INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En sortie de réacteur 14, on a un flux 15 d’hydrolysat (des sucres), qui alimente ensuite un réacteur de fermentation 16 pour être converti en éthanol : en sortie du réacteur de fermentation 16, on obtient un mout de fermentation, appelé aussi vin, qui contient de l’éthanol dans de l’eau. Un outil de séparation solide/liquide 18 vient séparer un résidu solide ligneux 19 d’une fraction liquide 20, le vin filtré. Ce vin filtré est conduit dans un outil de séparation 21 (colonne à distiller) pour obtenir de l’éthanol 23 et un résidu liquide aqueux (appelé vinasse). En sortie de l’outil de séparation 4, la fraction liquide 6 est un jus sucré aqueux comprenant majoritairement des sucres en C5. Tout ou partie de cette fraction, le flux 6a, peut aller vers le réacteur 8 de production d’enzymes, qui produit un cocktail enzymatique 10 pour alimenter le réacteur 14 d’hydrolyse enzymatique : ce flux peut ainsi constituer un substrat de croissance et/ou de production vis-à-vis des microorganismes de type Trichoderma reesei qui produisent ce mélange d’enzymes 10. Tout ou partie de ce flux 6, le flux 6b, peut aussi aller vers le réacteur 11 de propagation des levures 13 qui alimentent le réacteur de fermentation 16. Là encore, le jus sucré 6b va pouvoir servir de substrat de propagation vis-à-vis des levures, par exemple Saccharomyce s, notamment l’espèce Saccharomyces cerevisae. Il est à noter, par ailleurs, que l’opération d’hydrolyse enzymatique 14 se fait de façon préférée en 2 étapes : liquéfaction avec un fed-batch de substrat puis hydrolyse enzymatique en batch, (éventuellement avec deux réacteurs en série, ou dans le même réacteur), pour travailler à la teneur en MS la plus haute possible et pour convertir des substrats lignocellulosiques dont la rhéologie peut être complexe. Une neutralisation du milieu peut être réalisée avant l’hydrolyse enzymatique, par exemple par ajout d’une solution basique dans le cas où le prétraitement est effectué en condition acide.
Il est également à noter que l’hydrolyse enzymatique et la fermentation peuvent se faire simultanément (SSCF). Quand elles sont faites l’une après l’autre, un ajustement du pH du milieu entre les unités 14 et 16 peut être réalisé.
Il est également à noter que la production d’enzymes et/ou la propagation des levures peuvent se faire sur le site de traitement de la biomasse, comme représenté à la . Mais l’une ou l’autre peuvent aussi se faire ex situ : on peut ainsi amener sur site des enzymes ou des levures prêtes à l’emploi. Ceci explique que, suivant les choix faits à ce sujet, le flux peut être partagé en deux flux 6a, 6b (avec une répartition entre les deux flux qui peut être égale ou pas selon les besoins), ou n’être utilisé que pour la propagation des levures ou que pour la production des enzymes.
La représente le procédé de la , mais avec les modifications selon l’invention, et les références supplémentaires suivantes : 6a’ : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 vers la production d’enzymes 6b’ : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 vers la propagation de levures 6c’ : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 vers la fermentation 24 : Réacteur de purification biochimique 25 : Levures consommant les sucres C6 26 : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5, les levures et de l’éthanol 27 : Séparation solide/liquide (une centrifugeuse, un filtre ou une unité d’ultrafiltration par exemple) 28 : Levures consommant les sucres C6, recyclées 29 : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 et éventuellement de l’éthanol 30 : Séparation de l’éthanol et du jus de sucres C5 (un strippeur ou un évaporateur par exemple), étape optionnelle 31 : flux d’éthanol strippé 32 : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5
A noter que le flux 3 de biomasse prétraitée se partage dans la en deux flux : le flux 3a qui part vers l’outil 4 et le flux 3b qui part directement vers le réacteur d’hydrolyse enzymatique 14. Mais ici comme dans le cas des procédés représentés aux figures suivantes 7 et 9, la proportion relative entre les flux 3a et 3b est variable. Et selon un mode de réalisation de l’invention, il est également prévu que tout le flux de biomasse prétraité 3 passe d’abord dans l’outil 4 avant séparation et envoi de la portion solide vers le réacteur d’hydrolyse 14 : il n’y a plus qu’un flux 3/3a entrant en totalité dans l’outil 4, et le flux 3b est nul : le réacteur 14 n’est plus alimenté en flux 3b. Ce mode de réalisation est plus particulièrement préconisé dans le cas de la production de sucre ( ), davantage que dans le cas de la production d’alcool ( ) ou de sucre et d’alcool ( ).
Ce cas de figure à flux 3b nul fait donc aussi partie de l’invention, qu’il s’agisse d’un procédé de production d’alcool, de sucre ou hybride alcool/sucre.
Le flux riche en éthanol 31 peut être introduit séparément ou en mélange avec le vin filtré en entrée de la section 20 de séparation de l’éthanol et de l’eau, ou dans le fermenteur 16. Les conditions opératoires du strippeur peuvent être ajustées de façon à produire un flux riche en sucres C5 et un flux riche en éthanol.
L’éthanol produit 31 peut aussi être recyclé à l’étape de prétraitement 2 ou à l’étape de filtration et lavage de la biomasse 4.
Le flux 32 de jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 peut être utilisé comme substrat pour la production d’enzymes, la propagation des levures ou en fermentation.
Ici, le flux 6 contenant plus de sucres en C5 que de sucres en C6 est purifié de la façon suivante : il est amené dans un réacteur 24 de purification biochimique, qui peut inclure une étape préliminaire de neutralisation du jus 6, par exemple avec une solution basique d’hydroxyde de sodium ou de potassium, dans le cas où le prétraitement de la biomasse s’est fait en condition acide. Le réacteur 24 est également alimenté en microorganismes 25 (des levures notamment) qui présentent la particularité de consommer les sucres en C6 seulement. En sortie du réacteur 24, on a un flux 26 de jus sucré appauvri en sucres C6. L’outil de séparation solide/liquide 27 permet de récupérer une fraction solide 28, qui comportent les levures insolubles qui vont pouvoir, en tout ou partie, être recyclées dans le réacteur 24. La fraction liquide séparée 29 est donc un jus sucré en C5, sans microorganisme et avec moins/pas de sucres C6 et éventuellement de l’éthanol, qui est un produit de conversion des sucres en C6 par les levures. Cette fraction 29 est envoyée dans un outil de séparation 30 qui sépare les sucres de l’éthanol quand il y a de l’éthanol dans la fraction 29 dans une teneur mesurable. Puis le jus sucré séparé 32 est utilisable de différentes manières : tout ou partie sous forme d’un flux 6a’ vers la production 8 d’enzymes, tout ou partie d’un flux 6b’ vers la propagation des levures pour la fermentation 11 de la biomasse (comme dans le procédé de la ),et tout ou partie d’un flux 6c’ peut être envoyé vers le réacteur 16 de fermentation. Le flux d’éthanol 31 peut, lui, être envoyé vers le réacteur de fermentation 16 (soit pendant la fermentation, soit être ajouté au flux sortant du réacteur 16, soit encore être ajouté au flux 20 en entrée du dispositif 21 de séparation d’éthanol. La proportion relative des flux 6a’,6b’,6c’ est modulable, notamment si la propagation des levures et/ou la production d’enzymes se font in situ ou ex situ (dans ce cas les flux 6a’ et/ou 6b’ n’existent pas). Dans tous les cas, une proportion d’éthanol supplémentaire 6c’ est ajoutée à la production d’éthanol sortant du fermenteur 16, au niveau du fermenteur 16 ou en aval de celui-ci (on comprend les termes « amont » et « aval » dans le présent texte en fonction de la direction générale de la biomasse au travers de l’installation).
Intégrer la purification biochimique du mélange de sucres 6 permet, en final, d’augmenter la quantité d’éthanol produite pour une quantité donnée de biomasse, et donc d’augmenter son rendement de conversion.
Procédé B de conversion de biomasse en sucres. Il est illustré par les figures 6 et 7.
La représente le procédé sans la purification selon l’invention. Il s’agit ici d’arrêter la conversion de la biomasse au stade de la production de sucres, sans fermentation donc. Par rapport à la , le jus sucré 20 majoritairement constitué de sucres en C6, est donc le premier produit final qui est valorisé, le flux 6a peut être utilisé pour servir de substrat pour la croissance et/ou la production d’enzymes dans le réacteur 8 (si production d’enzymes in situ), et le flux 6b est le deuxième produit final qui est peut être valorisé, un jus de sucres majoritairement en C5, mais qui contient encore des sucres en C6.
La est un procédé qui intègre au procédé de la la purification de jus sucré selon l’invention : On y retrouve les réacteurs/outils 24,27 et 30 du procédé de la , qui sont opérés de la même manière. Ici, le jus sucré 6 contenant majoritairement des sucres C5 est, après purification et séparation des levures, purifié en un jus 32, qui se partage en partie en un flux 6a’ de sucres en C5 pour servir de substrat à la croissance/production d’enzymes dans le réacteur 8 si la production d’enzymes se fait in situ, et en tout ou partie en un flux 6d’, qui est un jus sucré en C5 purifié qu’on peut valoriser en tant que tel. Ce jus de sucres en C5 référencé 6d’ est très pur, plus pur que le jus du flux 6b du procédé de la , il peut donc être utilisé tel quel.
Procédé C « hybride » de conversion de biomasse en éthanol et en sucre(s) Il est illustré par les figures 8 et 9. Le procédé selon la n’utilise pas la purification selon l’invention. Il s’agit ici de produire en parallèle des sucres et de l’éthanol. Par rapport au procédé de la qui vise à produire de l’éthanol, ici on a, à la fois : - une production d’éthanol, qui est le flux 23 obtenu comme dans le procédé de la figue 4, et - une production sucres majoritairement en C5 : c’est le flux 6d, issu du flux 6 comme dans le procédé de la . Ce flux 6d peut être une partie du flux 6, ou la totalité de ce flux (si production d’enzymes ex situ, et/ou propagation des levures ex situ, ou encore si on préfère utiliser d’autres sources, externes, pour la croissance /propagation des microorganismes/production d’enzymes).
Le procédé de la intègre, dans le procédé de la , la purification selon l’invention : On retrouve les réacteurs/outils 24,27 et 30 précédemment décrits, l’obtention d’un flux purifié 32 en sucres C5, et celle d’un flux 6d’ qui constitue tout ou partie du jus 32 et qui constitue un jus sucré purifié en sucres C5 qu’on peut valoriser tel quel, en parallèle de la production d’éthanol 23. Le flux d’éthanol 31 issu de la séparation 30 peut, comme dans le cas du procédé de la , être réinjecté dans le fermenteur 16, ou en aval de celui-ci, en mélange avec le flux sortant du fermenteur 16 ou encore en amont du dispositif 21 (colonne à distiller) séparant l’éthanol de l’eau. On est donc ici doublement gagnant, avec à la fois un rendement en éthanol amélioré et une qualité/pureté en jus de sucres C5 amélioré.
La illustre une variante du dispositif évaporateur 1 représenté en dans laquelle l'élément de piégeage 80 recouvre la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30 et recouvre, en outre, une partie de la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30, et est, de préférence, en contact avec la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 peut recouvrir la totalité de la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30.
Au moins une partie de l'élément de piégeage 80 est présente en vis-à-vis de la tête 6 selon la direction D. Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation 10 comprend un élément de fixation, non représenté en , de l'élément de piégeage 80 au corps 20, par exemple une bague logée dans une rainure prévue dans la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 est en un matériau bon conducteur de la chaleur. En outre, l'élément de piégeage 80 est en un matériau inerte chimiquement avec les réactifs à évaporer. L'élément de piégeage 80 peut être réalisé en acier inoxydable. En outre, selon les réactifs, l'élément de piégeage 80 peut être réalisé en nickel, ou en aluminium.
L'élément de piégeage 80 est configuré pour piéger des gouttelettes de liquide, notamment par absorption et/ou adsorption. Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage 80 correspond à un élément poreux. A titre d'exemple, l'élément de piégeage 80 a une porosité ouverte comprise entre 1000 micromètres (macro-pores) et 2 nanomètres (ultramicro-pores). Les pores peuvent correspondre à des cavités sphériques, coniques, cylindriques, des prismes, des fentes ou avoir toutes autres formes géométriques interconnectées ou non (comme par exemple la structure des frittés, de la zéolite fibreuse, de l’alumine, du silicagel ou du carbone activé). L'élément de piégeage 80 peut correspondre à une pièce frittée. L'épaisseur de l'élément de piégeage 80 est comprise entre 0,1 mm et 50 mm. La porosité dans l’épaisseur de l’élément de piégeage 80 peut être constante ou graduelle. De façon avantageuse, la porosité en contact avec les produits chimiques introduits dans la cavité supérieure 30 sera plus importante que celle en contact avec les surfaces de la cavité supérieure 30. Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage 80 comprend une surface texturée de façon à présenter une surface de contact importante avec les éléments chimiques introduits dans la cavité supérieure 30. A titre d'exemple, le rapport entre la surface réelle et la surface apparente de l'élément de piégeage 80 est compris entre 1 et 1000. Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage 80 comprend une surface texturée de façon à ce que les gouttelettes de liquide introduites dans la cavité supérieure 30 s’infiltrent dans le profil de la surface de façon à favoriser leur évaporation. La dimension caractéristique du motif de la surface de l'élément de piégeage 80 est comprise entre 1 µm et 10 mm. La surface texturée peut être obtenue par sablage, usinage, électroérosion, microfraisage, gravure, lithographie ou texturation laser.
La illustre une variante du dispositif évaporateur 1 dans laquelle l’élément de piégeage 80 est intégré au corps 20 et correspond à une texturation d'au moins une partie de la surface de la cavité supérieure 30 de façon à présenter une surface de contact importante avec les éléments chimiques introduits dans la cavité supérieure 30. En , on a schématiquement représenté la texturation 80 sur la paroi inférieure 31 et la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. La texturation 80 peut également être présente sur la paroi supérieure 33. A titre d'exemple, le rapport entre la surface réelle et la surface apparente est compris entre 1 et 1000. Selon un mode de réalisation, la texturation 80 d'au moins une partie de la surface de la cavité supérieure 30 permet que les gouttelettes de liquide introduites dans la cavité supérieure 30 s’infiltrent dans le profil de la surface de la cavité supérieure 30 de façon à favoriser leur évaporation. La dimension caractéristique du motif de la surface de la texturation 80 de la paroi inférieure 31, la paroi latérale 32, et/ou de la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 est comprise entre 1 µm et 10 mm. La surface texturée peut être obtenue par sablage, usinage, électroérosion, microfraisage, gravure, lithographie et texturation laser.
Le filtre 90 est situé dans la cavité inférieure 50. Le filtre 90 peut correspondre à une pièce cylindrique à base circulaire de même diamètre que la paroi latérale 52 de la cavité inférieure 50. Le filtre 90 peut être fixé à la paroi latérale 52 de la cavité inférieure 50. Le filtre 90 est en un matériau bon conducteur de la chaleur. En outre, le filtre 90 est en un matériau inerte chimiquement avec les réactifs. Le filtre 90 peut être réalisé en acier inoxydable. En outre, selon les réactifs, le filtre 90 peut être réalisé en nickel, ou en aluminium. Le filtre 90 a un seuil de filtration compris entre 0,1 µm et 100 µm. Le filtre 90 peut correspondre à une pièce frittée. L'épaisseur du filtre 90 est comprise entre 0,1 mm et 50 mm.
La chambre d'évaporation 10 peut, en outre, comprendre au moins un capteur de pression, non représenté, par exemple situé au niveau de la conduite de sortie 70. La chambre d'évaporation 10 peut, en outre, comprendre au moins un capteur de température, non représenté, par exemple situé dans la cavité supérieure 30.
Le dispositif d'injection 5 est configuré pour délivrer une quantité contrôlée de réactifs à évaporer dans la chambre d'évaporation 10. Le dispositif d'injection 5 peut fournir, à la chambre d'évaporation 10, un mélange d'un gaz vecteur et de gouttelettes des réactifs sous forme liquide ou un mélange d'un gaz vecteur et d'une solution liquide comportant les réactifs sous forme liquide, solide ou gazeuse dissous dans la solution. En particulier, les réactifs peuvent être purs lorsqu'ils sont sous forme liquide, ou bien ils peuvent être dissous dans un solvant qu’ils soient sous forme liquide ou solide. L'injection peut être réalisée de façon continue ou pulsée.
En fonctionnement, le dispositif d'injection 5 projette des gouttelettes de réactifs dans la cavité supérieure 30, ce qui est illustré par les flèches F1. Les conditions de température et de pression dans la cavité supérieure 30 entraînent l'évaporation des gouttelettes. Les vapeurs de réactifs quittent la cavité supérieure 30 (flèches F2) et sont entraînées successivement dans les conduites 60 (flèches F3), la cavité inférieure 50, et la conduite 70 (flèche F4) jusqu'à sortir de la chambre d'évaporation 10. Les conditions de température et de pression dans la cavité supérieure 30 dépendent notamment des réactifs utilisés. A titre d'exemple, la température dans la cavité supérieure 30 est comprise entre 15 °C et 300 °C. A titre d'exemple, la pression à l’intérieur de la cavité supérieure 30 est comprise entre 0,1 mbar absolu et 2000 mbar absolu.
En fonctionnement, le corps 20 est chauffé dans son ensemble par l'élément de chauffage 100. L'énergie thermique fournie par l'élément de chauffage 100 se propage dans le corps 20 par conduction thermique. Le corps 20 transmet de l'énergie thermique au gaz contenu dans la cavité supérieure 30, les conduites 60, la cavité inférieure 50, et la conduite 70. De même, l'élément de piégeage 80 est chauffé par le corps 20 et le filtre 90 est chauffé par le corps 20. De façon réciproque, le gaz circulant dans la cavité supérieure 30, les conduites 60, la cavité inférieure 50, et la conduite 70 peut chauffer le corps 20.
Le rôle de l'élément de piégeage 80 est de piéger les gouttelettes injectées, et en particulier les plus grosses, pour éviter que ces dernières ne soient transportées directement vers la sortie de la chambre d'évaporation 10. Selon la structure de l'élément de piégeage 80, le piégeage des gouttelettes par l'élément de piégeage 80 est réalisé par absorption et/ou par adsorption (physisorption et/ou chimisorption). En effet, une gouttelette qui est projetée sur l'élément de piégeage 80 ne rebondit pas et ne s’éclate pas mais est absorbée et/ou adsorbée dans l'élément de piégeage 80. En outre, comme l'élément de piégeage 80 est chauffé, la gouttelette piégée s’évapore. L'apport d'énergie thermique à l'élément de piégeage 80 est suffisant pour compenser la chaleur latente d'évaporation des gouttelettes piégées dans l'élément de piégeage 80. Le chauffage de l'élément de piégeage 80 est obtenu par conduction thermique entre le corps 20 et l'élément de piégeage 80, l'élément de piégeage 80 étant de préférence au contact avec la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30. Selon un mode de réalisation, la cavité inférieure 50 est située sous la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30 de façon que le passage des gaz évaporés chauds dans la cavité inférieure 50 juste en dessous de l'élément de piégeage 80 favorise le chauffage de la partie du corps 20 entre l'élément de piégeage 80 et la cavité inférieure 50. De plus, lorsque la solution injectée contient des contaminants solubles et non volatils, l'élément de piégeage 80 participe à la rétention de ces contaminants et empêche qu'ils ne s'échappent en dehors de la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 ne joue pas le rôle d'un filtre dans la mesure où il n'est pas traversé par un flux gazeux.
Dans le cas de réactifs solides à faible tension de vapeur injectés sous forme dissoute dans un solvant, l’évaporation se fait généralement par contact avec les surfaces chaudes internes de la chambre d'évaporation 10. L’utilisation d’un élément de piégeage 80 en face du point d’injection de la tête 6 permet d’augmenter la surface d’échange dans la cavité supérieure 30. Ceci favorise le taux d’évaporation de ces réactifs solides adsorbés en surface de l'élément de piégeage 80.
De façon avantageuse, la cavité supérieure 30 forme un volume de rétention de liquide, notamment en cas de mauvaise utilisation du dispositif évaporateur 1 dans des conditions thermodynamiques ne permettant pas d’évaporer intégralement le débit de liquide injecté et/ou entraînant de la condensation. Il peut s'agir d'une température trop faible, d'un débit de liquide trop élevé, ou d'une pression dans la cavité supérieure 30 trop élevée. Le volume de rétention formé par la cavité supérieure 30 sert à stocker la fraction de liquide qui ne peut être évaporée pour qu’elle ne soit pas directement entrainée vers la sortie de la chambre d'évaporation 10.
L'utilisation de la chambre d'évaporation 10 est particulièrement avantageuse lorsque la pression en sortie de la chambre d'évaporation 10 est basse, typiquement inférieure à 10 kPa absolus. En effet lorsque la pression est faible, les vitesses d’écoulement des gaz dans la chambre d'évaporation 10 sont élevées, ce qui réduit par conséquence la durée de résidence des gouttelettes dans la chambre d’évaporation 10. Les gouttelettes ont donc moins de temps pour être évaporées que si la pression en sortie de la chambre d'évaporation 10 est plus élevée. A faible pression également de plus grosses gouttelettes sont éjectées car il est dans ces conditions de pression plus difficile de pulvériser un liquide en fines gouttelettes.
Les coudes 63 de chaque conduite 60 forment des chicanes permettant de bloquer la progression de gouttelettes qui seraient sorties de la cavité supérieure 30. Le filtre 90 permet de bloquer la progression de gouttelettes qui seraient parvenues jusqu'à la cavité inférieure 50.
De façon avantageuse, la cavité supérieure 30 permet de réduire des phénomènes d’encrassement du filtre 90. Ceci permet un meilleur contrôle du procédé d'évaporation dans le temps et un espacement des opérations de maintenance.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur 110. Les figures 8, 9, et 10 sont chacune une vue en coupe de la selon respectivement un plan VIII-VIII, un plan IX-IX, et un plan X-X.
L’invention propose également un véhicule automobile comprenant, d’une part, une structure comportant des brancards, droit et gauche, s’étendant respectivement vers des pieds avant, droit et gauche, et, d’autre part, des pièces d’appui de façade, droite et gauche, du type de celle présentée ci-avant, et auxquelles sont solidarisés respectivement les brancards.
illustre schématiquement, dans une vue du dessus, une partie d’une structure de véhicule comprenant des brancards solidarisés respectivement à des pièces d’appui de façade à chacune desquelles est solidarisé dans une partie supérieure un exemple de réalisation d’une pièce d’implication selon l’invention,
illustre schématiquement, dans une vue en perspective du côté externe, la pièce d’appui de façade gauche de la à laquelle sont solidarisés le brancard gauche et l’exemple de pièce d’implication gauche,
illustre schématiquement, dans une vue en perspective, la pièce d’implication des figures 1 et 2, et
illustre schématiquement, dans une vue du côté latéral gauche, une partie gauche d’une structure de véhicule comprenant un brancard gauche solidarisé à une pièce d’appui de façade gauche à laquelle est solidarisé dans une partie centrale un exemple de réalisation d’une pièce d’implication selon l’invention.