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WO2023175384A1 - Procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse - Google Patents

Procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse Download PDF

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Publication number
WO2023175384A1
WO2023175384A1 PCT/IB2022/055534 IB2022055534W WO2023175384A1 WO 2023175384 A1 WO2023175384 A1 WO 2023175384A1 IB 2022055534 W IB2022055534 W IB 2022055534W WO 2023175384 A1 WO2023175384 A1 WO 2023175384A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat transfer
reactor
woody
particles
pyrolysis
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/IB2022/055534
Other languages
English (en)
Inventor
Yvon Nadeau
Mustapha Ouyed
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Groupe Onym
Original Assignee
Groupe Onym
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Groupe Onym filed Critical Groupe Onym
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Priority to US18/846,135 priority patent/US20250179368A1/en
Publication of WO2023175384A1 publication Critical patent/WO2023175384A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/16—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10B49/16—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form
    • C10B49/18—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form according to the "moving bed" type
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    • C10B57/08—Non-mechanical pretreatment of the charge, e.g. desulfurization
    • C10B57/10—Drying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • C10B7/10—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven with conveyor-screws
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    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/04—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials

Definitions

  • the present invention relates to a process for pyrolysis of woody biomass. It applies, in particular, to the recovery of wood residues (branches, leaves, shavings, sawdust, etc.) with the aim of producing bioenergy and bioproducts and helping to reduce greenhouse gas emissions. tight.
  • the aim of the present invention is to provide the reactor core with optimal pyrolysis in order to ensure better homogeneity of heat exchange and ensure an optimal pyrolysis reaction.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks with a completely innovative approach.
  • the invention aims to significantly improve the yield of the pyrolysis reaction and optimize the reaction extracts (bio coal, condensates, combustion gas, etc.).
  • a process of pyrolysis of woody biomass remarkable in that it comprises the following stages: - a) mechanically grind woody biomass into woody particles less than 3cm 3 ; - b) transport the woody particles to a dryer operating at a temperature of at least 80°C configured to have a humidity level of less than 10% of the woody particles at the outlet; - c) heating the woody particles from the dryer, in a pyrolysis reactor with a horizontal trough and having an oxygen level less than 15% comprising a first inlet for the woody particles and a second inlet for heat transfer balls, the heating is configured to establish a temperature inside the reactor between 400°C and 660°C and configured to react the woody particles so as to have a first output of a mixture of heat transfer balls and pyrolyzed woody particles whose time presence in the reactor is at least 20 seconds and a second outlet of the pyrolysis gas;
  • the aim of the process is to control not only the temperature of the heat carrier, but also the duration of heating time, in order to ensure that a temperature of 550°C to 660°C is reached at the center of the heat carrier and not at its surface only.
  • the heat carrier stores the maximum possible thermal energy, guaranteeing better heat transfer capacity to the biomass in the pyrolysis reactor.
  • the process was designed so that this targeted temperature of the beads at the reactor inlet can be ensured all the time, in a continuously moving environment.
  • said method further comprises a step of separating the heat transfer balls and the pyrolyzed woody particles by sieving, said sieving comprises two outlets, a first for the heat transfer balls and a second for biochar.
  • the sieving includes a grid which allows the separation of the heat transfer balls and the pyrolyzed woody particles.
  • the grid is slightly inclined to allow, by the effect of gravity, the heat transfer balls to roll and bounce on the grid, which detaches the pyrolyzed woody particles which fall through the grid by the effect of gravity.
  • said method further comprises a step of conveying in a vertical conveyor the mixture of heat transfer balls and pyrolyzed wood particles towards sieving.
  • the dryer is a rotary type dryer and operates with combustion gases.
  • the ball regenerator consists of a main cylinder crossed by cylindrical tubes through which the heat transfer balls pass.
  • regenerator tubes are positioned substantially vertically.
  • step d) the regenerator tubes are spiral.
  • the heat transfer balls used in one of the steps of said process are made of metal, ceramic or a hard material having a diameter greater than 3 mm. This dimension makes it possible to have a sufficient diameter to retain the heat and allows good restitution of this heat in the reactor.
  • the heat transfer balls used in one of the steps of said process have at least two different diameters with a diameter ratio less than or equal to 0.5.
  • said method further comprises a step in which the pyrolysis gas from the reactor is routed into a condensation step configured to extract liquid phases.
  • the pyrolysis reactor comprises a temporary storage zone for the pyrolysis gases, in which the storage zone is at least equal to 30% of the total volume of the reactor.
  • the temporary storage area serves to eliminate the largest proportion of biochar in the gases in the hood in order to allow time for the biochar dust to settle while the gases exit at the top.
  • the recovered raw material consisting mainly of residues from pruning and pruning operations (branches, leaves, shavings, sawdust, etc.), is delivered to a building by truck.
  • the biomass is placed on a movable floor at the unloading dock.
  • the contents of the truck are thus directly unloaded onto the first skip in a series of three skips with movable floors.
  • the woody biomass is then sent to a grinding step 101.
  • the grinding stage is, for example, a classic hammer mill, adapted to the needs of throughput and size of wood.
  • the size of the woody particles obtained is less than 3cm 3 .
  • crushed biomass is then transferred to a so-called crushed biomass bin, from where it is transported to the drying step 102.
  • the latter is carried out inside a rotary dryer.
  • the dryer operates at a temperature of at least 80°C and is configured to have a humidity level of less than 10% of the woody particles at the outlet.
  • the dryer is installed in a closed container, supplied with heat by combustion gases coming from a combustion chamber presented below.
  • the biomass is transported to the dried biomass bin before being transferred to a thermolysis reactor.
  • This last bin is covered with a sheet metal roof in order to preserve the quality of the product and reduce losses into the air.
  • biomass is stored in metal bins and that these are placed on dry ground, such as a concrete slab, all entirely outside. interior of the building, sheltered from bad weather and wind. It is therefore not planned to have biomass stored outside or which could pose an environmental issue.
  • Emissions of wood particles are controlled through a series of cyclones, three for the crusher and one for the dryer.
  • the particles captured by the cyclones are deposited in the appropriate bin to eventually be transferred to the pyrolysis reactor.
  • the next step is to heat the woody particles in a pyrolysis reactor 103 with a horizontal trough and without oxygen.
  • the targeted pyrolysis reaction is initiated when the dried biomass is heated to a temperature of around 450°C, in a low oxygen environment.
  • the horizontal trough reactor comprises a cylinder into which an endless screw is inserted, where the biomass is mixed with steel heat transfer balls in order to optimize heat transfer and the thermolysis reaction.
  • the dried biomass from the dried biomass bin is conveyed by conveyor to the pyrolysis reactor.
  • heated steel heat transfer balls are also transported to the reactor to be mixed with the dried biomass.
  • the pyrolysis reaction occurs and the biomass generates pyrolysis gases which are transferred to the condensation stage, detailed below.
  • the biomass mixture reacts and the steel heat transfer balls are then recovered by a vertical conveyor, this is mixture 104 composed of pyrolyzed woody particles and heat transfer balls.
  • biomass is separated from the steel balls by gravity through metal grids, then stored in bags to be marketed as biochar.
  • the steel balls resume the closed loop of heating-reaction-separation.
  • the pyrolysis gases go to a condensation stage 108.
  • the pyrolysis gases are initially routed to the oil quenching.
  • This equipment aims to condense as much bio-oil gas as possible, which is also a marketable product and which is temporarily stored in a double-walled, steam-heated, stainless steel tank. According to one example, it is located outside the building.
  • the gases that have not condensed in the oil quench are then directed to the water quench which aims to condense mainly water.
  • This water containing in particular acetic acid, is known as wood vinegar.
  • wood vinegar is a product intended for marketing and temporarily stored in a double-walled, steam-heated, stainless steel tank. According to one example, it is located outside the building.
  • the residual gases which have also not condensed in the quenches, the renewable gases, are then transferred to the combustion chamber to generate part of the energy necessary for the drying and reaction phases.
  • the mixture 104 composed of pyrolyzed woody particles and heat transfer balls is directed by a vertical conveyor to the sieving step 106.
  • Sieving is a step of separating heat transfer balls and pyrolyzed wood particles.
  • the pyrolyzed wood particles and the heat transfer beads are separated by gravity through metal grids, the beads remain above the grid while the pyrolyzed wood particles fall by gravity.
  • the pyrolyzed woody particles are stored in bags to be marketed as biochar.
  • the heat transfer balls after the sieving stage are sent to the regenerator stage 107.
  • the ball regenerator consists of a main cylinder crossed by cylindrical tubes through which the heat transfer balls pass.
  • the tubes are positioned substantially vertically.
  • the tubes have the shape of a spiral.
  • the horizontal trough reactor is used for the pyrolysis of previously dried biomass.
  • the biomass and heat transfer balls are introduced to the reactor through their respective inlets N1 and N2 at one end of the reactor.
  • the heat transfer balls and the biomass are mixed and transported to the other end of the reactor.
  • the biomass is pyrolyzed using the energy transferred by the balls which have previously been heated in a regenerator.
  • a temporary storage area is created.
  • the size of this temporary storage zone is at least equal to one third of the total volume of the reactor.
  • the temporary storage area serves to remove the largest proportion of biochar in the hood gases to allow time for this dust to settle while the gases exit through the top of the hood.
  • An N6 hot gas inlet and an N7 hot gas outlet are positioned at the ends of the reactor.
  • Oil vapors are also produced and routed to a pyrolysis oil and wood vinegar recovery unit.
  • the oil portion having a biochar concentration exceeding 1% in the pyrolysis oil (substrate) from the oil condensation unit is recycled to the reactor to be pyrolyzed again in N3.
  • a jacket is installed around the reactor in order to circulate hot gas coming from the outlet of the ball regenerator. This is to keep the walls of the reactor hot.
  • a separation grid made of parallel metal bars is used to separate the beads and the biochar coming from the pyrolysis reactor at the T1 inlet.
  • the space between the bars allows the biochar to flow by gravity or with the help of a pressure variation device in T2 through the grid and the balls to roll towards the inlet of the regenerator in T3.
  • This separation grid is inserted into a pipe.
  • the grid is inclined by at least 25° relative to the horizontal, which allows the heat transfer balls to roll and bounce on the grid while allowing pyrolyzed woody particles to detach from the heat transfer balls.
  • the separator is chambered with hot combustion gas from the regenerator in order to maintain the stability of the gas temperature in the reaction loop equipment. All this avoiding temperature differences which can create condensation or have a consequence of the chemical composition of bioproducts
  • regenerator used in step d) of heating the heat transfer balls.
  • the heat transfer bead regenerator transfers thermal energy to the beads which will serve as energy transfers to the biomass in the pyrolysis reactor.
  • the regenerator consists of a shell and tube exchanger with balls slowly descending through the tubes.
  • the regenerator consists of a main cylinder positioned substantially vertically and crossed by cylindrical tubes positioned substantially vertically inside the cylinder through which the heat transfer balls pass.
  • the balls to be heated enter R1 and exit R2.
  • the speed of the balls is controlled by a rotary valve, gate and/or double valve and/or rotary feeder and/or sluice and/or butterfly valve etc. at the bottom of the regenerator.
  • the tubes are heated by high temperature combustion gas from the shell side. It enters through an R3 input and exits through an R4 output.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - a) broyer mécaniquement de la biomasse ligneuse en particules de taille inférieure à 3cm3; - b) acheminer les particules ligneuses vers un séchoir; - c) chauffer les particules ligneuses issues du séchoir, dans un réacteur de pyrolyse horizontal à auge et ayant un taux d'oxygène inférieur à 15% comportant une première entrée pour les particules ligneuses et une deuxième entrée pour des billes caloporteuses, configuré pour faire réagir les particules ligneuses de manière à avoir une première sortie d'un mélange de billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées dont le temps de présence dans le réacteur est d'au moins 20 secondes et d'une deuxième sortie du gaz de pyrolyse; - d) chauffer les billes caloporteuses dans un régénérateur de billes.

Description

Procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse. Elle s’applique, en particulier, à la valorisation des résidus de bois (branches, feuilles, copeaux, bran de scie...) dans le but de produire des bioénergies et des bioproduits et aider à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Certains documents de l'art antérieur proposent également des procédés de pyrolyse.
On connaît par exemple le document de publication US2010163395 qui décrit un procédé de pyrolyse rapide de lignocellulose, comprenant plusieurs étapes : a) broyer mécaniquement en particules de lignocellulose ; b) sécher et préchauffer des particules de lignocellulose ; c) mélanger les particules de lignocellulose avec des particules de transfert de chaleur de manière à fournir un mélange : d) chauffer les particules de transfert de chaleur, préalablement au mélange, à une certaine température; et e) chauffer, dans un réacteur de pyrolyse de manière à fournir du coke de pyrolyse, du condensat de pyrolyse et du gaz de pyrolyse.
Toutefois, la façon de gérer le caloporteur en termes de chauffage et de gestion n’est pas optimale.
Le but de la présente invention est de fournir au cœur du réacteur une pyrolyse optimale afin d’assurer une meilleure homogénéité de l’échange de chaleur et assurer une réaction de pyrolyse optimale.
 Présentation de l'invention
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice.
Plus précisément, l’invention a pour objectif d’améliorer de façon significative le rendement de la réaction de pyrolyse et optimiser les extraits de la réaction (bio charbon, condensats, gaz de combustion…).
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, selon un premier aspect, à l’aide d’un procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse, remarquable en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- a) broyer mécaniquement de la biomasse ligneuse en particules ligneuses inférieures à 3cm3 ;
- b) acheminer les particules ligneuses vers un séchoir fonctionnant à une température d’au moins 80 °C configuré pour avoir un taux d’humidité inférieur à 10% des particules ligneuses en sortie ;
- c) chauffer les particules ligneuses issues du séchoir, dans un réacteur de pyrolyse à auge horizontale et ayant un taux d’oxygène inférieur à 15% comportant une première entrée pour les particules ligneuses et une deuxième entrée pour des billes caloporteuses, le chauffage est configuré pour établir une température à l’intérieur du réacteur comprise entre 400°C et 660°C et configuré pour faire réagir les particules ligneuses de manière à avoir une première sortie d’un mélange de billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées dont le temps de présence dans le réacteur est d’au moins 20 secondes et d’une deuxième sortie du gaz de pyrolyse ;
- d) chauffer les billes caloporteuses dans un régénérateur de billes, préalablement à l’entrée des billes caloporteuses du réacteur, à une température comprise entre 400°C et 650°C pendant au moins 40 secondes.
Grâce à ces éléments du procédé, le transfert thermique à la biomasse ligneuse est augmenté, de façon continue et fiable.
Le procédé a pour but de contrôler non pas seulement la température du caloporteur, mais également la durée de temps de chauffage, afin de s’assurer d’atteindre une température de 550°C à 660°C au centre du caloporteur et non pas à sa surface uniquement.
Ainsi, le caloporteur emmagasine le maximum d’énergie thermique possible, garantissant une meilleure capacité de transfert thermique vers la biomasse dans le réacteur de pyrolyse. Le procédé a été conçu de sorte que cette température ciblée des billes à l’entrée du réacteur puisse être assurée tout le temps, dans un environnement en mouvement continu.
Il s’agit également de maximiser la surface de contact entre le caloporteur et la biomasse, en réduisant les espaces vides lorsque la biomasse se mélange avec le caloporteur.
L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre une étape de séparation des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées par un tamisage, ledit tamisage comporte deux sorties une première pour les billes caloporteuses et une seconde pour du bio charbon.
Ainsi le tamisage comporte une grille qui permet la séparation des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées. La grille est légèrement inclinée pour permettre par effet de gravité que les billes caloporteuses roulent et rebondissent sur la grille se qui détache les particules ligneuse pyrolysées qui tombent à travers de la grille par effet de gravité.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre une étape d’acheminement dans un convoyeur vertical du mélange des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées vers le tamisage.
Dans un mode de réalisation, lors de l’étape b) le séchoir est un séchoir de type rotatif et fonctionne avec des gaz de combustion.
Dans un mode de réalisation, lors de l’étape d) le régénérateur des billes constitué d’un cylindre principal traversé par des tubes cylindriques dans lesquels passent les billes caloporteuses.
Dans un mode de réalisation, lors de l’étape d) les tubes du régénérateur sont positionnés sensiblement à la verticale.
Dans un mode de réalisation, lors de l’étape d) les tubes du régénérateur sont en spiral.
Dans un mode de réalisation, lequel les billes caloporteuses utilisées dans l’une des étapes dudit procédé sont en métal, en céramique ou en matériau dur ayant un diamètre supérieur à 3 mm. Cette dimension permet d’avoir un diamètre suffisant pour conserver la chaleur et permet une bonne restitution de cette chaleur dans le réacteur.
Dans un mode de réalisation, les billes caloporteuses utilisées dans l’une des étapes dudit procédé comporte au moins deux diamètres différents d’un rapport de diamètre inférieur ou égale à 0,5.
Ainsi le mélange permet une meilleure répartition de la chaleur et permet un meilleur rendement global.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre une étape dans laquelle le gaz de pyrolyse issu du réacteur est acheminé dans une étape de condensation configuré pour extraire des phases liquides.
Dans un mode de réalisation, à l’étape c) le réacteur de pyrolyse comporte une zone de stockage temporaire des gaz de pyrolyse, dans laquelle le zone de stockage est au moins égale à 30% du volume total du réacteur.
Ainsi la zone de stockage temporaire sert à éliminer la plus grande proportion de biocharbon dans les gaz la hotte afin de laisser le temps à la poussière de biocharbon de se déposer pendant que les gaz sortent par le haut.
 Brève description des figures
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
La représente, sous forme de logigramme, des étapes mises en œuvre dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
La représente, sous forme de logigramme, des étapes mises en œuvre dans un autre mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
La représente un exemple de réacteur selon un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
La représente un exemple de tamisage réacteur selon un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
La représente un exemple de régénérateur réacteur selon un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
La représente, sous forme de logigramme, des étapes mises en œuvre du procédé.
Par cette figure, il est présenté ci-après le principe de l’invention.
La matière première valorisée, constituée essentiellement de résidus d’opérations d’élagage et d’émondage (Branches, feuilles, copeaux, bran de scie, …), est livrée dans un bâtiment par camions. La biomasse est déposée sur un plancher mobile au niveau du quai de déchargement.
Selon un exemple, le contenu du camion est ainsi directement déchargé sur la première benne d’une série de trois bennes à fond mobile.
La biomasse ligneuse est ensuite acheminée vers une étape de broyage 101.
L’étape du broyage est par exemple un broyeur classique à marteaux, adapté aux besoins de débit et de taille de bois. La taille des particules ligneuses obtenue est inférieure à 3cm3.
La biomasse broyée est ensuite transférée vers une benne dite de biomasse broyée, d’où elle est acheminée vers l’étape de séchage 102. Ce dernier s’effectue à l’intérieur d’un séchoir rotatif.
Le séchoir fonctionne à une température d’au moins 80°C et est configuré pour avoir un taux d’humidité inférieur à 10% des particules ligneuses en sortie.
Le séchoir est installé dans un conteneur fermé, alimenté en chaleur par les gaz de combustion provenant d’une chambre à combustion présentée ci-après.
Une fois séchée, la biomasse est acheminée vers la benne à biomasse séchée avant son transfert vers un réacteur de thermolyse. Cette dernière benne est recouverte d’un toit de tôle afin de préserver la qualité du produit et réduire les déperditions dans l’air.
En termes de mesures de prévention de la contamination environnementale, il faut noter que toute la biomasse est entreposée dans des bennes métalliques et que celles-ci sont déposées sur un sol sec, tel qu’une dalle de béton, le tout entièrement à l’intérieur du bâtiment, à l’abri des intempéries et du vent. Il n’est donc pas prévu d’avoir de la biomasse entreposée à l’extérieur ou qui puisse poser un enjeu environnemental.
Le contrôle des émissions de particules de bois se fait à travers une série de cyclones, trois pour le broyeur et un pour le séchoir. Les particules capturées par les cyclones sont déposées dans la benne appropriée pour finir par être transférées au réacteur de pyrolyse.
L’étape suivante est de chauffer les particules ligneuses dans un réacteur de pyrolyse 103 à auge horizontale et hors oxygène.
La réaction de pyrolyse ciblée est initiée lorsque la biomasse séchée est chauffée à une température avoisinante 450°C, dans un environnement faible en oxygène. Le réacteur à auge horizontal comporte un cylindre dans lequel est inséré une vis sans fin, ou la biomasse est mélangée avec des billes caloporteuses en acier afin d’optimiser le transfert thermique et la réaction de thermolyse.
Ainsi, la biomasse séchée provenant de la benne de biomasse séchée est acheminée par convoyeur vers le réacteur de pyrolyse. En parallèle, des billes caloporteuses en acier chauffé sont également acheminées vers le réacteur pour être mélangées avec la biomasse séchée.
Dans les conditions souhaitées, la réaction de pyrolyse se produit et la biomasse génère des gaz de pyrolyse qui sont transférés vers l’étape de la condensation, détaillé ci-après.
Au bout du réacteur, le mélange de biomasse réagit et les billes caloporteuses en acier sont ensuite récupérées par un convoyeur vertical, il s’agit du mélange 104 composé des particules ligneuses pyrolysées et billes caloporteuses.
Ensuite, la biomasse est séparée des billes d’acier par gravité à travers des grilles métalliques, puis stockée dans des sacs pour être commercialisée en tant que bio charbon.
Les billes d’acier reprennent la boucle fermée du réchauffage-réaction-séparation.
La représente, sous forme de logigramme, des étapes mises en œuvre du procédé selon un autre mode de réalisation qui précise certaines étapes.
La reprend les éléments de la . En sortie du réacteur les gaz de pyrolyse vont vers une étape de condensation 108. Les gaz de pyrolyse sont acheminés dans un premier temps vers la trempe à l’huile. Cet équipement a pour but de condenser le plus de gaz possible biohuile qui est aussi un produit commercialisable et qui est entreposé temporairement dans un réservoir en acier inoxydable, double paroi, chauffé à la vapeur. Selon un exemple, il est situé à l’extérieur du bâtiment.
Les gaz qui n’ont pas condensé dans la trempe à l’huile sont ensuite dirigés vers la trempe à l’eau qui a pour but de condenser principalement de l’eau. Cette eau, contenant notamment de l’acide acétique est connue sous le nom de vinaigre de bois. Il s’agit d’un produit destiné à la commercialisation et stocké temporairement dans un réservoir en acier inoxydable, double paroi, chauffé à la vapeur. Selon un exemple, il est situé à l’extérieur du bâtiment.
Les gaz résiduels qui n’ont pas non plus condensé dans les trempes, les gaz renouvelables, sont alors transférés vers la chambre de combustion pour générer une partie de l’énergie nécessaire pour les phases de séchage et de réaction.
Le mélange 104 composé des particules ligneuses pyrolysées et billes caloporteuses est dirigé par un convoyeur vertical vers l’étape 106 de tamisage. Le tamisage est une étape de séparation des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées. Les particules ligneuses pyrolysées et les billes caloporteuses sont séparées par gravité à travers des grilles métalliques, les billes restent au-dessus de la grille alors que les particules ligneuses pyrolysées tombent par effet de la gravité.
Les particules ligneuses pyrolysées sont stockées dans des sacs pour être commercialisées en tant que bio charbon.
Les billes caloporteuses après l’étape de tamisage sont envoyées à l’étape du régénérateur 107.
Le régénérateur des billes est constitué d’un cylindre principal traversé par des tubes cylindriques dans lesquels passent les billes caloporteuses. Selon un exemple, les tubes sont positionnés sensiblement à la verticale. Selon un autre exemple, les tubes ont la forme d’une spirale.
La montre un exemple de réacteur utilisé à l’étape de c) du chauffage des particules ligneuses.
Le réacteur à auge horizontale sert à la pyrolyse de la biomasse préalablement séchée. La biomasse et des billes caloporteuses sont introduites au réacteur par leur une entrée respective N1 et N2 à une des extrémités du réacteur. À l'aide d'une vis sans fin actionnée par un moteur M, les billes caloporteuses et la biomasse sont mélangées et transportées à l'autre extrémité du réacteur. Tout au long du réacteur, la biomasse est pyrolysée grâce à l'énergie transférée par les billes qui auront préalablement été chauffés dans un régénérateur.
La pyrolyse produit du bio charbon qui sortira en N5 avec les billes à un port à l'extrémité du réacteur. Du gaz de synthèse est récupéré en N4.
Une zone de stockage temporaire est créée. La dimension de cette zone de stockage temporaire est au moins égale au tiers du volume total du réacteur.
Les gaz de pyrolyse entrainent les poussières de biocharbon. La zone de stockage temporaire, appelé hotte surélevée, sert à éliminer la plus grande proportion de biocharbon dans les gaz la hotte afin de laisser le temps à cette poussière de se déposer pendant que les gaz sortent par le haut de la hotte.
Une entrée de gaz chaud N6 et une sortie de gaz chaud N7 sont positionnées aux extrémités du réacteur.
Les vapeurs d'huile sont aussi produites et acheminées vers une unité de récupération d'huile de pyrolyse et de vinaigre de bois.
En plus de la biomasse, selon un autre exemple, la portion d’huile ayant une concentration de biocharbon dépassant 1% dans l'huile de pyrolyse (substrat) provenant de l’unité de condensation d'huile est recyclée au réacteur pour être pyrolysée de nouveau en N3.
Selon une variante, une chemise est installée autour du réacteur afin d'y faire circuler du gaz chaud provenant de la sortie du régénérateur de billes. Ceci dans le but de garder les parois du réacteur chaudes.
La représente un exemple de tamisage lors de l’étape de séparation des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées.
Une grille de séparation constituée de barres de métal parallèles est utilisée pour séparer les billes et le biocharbon provenant du réacteur de pyrolyse à l’entrée T1. L'espace entre les barres permet au biocharbon de s'écouler par effet de gravité ou à l’aide d’un dispositif de variation de pression en T2 à travers la grille et aux billes de rouler vers l'entrée du régénérateur en T3. Cette grille de séparation est insérée dans un tuyau. Selon un exemple la grille est inclinée d’au moins 25° par rapport à l’horizontal, ce qui permet aux les billes caloporteuses de rouler et rebondir sur la grille tout en laissant particules ligneuse pyrolysées se détacher des billes caloporteuses.
Selon un exemple, le séparateur est chambré avec du gaz de combustion chaud provenant du régénérateur afin de maintenir la stabilité de la température des gaz dans les équipements de la boucle réactionnelle. Le tout évitant des écarts de température qui peuvent créer de la condensation ou avoir une conséquence de la composition chimiques de bioproduits
La montre un régénérateur utilisé à l’étape d) du chauffage des billes caloporteuses.
Le régénérateur de billes caloporteuses transfert de l'énergie thermique aux billes qui serviront de caloporteurs d'énergie vers la biomasse dans le réacteur de pyrolyse.
Une fois l'énergie des billes transférée, celles-ci sont retournées au début du régénérateur pour se faire réchauffer à nouveau.
Le régénérateur consiste en un échangeur coque et tubes avec des billes descendant lentement à travers les tubes. Le régénérateur est constitué d’un cylindre principal positionné sensiblement à la verticale et traversé par des tubes cylindriques positionnés sensiblement à la verticale à l’intérieur du cylindre dans lesquels passent les billes caloporteuses. Les billes à chauffer rentre en R1 et sorte en R2.
La vitesse des billes est contrôlée par une vanne rotative, guillotine et/ou a double clapets et/ou alimentateur rotatif et/ou écluse et/ou vanne papillon etc...au bas du régénérateur.
Les tubes sont chauffés par un gaz de combustion à haute température du côté de la calandre. Il entre par une entrée R3 et sort par une sortie R4.

Claims (11)

  1. Procédé de pyrolyse de la biomasse ligneuse, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
    - a) broyer mécaniquement de la biomasse ligneuse en particules ligneuses inférieures à 3cm3 ;
    - b) acheminer les particules ligneuses vers un séchoir fonctionnant à une température d’au moins 80 °C configuré pour avoir un taux d’humidité inférieur à 10% des particules ligneuses en sortie ;
    - c) chauffer les particules ligneuses issues du séchoir, dans un réacteur de pyrolyse à auge horizontale et ayant un taux d’oxygène inférieur à 15% comportant une première entrée pour les particules ligneuses et une deuxième entrée pour des billes caloporteuses, le chauffage est configuré pour établir une température à l’intérieur du réacteur comprise entre 400°C et 660°C et configuré pour faire réagir les particules ligneuses de manière à avoir une première sortie d’un mélange de billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées dont le temps de présence dans le réacteur est d’au moins 20 secondes et d’une deuxième sortie du gaz de pyrolyse ;
    - d) chauffer les billes caloporteuses dans un régénérateur de billes, préalablement à l’entrée des billes caloporteuses du réacteur, à une température comprise entre 400°C et 650°C pendant au moins 40 secondes.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit procédé comporte en outre une étape de séparation des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées par un tamisage, ledit tamisage comporte deux sorties une première pour les billes caloporteuses et une seconde pour du bio charbon.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit procédé comporte en outre une étape d’acheminement dans un convoyeur vertical du mélange des billes caloporteuses et des particules ligneuses pyrolysées vers le tamisage.
  4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l’étape b) le séchoir est un séchoir de type rotatif et fonctionne avec des gaz de combustion.
  5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l’étape d) le régénérateur des billes constitué d’un cylindre principal traversé par des tubes cylindriques dans lesquels passent les billes caloporteuses.
  6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l’étape d) les tubes du régénérateur sont positionnés sensiblement à la verticale.
  7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l’étape d) les tubes du régénérateur sont en spiral.
  8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les billes caloporteuses utilisées dans l’une des étapes dudit procédé sont en métal, en céramique ou en matériau dur ayant un diamètre supérieur à 3 mm.
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les billes caloporteuses utilisées dans l’une des étapes dudit procédé comporte au moins deux diamètres différents d’un rapport de diamètre inférieur ou égale à 0,5.
  10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit procédé comporte en outre une étape dans laquelle le gaz de pyrolyse issu du réacteur est acheminé dans une étape de condensation configuré pour extraire des phases liquides.
  11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à l’étape c) le réacteur de pyrolyse comporte une zone de stockage temporaire des gaz de pyrolyse, dans laquelle le zone de stockage est au moins égale à 30% du volume total du réacteur.
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