flash », ont été développés pour permettre de 3 transformer la biomasse en matière valorisable. Préalablement à l'étape de pyrolyse, la biomasse est grossièrement broyée. Le procédé de pyrolyse est, par exemple, réalisé avec un lit lluidisé ou avec une double vis. [0014] La pyrolyse rapide consiste à soumettre la biomasse à des températures élevées, gé- néralement entre 400 et 650°C, et préférentiellement autour de 500-550°C. pendant 1 à 10 secondes, dans un environnement pauvre ou dépourvu d'oxygène, pour éviter l'oxydation. Dans ces conditions, la matière se déshydrate puis subit une thermolyse, c'est-à-dire une décomposition thermique. A l'issue du procédé de pyrolyse, on obtient trois types de composés : - des gaz incondensahles comprenant, entre autres du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO2), du dihydrogène (H2), du méthane (CH4), - des résidus solides carbonés que l'on regroupe sous les noms de « char H2+CO2. [0096] Le carbone produit peut être, avantageusement, ajouté à la suspension. La trans- formation des gaz incondensables en dihydrogène peut être réalisée, par exemple, après une étape de séparation. [0097] Une réinjection de dihydrogène à l'étape d'hydroliquéfaction, peut avantageusement permettre de déplacer l'équilibre vers une maximisation de la production de liquide va- 11 lorisable en hiohrut. [0098] Alternativement ou simultanément, au moins une partie ou la totalité du dihydrogène, nécessaire au procédé, peut être produit par électrolyse alcaline ou par électrolyse à haute température. Ceci permet, avantageusement, de produire simultanément du dioxygène, pouvant alimenter une chaudière hrulant la biomasse, dont la chaleur peut être utilisée pour chauffer le pyrolyscur et/ou le réacteur d'hydroliquéfaction par exemple. Le dihydrogène dit électrolytique permet d'améliorer le rendement dc matière et de supprimer les étapes dc reformage et de transformation du CO par RWGSR. Pour réaliser les électrolyses ; on utilisera, par exemple, de l'électricité dite « bas carbone » (provenant du nucléaire ou des énergies renouvelables). [0099] Les gaz incondensables peuvent également être utilisés pour apporter de la chaleur au procédé, via, par exemple, une chaudière à gaz. La chaudière fonctionne, avantageusement, tout ou en partie avec les gaz issus du procédé. [0100] Tl peut également s'agir d'une chaudière fonctionnant avec la biomasse, ce qui, en plus d'apporter de l'énergie au fonctionnement de certaines étapes du procédé, de valoriser du gaz en CH4. 12