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WO2024236517A1 - Méthode de conversion de biomasse et dispositif associé - Google Patents

Méthode de conversion de biomasse et dispositif associé Download PDF

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Publication number
WO2024236517A1
WO2024236517A1 PCT/IB2024/054752 IB2024054752W WO2024236517A1 WO 2024236517 A1 WO2024236517 A1 WO 2024236517A1 IB 2024054752 W IB2024054752 W IB 2024054752W WO 2024236517 A1 WO2024236517 A1 WO 2024236517A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conversion
biomass
mixture
installation according
circulation
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/IB2024/054752
Other languages
English (en)
Inventor
Davide BARANA
Derek QUEISSER DE STOCKALPER
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.)
Carborefine Ag
Original Assignee
Carborefine Ag
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 Carborefine Ag filed Critical Carborefine Ag
Publication of WO2024236517A1 publication Critical patent/WO2024236517A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/02—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
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    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats

Definitions

  • the present invention relates to an installation for treating and recovering organic waste, as well as a method for producing marketable products based on such organic waste.
  • the installation and the method are suitable for modular production of marketable products and relocated near organic waste collection points.
  • additives must often be used, including for example catalysts or other chemical reagents, which represent an additional cost and risks for the environment.
  • An aim of the present invention is to propose a device or installation, suitable for the conversion of variable quantities of organic matter.
  • the device or installation according to the present description aims to remain profitable with small quantities of biomass, of the order of a few tens of kilograms up to a few tons per day.
  • Another object of the present invention is to provide a device or installation making it possible to process a greater variety of plant material and/or to adjust the quantities and nature of the products extracted according to market needs.
  • Another aim of the invention is to propose a device or installation for converting green waste which can be easily relocated near the collection points for the plant materials to be converted.
  • Another object of the present invention is to provide a device or installation for converting organic waste making it possible to extract from this organic waste a variety of marketable products, without the need to add additives, catalysts or chemical reagents.
  • Another objective of the present invention is to provide a device or installation which is at least partially automated and/or can be controlled remotely.
  • Another object of the present invention is to provide a flexible, inexpensive and relocatable method of converting biomass into marketable products.
  • This solution has the advantage over the prior art of treating organic materials close to their collection point and thus limiting their transport and their possible degradation into undesirable products.
  • the present solution also has the advantage of greater flexibility in the organic materials treated and in the production of marketable products, thus allowing a more adequate offer in relation to market fluctuations.
  • Figure 3 Schematic representation of an example of a reactor used in the installation according to an embodiment of the present invention.
  • the present installation 1 is suitable for the conversion of biomass B into one or more products that can be efficientlyzed on the markets.
  • Such products include for example liquids L1, L2, such as organic oils or water-soluble compounds, gases G such as methane or carbon dioxide, and solid materials RS such as vegetable charcoal or other residues resulting from the drying or pyrolysis of biomass B.
  • Liquids L1, L2 include for example pyroligneous acid, often referred to as wood vinegar.
  • Pyroligneous acid is itself a mixture of multiple compounds or classes of compounds such as furans, pyrans, carboxaldehydes, sugars, alkyl and aryl esters, catechols, phenols, syringyl or guaiacyl derivatives, vanillin derivatives, various carboxylic acids and other chemical compounds. These products may result from the action of polymeric precursors initiating the cleavage of chemical bonds during the process described here.
  • the G gases are of variable composition, depending on the biomass treated and/or the conversion conditions. They mainly comprise carbon dioxide CO2, carbon monoxide CO and their mixture. The G gases may also comprise other elements such as methane CH4, hydrogen H2 and/or traces of volatile organic compounds.
  • the gases resulting from the conversion of biomass are commonly referred to as "syngas" or synthesis gas.
  • the installation 1 makes it possible to separate the liquids L1, L2 from the gases G and the solid residues RS concomitantly, so as to recover these different categories of products in a single operation.
  • the term concomitant must here be understood as designating steps carried out in parallel, during the same period.
  • the liquids L1, L2, or the gases G or the solid residues RS may further undergo one or more other separation operations so as to recover single components or smaller fractions of mixtures. These subsequent operations of separation of products within the same class of products, for example liquids L1, L2, may also be carried out continuously during a single preceding step.
  • the various products obtained have very varied applications. They can be used for example as pharmaceutical products, as agri-food products, or as raw material for the manufacture of other high value-added products.
  • the properties of such products include antioxidant, antimicrobial, anti-inflammatory, fertilizer, coagulant and pesticide properties.
  • Biomass B denotes any plant material, whether natural or from agriculture.
  • the biomass used for the purposes of the present invention denotes plant materials that are inedible to humans, and advantageously inedible to livestock.
  • the biomass B used according to the present description denotes a second-generation biomass, resulting from activities of clearing, cleaning, and maintaining vegetated, urban, agricultural, or forest areas.
  • biomass B is not collected or produced for the exclusive purposes of the method described herein, but consists only of a by-product that would otherwise find no other application.
  • the composition of biomass B can therefore vary depending on its geographical location, its natural or agricultural origin, the season, or multiple other parameters.
  • Biomass B advantageously comprises lignocellulosic-type components, including lignin, cellulose, and hemicellulose.
  • biomass B is rich in organic molecules such as biopolymers, oils, resins or tannins.
  • biomass B is low in moisture, ash or mineral compounds, and heteroatoms such as oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus.
  • the biomass B comprises or consists of straw, the humidity level of which is less than 15% and the ash content of which is less than 10%.
  • the installation 1 makes it possible to adapt the conditions of the process so as to modulate the quantity and/or the quality of the different products contained in the biomass B and thus to respond as best as possible to the needs of the market, which can fluctuate rapidly.
  • the installation 1 comprises a conversion unit 10 for converting the biomass into its products or classes of products mentioned above.
  • the conversion unit 10 comprises for this purpose a conversion tank 13 or any other container suitable for collecting a content to be treated or converted.
  • the conversion tank 13 is preferably provided with at least one loading device 12 for the biomass B.
  • the loading device 12 thus makes it possible to load the conversion tank mechanically according to requirements.
  • the loading device 12 can take the form of any suitable device such as a conveyor belt, an endless screw, a bucket system, or any equivalent.
  • the loading device 12 is adapted to transfer variable quantities of biomass B.
  • the rotation or translation speed can be adapted to the demand so as to convey quantities of biomass B between a few tens of kilograms and several tons per day. If it is a question of loading buckets, the size, number or frequency of the buckets can be adapted according to the needs. Alternatively, several independent loading devices 12 can be provided and activated on demand, to allow a better adaptation of the quantities of biomass B treated.
  • the biomass B transferred to the conversion unit can be raw, i.e. without prior treatment.
  • the most large elements may at most have been roughly cut to allow loading into the conversion tank 13.
  • the biomass B may have undergone one or more treatments before being loaded into the conversion unit 10. It may for example have undergone pre-drying in the open air or in a thermoregulated environment, have been sorted and/or have been cleaned. For example, the foliage may have been separated from the woody parts.
  • the loading device 12 preferably comprises a metering device 11, making it possible to control the flow rate of biomass B transferred into the conversion tank 13.
  • the metering device 11 is integrated into the loading device 12.
  • the metering device 11 can take the form of a regulator making it possible to control the speed of rotation or translation of such devices so as to meter the quantities of biomass B transferred.
  • a step-by-step advancement system can be provided.
  • the metering device 11 can be an intermediate device making it possible to collect a predetermined quantity of biomass B from the loading device 12 before transferring it into the conversion tank 13. Any other suitable metering device can be envisaged depending on the situations.
  • the conversion tank 13 is at atmospheric pressure, that is to say, it does not include any active pressurization system. Nevertheless, the conversion tank 13 is closed so as to remain hermetic to the ambient air and in particular to oxygen. Safety valves, not shown, can be provided to avoid overpressures during the transformation of the biomass B without allowing air to enter the conversion tank 13.
  • biomass B When loading and/or upstream of loading, biomass B is conditioned in an anaerobic environment so as to limit or avoid any presence of gaseous oxygen.
  • the loading of the biomass B passes through an airlock under an inert atmosphere such as nitrogen.
  • the environment is depressurized to remove the atmosphere.
  • the gases G from the conversion process, or a fraction of these gases, in particular carbon dioxide CO2 are used to maintain the biomass under a non-oxygenated atmosphere before its conversion.
  • Other known means, as well as their combination can be implemented to maintain the biomass B in such an anaerobic environment.
  • the conversion unit 10 further comprises at least one circulation device 14 for circulating the biomass B in a circulation loop BC.
  • a circulation device 14 designates any suitable means for circulating a fluid mixture in a circuit, such as a turbine, a rotor, a pump or any equivalent.
  • An example of a circulation device 14 is described in more detail below.
  • a circulation loop BC designates a circuit comprising the circulation device 14, comprising at least one inlet 15 for accepting the biomass B and at least one outlet 16 for ejecting the biomass B.
  • a circulation loop may further comprise one or more bypasses for redirecting the circulating fluid(s).
  • An inlet 15 is arranged inside the conversion tank 13.
  • An outlet 16 is also arranged inside the conversion tank 13.
  • the remainder of the circuit constituting a circulation loop BC may be outside the conversion tank 13, or inside the conversion tank 13, or partially inside and partially outside the conversion tank 13.
  • the circulation device 14 is external to the conversion tank and the remainder of the circuit comprising an inlet 15 and an outlet 16 is arranged in the conversion tank 13.
  • the temperature of the biomass B in the form of a conversion mixture MC circulating in the circulation loop BC, may be maintained close to or equal to the temperature of the conversion mixture MC present in the conversion tank 13. conversion 13.
  • the length of the circulation loop BC is variable. It is for example determined to allow sufficient acceleration of the conversion mixture MC before its ejection through outlet 16. Other parameters can be considered to determine the length of the circulation loop BC.
  • the circulation loop BC may for example comprise several turns included in the conversion tank 13.
  • the circulation loop BC can be housed in a double wall of the conversion tank 13 so as to benefit from its temperature without being immersed in the mixture present in the tank 13.
  • the circulation loop BC comprises a single outlet 16 so that the conversion mixture is precisely ejected into the conversion tank 13 at a predetermined position.
  • the circulation loop BC comprises several outlets 16 arranged in the conversion tank 13, so as to disperse the conversion mixture MC inside the conversion tank 13.
  • the outlet(s) 16 of the circulation loop BC may be designed so as to increase the pressure of the conversion mixture MC at this or these outlets, which then act as injectors.
  • the ejection speed of the conversion mixture MC is thus increased and makes it possible to produce a mechanical force within the conversion mixture MC present in the conversion tank 13 resulting in a homogenization of the conversion mixture within the conversion tank 13, both from the point of view of its composition and its temperature.
  • the ejection speed of the conversion mixture through the outlet(s) 16 of the circulation loop BC increases the pressure locally within the conversion mixture 13. This arrangement thus makes it possible to dispense with a complex and costly system for overall pressurization.
  • the speed of ejection of the MC conversion mixture through the outlet(s) 16 can be modulated for example by means of the shape and/or diameter of the outlet(s) 16, or by means of the circulation device 14.
  • the outlet(s) can be provided with valves of adjustable diameter or with a diaphragm making it possible to adapt the opening surface between limit values, such as between 0% and 100% of the available opening.
  • the pressure locally obtained in the MC conversion mixture can then be easily adapted according to requirements.
  • the pressure of the MC conversion mixture can for example be increased by a factor of the order of 3 to 10 or more. Locally, the pressure of the conversion mixture can thus be of the order of 5, 8, 10 or 12 bars.
  • the provisions described above do not prohibit smaller increases in pressure, by a factor of between 1 and 4, or of the order of 1, 2 or 3.
  • the factor is understood here as a multiplicative value of a reference pressure, which may be the local atmospheric pressure, or a pressure of 1 bar or 1 atmosphere.
  • a given circulation loop may contain more than one circulation device 14. According to one embodiment, several circulation devices 14, identical or different, may be arranged in series along the circulation loop BC. Alternatively, a circulation device 14 may contain several stages.
  • the installation 1 comprises several circulation loops BC, each of which may have one or more dedicated circulation devices 14.
  • a circulation device 14 may be common to several circulation loops BC.
  • a circulation loop BC makes it possible to circulate a fluid such as a vector fluid FV, described in more detail below.
  • the vector fluid FV can be circulated alone in a circulation loop BC, for example to bring it to a temperature of conversion TC or to preheat it to an intermediate temperature before initiating the conversion process, or to fill the conversion tank 13 to a predetermined level before or during the process, or to clean the circuit at the end of the process or for any other reason.
  • a circulation loop BC is however particularly suitable for circulating the biomass B suspended in the carrier fluid FV, together forming a conversion mixture MC during the conversion process.
  • the installation according to the present description comprises a liquid recovery unit 20, adapted to collect the vapors from the conversion tank 13 during the conversion process, and to condense them into at least one liquid L1, or even two separate liquids L1, L2 or more than two liquids.
  • the installation 1 according to the present description comprises a gas collector 18 arranged downstream of the conversion unit 10 and adapted to collect the gases from the conversion tank 13.
  • the gas collector 18 makes it possible to conduct the gases to at least one first condensation unit 21 comprising a first condenser 21a and a first collector 21b intended to store a first condensed liquid L1.
  • the liquid recovery unit 20 advantageously comprises a second condensation unit 22, comprising a second condenser 22a and a second collector 22b adapted to collect a second liquid L2.
  • the second condensation unit 22 may be arranged downstream of the first condensation unit 21 so as to condense the gases not yet condensed during their passage into the first condensation unit 21.
  • the temperature of the second condensation unit may be lower than that of the first condensation unit 21 if the gases pass naturally without any other heat treatment.
  • the gases are collected and condensed without heat treatment as soon as they leave the conversion tank 13.
  • one or more of the condensation units 21, 22 can be thermostatically controlled so as to modulate their temperature and thus modify the nature of the collected liquids L1, L2.
  • the first and second condensing units 21, 22 can be arranged in parallel, supplied by different gas collectors 18 and maintained at different temperatures.
  • the liquid recovery unit 20 may comprise more than two condensation units as required.
  • the condensed liquids L1, L2 may have variable compositions depending on the temperatures applied to the conversion process and/or the temperatures of the condensation units 21, 22, the nature of the biomass B, the circulation conditions of the biomass and other factors.
  • the non-condensed gases after their passage through the condensation unit(s) can be collected and stored in the form of marketable gas G.
  • methane which will remain in the gaseous state under the process conditions, can thus be recovered.
  • they can be used as fuel or for other industrial applications.
  • the liquid recovery unit 20 may comprise one or more burners 23 adapted to the combustion of non-condensed gases or a portion of these gases.
  • the energy produced by the combustion of these gases may be exploited.
  • a portion of the energy thus produced or all of it may be used in the implementation of the method of the present description, in particular for heating or preheating the conversion mixture MC or the vector liquid LV.
  • the loading of biomass B via the loading device 12 and the dosing device 11, if applicable, can also be carried out in continuous.
  • the conversion mixture MC, containing the biomass B to be converted, thus circulates so as to continuously convert the biomass B into its liquid and gaseous products to be extracted.
  • the residence time of the most volatile compounds in the conversion tank 13 can be determined using the process parameters, such as the circulation speed of the conversion mixture. The less volatile products can remain in solid form and accumulate in the conversion mixture MC.
  • the residence time of the volatile compounds is less than 10, or 8 or 5 or 3 minutes.
  • the residence time of the least volatile products or solid residues is between a few minutes such as 15 minutes and one hour, or of the order of 1 hour, or % of an hour, or 30 minutes or 20 minutes, or 15 minutes.
  • the installation 1 further comprises a filtration unit 30, adapted to recover the solid residues resulting from the conversion process described here.
  • the filtration unit 30 comprises at least one filtration device 31.
  • Such a filtration device 31 makes it possible to separate the solid residues RS from the vector liquid LV in which they are suspended.
  • the solid residues RS are those which remain after evaporation of the most volatile substances under the conditions of the process.
  • the solid residues RS can circulate in the circulation loop BC for a variable time. Alternatively, the solid residues RS are maintained in the conversion tank 13, for example by sedimentation, before being transferred to the filtration unit 30.
  • the circulation loop BC comprises at least one bypass 17, adapted to extract a portion of the conversion mixture MC to the filtration unit 30.
  • the bypass circuit 17 can be put into service by means of one or more bypass valves 170.
  • the conversion tank 13 comprises a drain making it possible to collect the conversion mixture directly in the conversion tank 13 to transfer it to the filtration unit 30.
  • a filtration device 31 according to the present invention may comprise one or more porous filtration surfaces, the porosity of which may be adapted according to requirements. Filtration surfaces of different porosities may be arranged in parallel so as to adapt the nature of the solid residue(s) to be obtained.
  • the vector fluid FV may thus be recovered without contamination or with minimal contamination.
  • the filtration of the solid residue(s) RS may be carried out at atmospheric pressure, by simple gravity.
  • a pressurization system upstream and/or depressurization downstream of the filtration surface(s) may be envisaged.
  • the vector fluid FV or a portion of the vector fluid resulting from the filtration is returned to the circulation loop BC via a suitable pipe 32.
  • the filtration advantageously takes place in parallel with the biomass conversion process in the conversion unit 10.
  • the carrier fluid FV from the filtration can be stored separately for later use or for further processing such as rinsing or cleaning.
  • the filtration unit 30 comprises one or more solvent reservoirs 35, adapted to rinse the solid residue(s) RS during filtration.
  • the solvent(s) make it possible in particular to rid the solid residues RS of the remains of vector fluid FV in which the biomass B was initially suspended.
  • the vector fluid FV potentially mixed with a solvent can be transferred to a separator 36 so as to be recovered clean in a vector fluid reservoir 37 before being recirculated in the biomass conversion process.
  • several successive steps can be implemented in the filtration. For example, a first step can consist of the recovery of the vector fluid FV, which can be directly recirculated for the conversion process.
  • a second step may include rinsing the captured solid residue RS using one or more solvents and recovering the fluids used to separate the remaining carrier fluids and the solvents.
  • the installation includes all the means necessary for the transit of materials such as one or more pumps 34, possible fans, turbines, valves and other accessories.
  • the installation 1 comprises a thermoregulation system, in particular a heating system for bringing at least the vector fluid FV to a suitable temperature for the conversion process.
  • the thermoregulation system makes it possible to maintain the conversion mixture MC at the suitable temperature throughout the conversion process, and throughout the circuit, in particular the circulation loop BC and the conversion tank 13.
  • the thermoregulation system is associated with the conversion tank 13, so that the conversion fluid FV present in the conversion tank can be brought to a suitable temperature before the start of the conversion.
  • the temperature of the conversion tank 13 is controlled by the thermoregulation system.
  • the circulation loop BC or a part of the circulation loop BC is associated with the thermoregulation system, so as to bring and maintain the vector fluid FV at an adequate temperature during its circulation.
  • different portions of the installation can be thermoregulated at different temperatures.
  • the circulation loop BC can be brought to a temperature lower than that of the conversion tank 13 so that the conversion takes place essentially within the conversion tank 13.
  • the temperature of the installation can be modulated according to the conditions of the conversion process. In this case, it can be increased or decreased according to a pre-established program and/or according to data collected in real time.
  • the thermoregulation system is particularly suitable for heating the vector fluid FV and/or the conversion mixture to temperatures between 200°C and 400°C.
  • the conversion temperature is constant and of the order of 310°C.
  • the thermoregulation system may for example comprise one or more burners, or one or more electrical resistors, or their combination, arranged so as to directly heat the vector fluid FV and/or the conversion mixture MC.
  • the thermoregulation system may comprise an independent primary circuit, used to heat the vector fluid FV and/or the conversion mixture. Part or all of the energy used by the thermoregulation system may come from the gases resulting from the conversion process and burned via the burner 23.
  • the heating may be produced via an electrical source, or another mineral source such as fuel or a renewable energy source.
  • FIGS 3a and 3b show a circulation device 14 according to an embodiment of the present invention.
  • the circulation device 14 may comprise a drive assembly 140 comprising a rotor 141 and a stator 142.
  • the rotation of the rotor via its drive shaft 143 makes it possible to suck up the fluids from the circuit and to put them into circulation.
  • the rotor comprises a drive head 144 nested in a part of the stator 142.
  • the fluids of the circuit including the vector fluid FV and the conversion mixture MC, are thus forced to pass between the drive head 144 and the stator 142.
  • the drive head 144 and/or the stator 142 is provided with drive means such as blades, or suitable reliefs to drive the fluids.
  • the drive head 144 may take the form of a cylinder, or a half-cylinder whose wall is notched with one or more notches forming rotor channels 145.
  • the stator 142 may take the form of a cylinder arranged concentrically to the drive head, whose wall is notched with one or more notches forming stator channels 146.
  • the number, shape and arrangement of the stator and rotor channels may be adapted according to requirements. They may for example be oriented parallel to the drive axis 143.
  • the circulation device 14 is adapted to condition the circulating biomass B into elements of a determined size, such as less than 10 cm or less than 5 cm or less than 1 cm depending on the requirements.
  • the biomass B is thus crushed during the conversion process, while it is suspended in the vector fluid FV and circulated in the installation 1.
  • the biomass B can be loaded into the conversion tank 13 without prior significant crushing, provided that it can pass into the circulation loop BC via its inlet 15.
  • the circulation device 14 is adapted to size the elements of the circulating biomass B.
  • the stator channels 146 and/or rotor channels 145 can be sized accordingly. The largest elements of the biomass B are thus sheared during their entrainment. Alternatively or in addition, an adequate space is provided between the drive head 144 and the stator 142.
  • a circulation device 14 comprises several stages, i.e. several rotors and several stators making it possible to increase the grinding efficiency.
  • the characteristics of the circulation device(s) 14, such as the distance d, the shape and dimensions of the rotor and stator channels, can be adapted so as to modulate the size of the biomass elements B as a function of parameters such as the nature of the biomass B, the nature and/or the proportion of the first liquid L1, where appropriate the nature and/or the proportion of the second liquid L2 to be obtained, the nature of the vector fluid FV and the temperature of the vector fluid FV.
  • the rotor(s) 141 may be driven by any suitable device, in this case electric motors which may be powered by the mains or via a generator, or autonomous thermal motors.
  • a suitable quantity of vector fluid is circulated in the installation.
  • the vector fluid FV can be stored in a vector fluid tank 37 and transferred into the conversion circuit(s), including the conversion tank 13 and the circulation loop(s) BC.
  • the quantities of vector fluid FV circulated can thus be easily adapted according to requirements.
  • vector fluids FV are independently stored in tanks and usable as needed.
  • a vector fluid FV designates any fluid that remains liquid, stable and non-volatile at the temperatures of the process implemented.
  • Such vector fluids advantageously comprise molecules of high molecular weight while remaining sufficiently fluid to be easily circulated under the conditions of the process.
  • the molecules comprised or constituting such vector fluids FV are typically between 250 and 5000 Da. Their viscosity is advantageously between 1 and 1000 cp at 0°C. Their boiling point is preferably greater than 350°C under 1 bar.
  • the vector fluids FV can remain in liquid form or take the form of a supercritical fluid under the process conditions.
  • the molecules of the vector fluids are preferably non-reactive, in particular non-oxidizable.
  • the vector fluids FV may be selected from a mineral oil comprising one or more aliphatic hydrocarbons, one or more aromatic hydrocarbons or their combination, a silicone oil, an ionic liquid, a molten salt, a vegetable oil, a chemically transformed vegetable oil, a synthetic oil, in particular when it emanates from renewable precursors, or their combination.
  • the vector fluid FV may comprise one or more compounds resulting from a biomass conversion process such as the process described herein.
  • some or all of the organic compounds of the vector fluid FV result from vegetable oils modified by sustainable transformation processes based for example on renewable raw materials or from waste recycling.
  • the vector fluids FV according to the present invention comprise or consist of a mixture of linear or branched alkanes having a molecular weight of between 250 and 500 g/mol, an initial boiling point greater than 350°C under 1 atmosphere and a viscosity less than 500 cp at 0°C.
  • the carrier fluids are free of catalyst, additive and chemical reagents.
  • the method according to the present invention is implemented without the addition of such additives.
  • the installation 1 further comprises at least one sensor, preferably a set of sensors 210, 220, 130, 150, 300 for monitoring the conditions of the process in real time.
  • sensors can be selected from a temperature sensor, a pressure sensor, a flow meter, a viscometer, or other sensors deemed necessary.
  • the conversion tank 13 can be provided with one or more pressure sensors and/or one or more temperature sensors.
  • the liquid recovery tanks can be equipped with a pH sensor, or with means for determining a bacterial development, or turbidity or transparency sensors.
  • the gas flows can be analyzed online, for example by means of infrared spectrometers or other online analysis means.
  • the condensation units can alternatively or additionally be provided with temperature and/or pressure sensors and/or gas sensors.
  • the circulation loop BC can also be provided with a viscometer, a pressure sensor internal to the circuit and/or a temperature sensor.
  • the filtration unit 30 can alternatively or additionally comprise a pressure sensor at the filtration device 31 if pressures are required for filtration.
  • Gauges can be provided in the various tanks, in particular in the carrier fluid tank(s) FV, so as to determine their quantity or the quantities used in the process.
  • the pressure sensors can be used for weighing purposes, for example to determine the quantities of biomass or other products of the process.
  • Position sensors of various organs such as valves, including the pest control valve 170, flaps, or the rotor(s) may also be envisaged.
  • the detection means described here make it possible in particular to determine in real time the presence and/or quality of the products involved in, and resulting from, the conversion process.
  • the process parameters may then be adapted accordingly during the conversion of the biomass. This does not exclude the possibility that other characterization means may be implemented, for example via sampling of the products and their delayed analysis in a laboratory, for example for quality control or research and development purposes.
  • the installation 1 comprises a control unit (not shown) for controlling at least one of the various members of the installation among the loading device(s) 12, the dosing device 11, the circulation device(s) 14, the filtration unit 30, the pump(s) 34, the bypass valve 17 and other useful members.
  • the control unit can allow one or more agents to control the installation.
  • the control unit can be adapted to receive real-time data from one or more sensors integrated into the installation 1 and to initiate one or more commands. of piloting automatically in response to the values received.
  • the piloting unit according to the present description can take the form of a suitable industrial programmable automaton, commonly referred to as PLC (Programmable Logic Controller) comprising the dedicated control programs and user interface.
  • PLC Programmable Logic Controller
  • the installation 1 is provided with communication means for remotely transmitting at least part of the information relating to the data measured by one or more sensors.
  • the installation can be remotely controlled on the basis of the data received.
  • the installation further comprises an artificial intelligence and/or deep learning module making it possible to determine or adjust the parameters of the installation and/or the conversion method according to requirements.
  • the present description further covers a method for converting a biomass B into one or more of the products mentioned above.
  • the method comprises a step E1 of introducing a quantity of a vector fluid FV into a conversion tank 13 of a conversion installation such as that described above.
  • the conversion tank 13 is at atmospheric pressure and does not require any particular pressurization.
  • the quantities of vector fluid FV can be introduced from a vector fluid reservoir 37 via a suitable pipe.
  • the volume of vector fluid can be predetermined according to the needs and/or adjusted during the conversion process.
  • the vector fluid can circulate through a circulation loop BC or be introduced directly into the conversion tank 13.
  • the vector fluid FV is introduced at ambient temperature into the conversion tank 13.
  • the method according to the present invention comprises a step E2 of introducing biomass B into the conversion tank 13.
  • the anaerobic conditions are maintained so as to avoid or limit the presence of oxygen in the conversion tank 13.
  • the biomass B can be added to the empty tank, before the transfer of the vector fluid FV.
  • the vector fluid FV is introduced into the conversion tank 13 before the biomass B is introduced therein.
  • the biomass B once mixed with the vector fluid FV produces a conversion mixture MC.
  • the quantity of biomass B introduced into the conversion tank 13 can be calibrated according to the needs, in particular at least of the dosing device 11. According to one embodiment, the loading of the biomass B into the conversion tank 13 is sequential. According to another embodiment, the loading of the biomass B into the conversion tank 13 is continuous.
  • the present method comprises a step E3 of bringing one or more of the conversion mixture MC and the vector fluid FV to a predetermined temperature.
  • the vector fluid is brought to a conversion temperature TC or to an intermediate temperature before the biomass B is introduced into the conversion tank.
  • the biomass B is added to the vector fluid so as to produce a conversion mixture MC, which is brought to a predetermined temperature, which may be a conversion temperature TC or an intermediate temperature.
  • a temperature profile as a function of the temp is applied so as to vary the temperature during the conversion process.
  • the conversion temperature TC is determined in a range between 200°C and 400°C.
  • the present method comprises a step E4 of circulating the conversion mixture MC for a predetermined duration.
  • the circulation is carried out by means of one or more circulation devices 14 as described above.
  • the circulation is accompanied by the concomitant grinding of the biomass B into elements of calibrated size as described above.
  • the circulation of the conversion mixture can be carried out at a controlled speed so that to control the residence times of the biomass in the conversion tank 13 and/or the local pressure obtained by the ejection of the conversion mixture MC.
  • the conversion mixture MC is circulated in at least one circulation loop BC from one or more inlets 15 to one or more outlets 16.
  • the conversion mixture MC can be circulated for a predetermined conversion duration DC or evaluated in real time depending on the process conditions.
  • the present method comprises a step E5 of condensing at least one of the gases from the conversion tank so as to obtain one or more liquids, comprising at least a first liquid L1.
  • the condensation of the gas(es) is carried out continuously while the conversion mixture circulates in the conversion loop and through the conversion tank 13.
  • the condensation of the gases is carried out under the pressure conditions of the process, i.e. without pressurization or depressurization.
  • a first liquid L1 and a second liquid L2 are obtained by fractional condensation of the gases from the conversion tank.
  • the second liquid L2 may have an evaporation temperature lower than the first liquid L1.
  • the proportions and/or quantities of the first L1 and second L2 liquids can be determined by adjusting one or more of the parameters among the conversion temperature TC, the conversion duration DC, the size of the elements of the biomass B, the nature of the vector fluid FV, the flow rate of the conversion mixture MC and the nature of the biomass B. Other parameters can be considered as needed.
  • the method according to the present description optionally comprises a step E6 of stopping the introduction of biomass into the conversion tank 13 after the conversion duration DC.
  • the present method comprises a step E7 of extracting part or all of the conversion mixture MC from the circulation loop to a filtration unit 30.
  • the extraction of the conversion mixture can be done by means of one or several bypass valves 17, advantageously controlled automatically and/or remotely, but which can alternatively or additionally be actuated manually.
  • the quantities of conversion mixture thus taken from the circulation loop can be determined on the basis of parameters such as the residence time of the conversion mixture MC in the circulation loop, the viscosity of the conversion mixture, a turbidity value if applicable, the nature of the collected gases or condensed liquids, determined for example via their condensation temperature or any other parameter deemed relevant.
  • the sampling of a portion of the conversion mixture can be carried out after a predetermined conversion time DC.
  • the conversion mixture can be extracted directly from the conversion tank, for example from a lower part suitable for collecting any sedimented elements.
  • the extraction of the conversion mixture MC through the bypass valve(s) 17, or through the conversion tank may require the interruption of the loading of biomass into the tank.
  • the present method may be adapted to maintain the loading of biomass into the tank during the extraction of a portion of the conversion mixture, so that the entire process can be operated continuously.
  • the method comprises a step E8 of filtering the derived conversion mixture MC.
  • the filtration of the conversion mixture, or certain steps of the filtration of the derived conversion mixture MC from the conversion circuit, such as the rinsing of the solid residues RS, can be carried out in parallel with the conversion process described above.
  • the vector fluid FV or a portion of the vector fluid is reintroduced into the circulation loop, either directly or after a regeneration treatment.
  • the step of filtering the conversion mixture MC results in obtaining at least one solid residue RS.
  • the nature and/or composition of the balance residue can be determined as a function of the filtration conditions, comprising for example the number of filtration cycles, the porosity of the surfaces of filtration, the use or not of solvents and their nature, the use or not of pressurization or depressurization, etc.
  • the method implemented according to the present description makes it possible to collect 4 or more than 4 distinct liquids, at least one grade of coal, at least one grade of vegetable oil, at least one grade of pyrolignious acid, and a mixture of non-condensable gases, in particular carbon dioxide.
  • the number of products recovered depends for example on the nature of the biomass treated.
  • 1 kg of biomass can be converted into at least 400 g of coal, 150 g of vegetable oil, 250 g of pyrroligneous aid, and 150 g of gas.
  • the process described here is preferably carried out in a continuous or semi-continuous manner.
  • one or more of the steps E1 to E5 described here may be repeated during the filtration of the derived conversion mixture.
  • the method according to the present description can be implemented manually, by one or more operators located at the installation 1.
  • one or more of the steps mentioned above can be implemented in an automated or partially automated manner.
  • one or more parameters among the pressure, the temperature, the viscosity, the flow rate, the mass, collected by means of sensors during the conversion process are used to control the installation in real time, either manually, automatically, or remotely, or according to a combination of these manual, remote and automated modes.
  • one or more of the elements of the installation described here, in particular the loading device 12, the dosing device 11, the circulation device 14, the filtration unit 30, the pump 34, and the bypass valve 17 are controlled according to the values transmitted by the sensors, in an at least partially automated and/or remote manner.
  • one or more of the values collected by one or more of the sensors are stored in one or more databases. These values can be consulted after the end of the conversion method, for control, maintenance or development operations.
  • the collected values can be processed according to specific algorithms, for example relating to artificial intelligence programs.
  • Circulation device 18 Gas collector 140 Drive assembly 141 Rotor 142 Stator 143 Drive shaft 144 Drive head 145 Rotor channels

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Abstract

La présente invention se réfère à une installation (1) de conversion de biomasse (B) en des produits tels que des liquides (L1, L2), des gaz (G) et des résidu solide (RS), comprenant un système de thermorégulation, un dispositif de circulation (14) adapté pour mettre en circulation un mélange de conversion (MC), des unités de filtration des résidus et de récupération des liquides, et une cuve de conversion (13) de la biomasse opérant à pression atmosphérique, où la pression du mélange de conversion (MC) est augmentée localement. La présente invention décrite en outre une méthode de conversion automatisée de la biomasse au moyen de cette installation.

Description

Méthode de conversion de biomasse et dispositif associé
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne une installation de traitement et de valorisation de déchets organiques, ainsi qu'une méthode pour la production de produits commercialisables à base de tels déchets organiques. En particulier, l'installation et la méthode sont adaptées à une production modulable de produits commercialisables et délocalisée près des points de collectes des déchets organiques.
Etat de la technique
[0002] De nombreux systèmes de valorisation des déchets verts sont développés, en l'occurrence pour produire des combustibles tels que du gaz ou du charbon. Les procédés utilisés nécessitent cependant d'appliquer de fortes pressions au moyen de dispositifs complexes et coûteux en énergie. De telles installations se révèlent en outre peu flexibles dans leur utilisation, tant dans la variété des déchets traités que dans celle des produits qui en sont extraits. Ainsi, elles sont dimensionnées pour traiter de grosses quantités de matière organique pour rester rentables. Elles s'adaptent difficilement aux variations du marché.
[0003] Selon les procédés mis en œuvre, des additifs doivent souvent être utilisés comprenant par exemple des catalyseurs ou d'autres réactifs chimiques, qui représentent un coût additionnel et des risques pour l'environnement.
[0004] De telles installations nécessitent en outre des compétences de pointe qui peuvent ne pas être aisément disponibles. Il résulte de ces contraintes que les installations actuellement en service peuvent difficilement être implantées à proximité des sources de déchets verts les plus délocalisées. [0005] Il y a donc matière à développer des nouveaux procédés et dispositifs permettant une plus grande flexibilité dans leur emplacement géographique et dans la diversité des produits traités.
Bref résumé de l'invention
[0006] Un but de la présente invention est de proposer un dispositif ou une installation, adapté à la conversion de quantités variables de matière organique. En particulier, le dispositif ou l'installation selon la présente description vise à rester rentable avec des faibles quantités de biomasses, de l'ordre de quelques dizaines de kilogrammes jusqu'à quelques tonnes par jour.
[0007] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif ou une installation permettant de traiter une plus grande variété de matière végétale et/ou d'ajuster les quantités et la nature des produits extraits en fonction des besoins du marché.
[0008] Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif ou une installation de conversion de déchets verts pouvant être aisément délocalisé à proximité des points de collecte des matières végétales à convertir.
[0009] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif ou une installation de conversion de déchets organique permettant d'extraire de ces déchets organique une variété de produits commercialisables, sans besoin d'ajouter d'additifs, de catalyseur ou de réactifs chimiques.
[0010] Un autre objectif de la présente invention est de proposer un dispositif ou une installation au moins partiellement automatisée et/ou pouvant être pilotée à distance. [0011] Un autre but de la présente invention est de proposer une méthode flexible, peu coûteuse et délocalisable, de conversion de la biomasse en produits commercialisables.
[0012] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de l'installation et de la méthode objet des revendications indépendantes et décrites plus en détails dans les revendications qui en dépendent.
[0013] Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur de traiter les matières organiques près de leur point de collecte et de limiter ainsi leur transport et leur éventuelle dégradation en produits indésirables. La présente solution présente en outre l'avantage d'une plus grande flexibilité dans les matières organiques traitées et dans la production des produits commercialisables, permettant ainsi une offre plus adéquate par rapport aux fluctuations du marché.
Brève description des figures
[0014] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures suivantes :
• Figure 1 : représentation schématique de l'installation selon un mode de réalisation de la présente invention,
• Figure 2 : Représentation schématique plus détaillée de l'installation selon un mode de réalisation de la présente invention,
• Figure 3 : Représentation schématique d'un exemple de réacteur utilisé dans l'installation selon un mode de réalisation de présente invention. Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0015] La présente installation 1 est adaptée à la conversion de biomasse B en un ou plusieurs produits pouvant être valorisés sur les marchés. De tels produits incluent par exemple des liquides L1, L2, tels que des huiles organiques ou des composés hydrosolubles, des gaz G tels que le méthane ou le dioxyde de carbone, et des matières solides RS telles que du charbon végétal ou d'autres résidus issus de la dessiccation ou de la pyrolyse de la biomasse B. Les liquides L1, L2 comprennent par exemple l'acide pyroligneux, souvent désigné par le vinaigre de bois. L'acide pyroligneux est lui-même un mélange de multiples composés ou classes de composés tels que des furanes, des pyranes, des carboxaldéhydes, des sucres, des esters d'alkyl et d'aryle, des catéchols, des phénols, des dérivés syringyls ou guaiacyls, des dérivés de vanilline, divers acides carboxyliques et autres composés chimiques. Ces produits peuvent résulter de l'action de précurseurs polymériques initiant le clivage des liaisons chimiques lors du procédé ici décrit. Les gaz G sont de composition variable, en fonction de la biomasse traitée et/ou des conditions de conversion. Ils comprennent majoritairement du dioxyde de carbone CO2, du monoxyde de carbone CO ainsi que leur mélange. Les gaz G peuvent en outre comprendre d'autres éléments tels que le méthane CH4, l'hydrogène H2 et/ou des traces de composés organiques volatiles. Les gaz résultant de la conversion de la biomasse sont communément désignés par le terme « syngas » ou gaz de synthèse.
[0016] Alternativement ou en plus, des transformations chimiques peuvent s'opérer dans les conditions de la présente méthode pour donner lieu à de nouveau produits, lesquels peuvent également être valorisés sur le marché.
[0017] L'installation 1 permet de séparer les liquides L1, L2 des gaz G et des résidus solides RS de manière concomitante, de sorte à récupérer ces différentes catégories de produits en une seule opération. Le terme concomitant doit ici être compris comme désignant des étapes effectuées en parallèle, durant une même période. Les liquides L1, L2, ou les gaz G ou les résidus solides RS peuvent en outre subir une ou plusieurs autres opérations de séparation de sorte à en récupérer des composants uniques ou des factions de mélanges plus restreintes. Ces opérations subséquentes de séparation de produits au sein d'une même classe de produits, par exemple les liquides L1, L2 peuvent également être effectuées de manière continue lors d'une seule étape de précédé.
[0018] Les différents produits obtenus ont des applications très variées. Ils peuvent être utilisés par exemple comme produits pharmaceutiques, comme produits agroalimentaires, ou comme matière première pour la confection d'autres produits à haute valeur ajoutée. Les propriétés de tels produits incluent des propriétés d'anti-oxydants, d'anti-microbiens, d'antiinflammatoires, d'engrais, de coagulant et de pesticide.
[0019] La biomasse B désigne toute matière végétale, qu'elle soit naturelle ou issue de l'agriculture. De préférence la biomasse utilisée pour les besoins de la présente invention désigne des matières végétales non comestibles pour l'homme, et avantageusement non comestible pour les animaux d'élevage. De préférence la biomasse B utilisée selon la présente description désigne une biomasse de seconde génération, résultant d'activités de défrichement, de nettoyage, d'entretien de zones végétalisées, urbaines, agricoles ou forestières. Ainsi, la biomasse B n'est pas prélevée ou produite aux fins exclusives du procédé ici décrit, mais ne consiste qu'en un sous-produit qui ne trouverait autrement aucune autre application. La composition de la biomasse B peut donc varier en fonction de sa localisation géographique, de son origine naturelle ou agricole, de la saison ou de multiples autres paramètres. La biomasse B comprend avantageusement des composants de type lignocellulosiques, incluant la lignine, la cellulose, et l'hémicellulose. De préférence la biomasse B est riche en molécules organiques telles que biopolymères, huiles résines ou tannins. De préférence, la biomasse B est pauvre en humidité, en cendres ou composés minéraux, et en hétéroatomes tels que oxygène, azote, soufre et phosphore. [0020] Selon un mode de réalisation, la biomasse B comprend ou consiste en de la paille, dont le degré d'humidité est inférieur à 15% et la teneur en cendre est inférieur à 10%.
[0021] L'installation 1 selon la présente description permet d'adapter les conditions du procédé de manière à moduler la quantité et/ou la qualité des différents produits contenus dans la biomasse B et de répondre ainsi au mieux aux besoins du marché, qui peuvent fluctuer rapidement.
[0022] L'installation 1 selon la présente description comprend une unité de conversion 10 permettant de convertir la biomasse en ses produits ou classes de produits mentionnés ci-dessus. L'unité de conversion 10 comprend à cet effet une cuve de conversion 13 ou tout autre conteneur adapté à recueillir un contenu à traiter ou à convertir. La cuve de conversion 13 est de préférence pourvue d'au moins un dispositif de chargement 12 de la biomasse B. Le dispositif de chargement 12 permet ainsi de charger la cuve de conversion de manière mécanique en fonction des besoins. Le dispositif de chargement 12 peut prendre la forme de tout dispositif adéquat tel qu'un tapis roulant, une vis sans fin, un système de godets, ou tout équivalent. De préférence, le dispositif de chargement 12 est adapté à transférer des quantités variables de biomasse B. En l'occurrence, s'il s'agit de tapis roulant ou de vis sans fin ou de tout autre dispositif de chargement en continu, la vitesse de rotation ou de translation peut être adaptée à la demande de sorte à convoyer des quantités de biomasse B comprises entre quelques dizaines de kilogrammes et plusieurs tonnes par jours. S'il s'agit de godets de chargement, la taille, le nombre ou la fréquence des godets peuvent être adaptées en fonction des besoins. Alternativement, plusieurs dispositifs de chargement 12 indépendants peuvent être prévus et activables sur demande, pour permettre une meilleure adaptation des quantités de biomasse B traitée.
[0023] Selon un mode de réalisation, la biomasse B transférée dans l'unité de conversion peut être brute, c'est-à-dire sans traitement préalable. Les plus gros éléments peuvent tout au plus avoir été grossièrement découpés pour permettre le chargement dans la cuve de conversion 13.
[0024] Selon un autre mode de réalisation, la biomasse B peut avoir subit un ou plusieurs traitements avant d'être chargée dans l'unité de conversion 10. Elle peut par exemple avoir subit un pré-séchage à l'air libre ou dans un environnement thermorégulé, avoir été triée et/ou avoir été nettoyée. Par exemple, les feuillages peuvent avoir été séparés des parties ligneuses.
[0025] Le dispositif de chargement 12 comporte de préférence un dispositif de dosage 11, permettant de contrôler le débit de biomasse B transférée dans la cuve de conversion 13. Selon un mode de réalisation, le dispositif de dosage 11 est intégré au dispositif de chargement 12. Dans le cas où le dispositif de chargement 12 est un tapis roulant, une vis sans fin ou tout autre dispositif de chargement en continu, le dispositif de dosage 11 peut prendre la forme d'un régulateur permettant de contrôler la vitesse de rotation ou de translation de tels dispositifs de sorte à doser les quantités de biomasse B transférées. Alternativement ou en plus, un système d'avancement pas-à-pas peut être prévu. Alternativement, le dispositif de dosage 11 peut être un dispositif intermédiaire permettant de collecter une quantité prédéterminée de biomasse B depuis le dispositif de chargement 12 avant de la transférer dans la cuve de conversion 13. Tout autre dispositif de dosage adéquat peut être envisagé selon les situations.
[0026] La cuve de conversion 13 est à pression atmosphérique, c'est-à- dire, qu'elle ne comporte aucun système de pressurisation active. Néanmoins, la cuve de conversion 13 est fermée de sorte à rester hermétique à l'air ambiant et en particulier à l'oxygène. Des valves de sécurité, non représentées, peuvent être prévues pour éviter les surpressions lors de la transformation de la biomasse B sans pour autant laisser de l'air pénétrer dans la cuve de conversion 13.
[0027] Lors de son chargement et/ou en amont de son chargement, la biomasse B est conditionnée dans un environnement anaérobie de sorte à limiter ou éviter toute présence d'oxygène gazeux. Selon un mode de réalisation, le chargement de la biomasse B traverse un sas sous atmosphère inerte telle que de l'azote. Alternativement, l'environnement est dépressurisé pour en retirer l'atmosphère. Alternativement, les gaz G issus du procédé de conversion, ou une fraction de ces gaz, en particulier le dioxyde de carbone CO2, sont utilisés pour maintenir la biomasse sous une atmosphère non oxygénée avant sa conversion. D'autres moyens connus, ainsi que leur combinaison, peuvent être mis en œuvre pour maintenir la biomasse B dans un tel environnement anaérobie.
[0028] L'unité de conversion 10 comprend en outre au moins un dispositif de circulation 14 permettant de mettre en circulation la biomasse B dans une boucle de circulation BC. Un dispositif de circulation 14 selon la présente description désigne tout moyen adéquat pour mettre en circulation un mélange fluide dans un circuit, tel qu'une turbine, un rotor, une pompe ou tout équivalent. Un exemple de dispositif de circulation 14 est décrit plus en détails plus loin.
[0029] Une boucle de circulation BC désigne un circuit comprenant le dispositif de mise en circulation 14, comprenant au moins une entrée 15 permettant d'accepter la biomasse B et au moins une sortie 16 permettant d'éjecter la biomasse B. Une boucle de circulation peut en outre comprendre une ou plusieurs dérivations permettant de rediriger le ou les fluides en circulation. Une entrée 15 est disposée à l'intérieur de la cuve de conversion 13. Une sortie 16 est également disposée à l'intérieur de la cuve de conversion 13. Le reste du circuit constituant une boucle de circulation BC peut être extérieur à la cuve de conversion 13, ou bien à l'intérieur de la cuve de conversion 13, ou bin partiellement à l'intérieur et partiellement à l'extérieur à la cuve de conversion 13. Selon un mode de réalisation, le dispositif de mise en circulation 14 est externe à la cuve de conversion et le reste du circuit comprenant une entrée 15 et une sortie 16 est disposé dans la cuve de conversion 13. Selon une telle disposition, la température de la biomasse B, sous forme d'un mélange de conversion MC circulant dans la boucle de circulation BC peut être maintenue proche ou égale à la température du mélange de conversion MC présent dans la cuve de conversion 13. La longueur de la boucle de circulation BC est variable. Elle est par exemple déterminée pour permettre une accélération suffisante du mélange de conversion MC avant son éjection par la sortie 16. D'autres paramètres peuvent être considérés pout déterminer la longueur de la boucle de circulation BC.
[0030] La boucle de circulation BC peut par exemple comprendre plusieurs spires incluses dans la cuve de conversion 13.
[0031] Alternativement, la boucle de circulation BC peut être logée dans une double paroi de la cuve de conversion 13 de sorte à bénéficier de sa température sans être immergée dans le mélange présent dans la cuve 13.
[0032] D'autres arrangements peuvent être envisagés en fonction des besoins.
[0033] Selon un mode de réalisation, la boucle de circulation BC comprend une seule sortie 16 de sorte que le mélange de conversion est précisément éjecté dans la cuve de conversion 13 à une position prédéterminée. Alternativement, la boucle de circulation BC comprend plusieurs sortie 16 disposées dans la cuve de conversion 13, de sorte à disperser le mélange de conversion MC à l'intérieur de la cuve de conversion 13.
[0034] La ou les sorties 16 de la boucle de circulation BC peuvent être conçues de sorte à augmenter la pression du mélange de conversion MC au niveau de cette ou de ces sorties, qui font alors office d'injecteurs. La vitesse d'éjection du mélange de conversion MC est ainsi accrue et permet de produire une force mécanique au sein du mélange de conversion MC présent dans la cuve de conversion 13 résultant en une homogénéisation du mélange de conversion au sein de la cuve de conversion 13, tant du point de vue de sa composition que de sa température. En outre, la vitesse d'éjection du mélange de conversion par la ou les sorties 16 de la boucle de circulation BC accroît la pression localement au sein du mélange de conversion 13. Cette disposition permet ainsi de s'affranchir d'un système complexe et coûteux pour une pressurisation globale. La vitesse d'éjection du mélange de conversion MC par la ou les sorties 16 peut être modulée par exemple au moyen de la forme et/ou le diamètre de la ou des sorties 16, ou au moyen de du dispositif de mise en circulation 14. Selon un mode de réalisation, la ou les sorties peuvent être pourvue de vannes de diamètre modulable ou de diaphragme permettant d'adapter la surface d'ouverture entre des valeurs limites, telles que entre 0% et 100% de l'ouverture disponible. La pression localement obtenue dans le mélange en conversion MC peut alors être facilement adaptée selon les besoins. La pression du mélange de conversion MC peut être par exemple augmentée d'un facteur de l'ordre de 3 à 10 ou plus. Localement, la pression du mélange de conversion peut être ainsi de l'ordre de 5, 8, 10 ou 12 bars. Les dispositions décrites ci-dessus n'interdisent pas de plus faibles accroissements de pression, d'un facteur compris entre 1 et 4, ou de l'ordre de 1, 2 ou 3. Le facteur se comprend ici comme une valeur multiplicative d'une pression de référence, laquelle peut être la pression atmosphérique locale, ou une pression de 1 bar ou de 1 atmosphère.
[0035] Une boucle de circulation donnée peut contenir plus d'un dispositif de mise en circulation 14. Selon un mode de réalisation plusieurs dispositifs de mise en circulation 14, identiques ou différents peuvent être disposés en série le long de la boucle de circulation BC. Alternativement un dispositif de mise en circulation 14 peut contenir plusieurs étages.
[0036] Selon un mode de réalisation, l'installation 1 selon la présente description comporte plusieurs boucles de circulation BC, pouvant avoir chacune un ou plusieurs dispositifs de mise en circulation dédiés 14. Alternativement ou en plus, un dispositif de mise en circulation 14 peut être commun à plusieurs boucles de circulation BC.
[0037] Une boucle de circulation BC selon la présente description permet de faire circuler un fluide tel qu'un fluide vecteur FV, décrit plus en détails plus loin. Le fluide vecteur FV peut être mis en circulation seul dans une boucle de circulation BC, par exemple pour le porter à une température de conversion TC ou pour le préchauffer à une température intermédiaire avant d'initier le procédé de conversion, ou pour remplir la cuve de conversion 13 à un niveau prédéterminé avant ou pendant le procédé, ou pour nettoyer le circuit en fin de procédé ou pour toute autre raison. Une boucle de circulation BC est cependant particulièrement adaptée pour faire circuler la biomasse B suspendue dans le fluide vecteur FV, formant ensemble un mélange de conversion MC lors du processus de conversion.
[0038] L'installation selon la présente description comporte une unité de récupération de liquides 20, adaptée pour collecter les vapeurs issues de la cuve de conversion 13 lors du processus de conversion, et pour les condenser en au moins un liquide L1, voire deux liquides distincts L1, L2 ou plus de deux liquides. Selon un mode de réalisation, l'installation 1 selon la présente description comporte un collecteur de gaz 18 disposé en aval de l'unité de conversion 10 et adapté à la collecte des gaz issus de la cuve de conversion 13. Le collecteur de gaz 18 permet de conduire les gaz vers au moins une première unité de condensation 21 comportant un premier condenseur 21a et un premier collecteur 21b destiné à stocker un premier liquide L1 condensé. L'unité de récupération des liquides 20 comprend avantageusement une seconde unité de condensation 22, comprenant un second condenseur 22a et un second collecteur 22b adapté à la collecte d'un second liquide L2. La seconde unité de condensation 22 peut être disposée en aval de la première unité de condensation 21 de sorte à condenser les gaz non encore condensés lors de leur passage dans la première unité de condensation 21. La température de la seconde unité de condensation peut être inférieure à celle de la première unité de condensation 21 si les gaz transitent naturellement sans autre traitement thermique.
[0039] Selon un mode de réalisation, les gaz sont collectés et condensés sans traitement thermique dès leur sortie de la cuve de conversion 13. Alternativement, l'une ou plusieurs des unités de condensations 21, 22 peut être thermostatée de sorte à moduler leur température et ainsi modifier la nature des liquides collectés L1, L2. [0040] Selon un mode de réalisation, les première et seconde unités de condensation 21, 22 peuvent être disposées en parallèle, alimentées par différents collecteurs de gaz 18 et maintenues à des températures différentes.
[0041] L'unité de récupération des liquides 20 peut comprendre plus de deux unités de condensation selon les besoins. Les liquides condensés L1, L2 peuvent avoir des compositions variables selon les températures appliquées au procédé de conversion et/ou les températures des unités de condensation 21, 22, la nature de la biomasse B, les conditions de circulation de la biomasse et d'autres facteurs.
[0042] Les gaz non condensés après leur passage dans la ou les unités de condensation peuvent être collectés et stockés sous forme de gaz commercialisable G. Par exemple, le méthane, qui restera à l'état gazeux dans les conditions du procédé, peut ainsi être récupéré. Selon la nature des gaz récupéré G, ils peuvent être utilisés comme combustible ou pour d'autres applications industrielles.
[0043] Selon un mode de réalisation, l'unité de récupération des liquides 20 peut comprendre un ou plusieurs brûleurs 23 adaptés à la combustion des gaz non condensés ou une partie de ces gaz. Avantageusement, l'énergie produite par la combustion de ces gaz peut être exploitée. Par exemple, une partie de l'énergie ainsi produite ou sa totalité peut être utilisée dans la mise en œuvre du procédé de la présente description, notamment pour le chauffage ou le préchauffage du mélange de conversion MC ou du liquide vecteur LV.
[0044] L'activation du dispositif de mise en circulation 14, lorsque la température de conversion TC est atteinte, permet de convertir la biomasse B selon un processus continu, lors duquel les gaz sont collectés et condensés en une ou plusieurs fractions liquides dans l'unité de récupération des liquides 20. Le chargement de biomasse B via le dispositif de chargement 12 et le dispositif de dosage 11, le cas échéant, peut également être opéré en continu. Le mélange de conversion MC, contenant la biomasse B à convertir, circule ainsi de sorte à convertir en continu la biomasse B en ses produits liquides et gazeux à extraire. Le temps de résidence des composés les plus volatiles dans la cuve de conversion 13 peut être déterminé grâce aux paramètres du procédé, tels que la vitesse de circulation du mélange de conversion. Les produits les moins volatiles peuvent rester sous forme solide et s'accumuler dans le mélange de conversion MC.
[0045] Selon un mode de réalisation le temps de résidence des composés volatiles est inférieur à 10, ou 8 ou 5 ou 3 minutes. De préférence, le temps de résidence des produits les moins volatile ou des résidus solides est compris entre quelques minutes tel que 15 minutes et une heure, soit de l'ordre de 1 heure, ou % d'heure, ou 30 minutes ou 20 minutes, ou 15 minutes.
[0046] L'installation 1 selon la présente description comporte en outre une unité de filtration 30, adaptée à récupérer les résidus solides issus du procédé de conversion ici décrit. L'unité de filtration 30 comporte au moins un dispositif de filtration 31. Un tel dispositif de filtration 31 permet de séparer les résidus solides RS du liquide vecteur LV dans lequel ils sont suspendus. Les résidus solides RS sont ceux qui subsistent après évaporation des substances les plus volatiles dans les conditions du procédé. Les résidus solides RS peuvent circuler dans la boucle de circulation BC pendant un temps variable. Alternativement, les résidus solides RS sont maintenus dans la cuve de conversion 13, par exemple par sédimentation, avant d'être transférés dans l'unité de filtration 30.
[0047] Selon un mode de réalisation, la boucle de circulation BC comprend au moins une dérivation 17, adaptée pour extraire une partie du mélange de conversion MC vers l'unité de filtration 30. Le circuit de dérivation 17 peut être mis en service au moyen d'une ou plusieurs vannes de dérivation 170. Alternativement ou en plus, la cuve de conversion 13 comporte une vidange permettant de collecter le mélange de conversion directement dans la cuve de conversion 13 pour le transférer dans l'unité de filtration 30. [0048] Un dispositif de filtration 31 selon la présente invention peut comporter une ou plusieurs surfaces poreuses de filtration, dont la porosité peut être adaptée en fonction des besoins. Des surfaces de filtration de porosités différents peuvent être agencées en parallèle de sorte à adapter la nature du ou des résidus solides à obtenir. Alternativement, plusieurs surfaces de porosité décroissante peuvent être arrangées en série de sorte à filtrer au mieux l'intégralité des résidus solides. Le fluide vecteur FV peut ainsi être récupéré sans contamination ou avec une contamination minimale. La filtration du ou des résidus solides RS peut être effectuée à pression atmosphérique, par simple gravité. Alternativement, un système de pressurisation en amont et/ou de dépressurisation en aval de la ou des surfaces de filtration, peuvent être envisagés.
[0049] Selon un mode de réalisation, le fluide vecteur FV ou une portion du fluide vecteur issu de la filtration est renvoyé vers la boucle de circulation BC via une conduite adaptée 32. La filtration s'opère avantageusement en parallèle du processus de conversion de la biomasse dans l'unité de conversion 10.
[0050] Alternativement, le fluide vecteur FV issu de la filtration peut être stocké à part pour une utilisation ultérieure ou pour un traitement supplémentaire tel qu'un rinçage ou un nettoyage.
[0051] Selon un mode de réalisation, l'unité de filtration 30 comporte un ou plusieurs réservoirs de solvants 35, adaptés pour rincer le ou les résidus solides RS lors de la filtration. Le ou les solvants permettent en particulier de débarrasser les résidus solides RS des restes de fluide vecteur FV dans lequel la biomasse B était initialement suspendue. Le fluide vecteur FV potentiellement mélangé à un solvant peut être transféré dans un séparateur 36 de sorte à être récupéré propre dans un réservoir de fluide vecteur 37 avant d'être remis en circulation dans le procédé de conversion de la biomasse. Selon un mode de réalisation, plusieurs étapes successives peuvent être mises en œuvre dans la filtration. Par exemple, une première étape peut consister en la récupération du fluide vecteur FV, qui peut être directement remis en circulation pour le procédé de conversion. Une seconde étape peut comprendre un rinçage du résidu solide RS capté au moyen d'un ou plusieurs solvants et la récupération des fluides utilisés pour en séparer les restes de fluide vecteurs et les solvant.
[0052] L'installation comprend tous les moyens nécessaires au transit des matières telle que une ou plusieurs pompes 34, d'éventuels ventilateurs, turbines, vannes et autres accessoires.
[0053] L'installation 1 selon la présente invention comporte un système de thermorégulation, en particulier un système de chauffage permettant de mettre au moins le fluide vecteur FV à une température adéquate pour le procédé de conversion. Avantageusement, le système de thermorégulation permet de maintenir le mélange de conversion MC à la température adéquate durant tout le processus de conversion, et dans tout le circuit, en particulier la boucle de circulation BC et la cuve de conversion 13. Selon un mode de réalisation, le système de thermorégulation est associé à la cuve de conversion 13, de sorte que le fluide de conversion FV présent dans la cuve de conversion puisse être porté à une température adéquate avant le démarrage de la conversion. Lorsque la biomasse B est ajoutée dans la cuve de conversion 13 pour former le mélange de conversion MC, la température de la cuve de conversion 13 est maîtrisée par le système de thermorégulation.
[0054] Selon un mode de réalisation, la boucle de circulation BC, ou une partie de la boucle de circulation BC est associée au système de thermorégulation, de sorte à porter et maintenir le fluide vecteur FV à une température adéquate durant sa circulation.
[0055] Selon un mode de réalisation, différentes portions de l'installation peuvent être thermorégulées à des températures différentes. Par exemple, la boucle de circulation BC peut être portée à une température inférieure à celle de la cuve de conversion 13 de sorte que la conversion s'opère essentiellement au sein de la cuve de conversion 13. [0056] Selon un mode de réalisation, la température de l'installation peut être modulée en fonction des conditions du procédé de conversion. Elle peut en l'occurrence être augmentée ou diminuée en fonction d'un programme préétabli et/ou en fonction de données recueillies en temps réel. Le système de thermorégulation est an particulier adapté pour chauffer le fluide vecteur FV et/ou le mélange de conversion à des températures comprises entre 200°C et 400°C.
[0057] Selon un mode de réalisation la température de conversion est constante et de l'ordre de 310°C.
[0058] Le système de thermorégulation peut par exemple comporter un ou plusieurs brûleurs, ou une ou plusieurs résistances électriques, ou leur combinaison, disposés de sorte à chauffer directement le fluide vecteur FV et/ou le mélange de conversion MC. Alternativement, le système de thermorégulation peut comporter un circuit primaire indépendant, utilisé pour chauffer le fluide vecteur FV et/ou le mélange de conversion. Une partie ou la totalité de l'énergie utilisée par le système de thermorégulation peut provenir des gaz issus du procédé de conversion et brûlés via le brûleur 23. Alternativement ou en plus, le chauffage peut être produit via une source électrique, ou une autre source minérale telle que du fuel ou une source d'énergie renouvelable.
[0059] Les figures 3a et 3b représentent un dispositif de mise en circulation 14 selon un mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif de mise en circulation 14 peut comporter un ensemble d'entrainement 140 comprenant un rotor 141 et un stator 142. La rotation du rotor via son axe d'entrainement 143 permet d'aspirer les fluides du circuit et de les mettre en circulation. Le rotor comporte à cet effet une tête d'entrainement 144 imbriquée dans une partie du stator 142. Les fluides du circuit, incluant le fluide vecteur FV et le mélange ce conversion MC, sont ainsi forcés de passer entre la tête d'entrainement 144 et le stator 142. Selon un mode de réalisation, la tête d'entrainement 144 et/ou le stator 142 est pourvu de moyens d'entrainement tels que des pales, ou des reliefs adaptés à entrainer les fluides. Par exemple, la tête d'entrainement 144 peut prendre la forme d'un cylindre, ou d'un demi-cylindre dont la paroi est échancrée d'une ou plusieurs encoches formant des canaux de rotor 145. Alternativement ou en plus, le stator 142 peut prendre la forme d'un cylindre disposé de manière concentrique à la tête d'entrainement, dont la paroi est échancrée d'une ou plusieurs encoches formant des canaux de stator 146. Le nombre, la forme et la disposition des canaux de stator et de rotor peuvent être adaptées en fonction des besoins. Ils peuvent par exemple être orientés parallèlement à l'axe d'entrainement 143.
[0060] Outre l'effet d'entrainement des fluides, le dispositif de mise en circulation 14 est adapté pour conditionner la biomasse B en circulation en éléments de taille déterminée, telle que inférieur à 10 cm ou inférieur à 5 cm ou inférieur à 1 cm selon les besoins. La biomasse B est ainsi broyée lors du procédé de conversion, alors qu'elle est suspendue dans le fluide vecteur FV et mise en circulation dans l'installation 1. Selon un mode de réalisation, la biomasse B peut être chargée dans la cuve de conversion 13 sans broyage significatif préalable, pour autant qu'elle puisse passer dans la boucle de circulation BC via son entrée 15. Le dispositif de mise en circulation 14 est adapté pour dimensionner les éléments de la biomasse B en circulation. Par exemple, les canaux de stator 146 et/ou de rotor 145 peuvent être dimensionnés en conséquence. Les plus gros éléments de la biomasse B se trouvent ainsi cisaillés lors de leur entrainement. Alternativement ou en plus, un espace d adéquat est ménagé entre la tête d'entrainement 144 et le stator 142.
[0061] Selon un mode de réalisation, plusieurs dispositifs de mise en circulation 14 sont disposés en série de sorte à morceler la biomasse en éléments de plus en plus fins. Selon un autre mode de réalisation, un dispositif de mise en circulation 14 selon la présente invention comporte plusieurs étages, c'est-à-dire plusieurs rotors et plusieurs stators permettant d'augmenter l'efficacité du broyage. [0062] Les caractéristiques du ou des dispositifs de mise en circulation 14, telles que la distance d, la forme et les dimensions des canaux de rotor et de stator, peuvent être adaptées de sorte à moduler la taille des éléments de biomasse B en fonction de paramètres tels que la nature de la biomasse B, la nature et/ou la proportion du premier liquide L1, le cas échéant la nature et/ou la proportion du second liquide L2 à obtenir, la nature du fluide vecteur FV et la température du fluide vecteur FV.
[0063] Le ou les rotors 141 peuvent être entraînés au moyen de tout dispositif adéquat, en l'occurrence de moteur électriques pouvant être alimentés par le secteur ou via une génératrice, ou de moteurs thermiques autonomes.
[0064] Une quantité de fluide vecteur adaptée est mise en circulation dans l'installation. Le fluide vecteur FV peut être stocké dans un réservoir de fluide vecteur 37 et transféré dans le ou les circuits de conversion, incluant la cuve de conversion 13 et la ou les boucles de circulation BC. Les quantités de fluide vecteur FV mis en circulation peuvent ainsi être aisément adaptées en fonction des besoins.
[0065] Selon un mode de réalisation, plusieurs fluides vecteurs FV sont indépendamment stockés dans des réservoirs et utilisables en fonction des besoins.
[0066] Un fluide vecteur FV selon la présente description désigne tout fluide qui reste liquide, stable et non volatile aux températures du procédé mis en œuvre. De tels fluides vecteurs comprennent avantageusement des molécules de poids moléculaire élevé tout en restant suffisamment fluide pour être mis en circulation facilement dans les conditions du procédé. Les molécules comprises ou constituant de tels fluides vecteurs FV est typiquement compris entre 250 et 5000 Da. Leur viscosité est avantageusement comprise entre 1 et 1000 cp à 0°C. Leur température d'ébullition est de préférence supérieure à 350°C sous 1 bar. Les fluides vecteurs FV peuvent rester sous forme liquide ou prendre la forme d'un fluide supercritique dans les conditions du procédé. Les molécules des fluides vecteurs sont de préférence non réactives, en particulier non oxydables. Les fluides vecteurs FV peuvent être sélectionnés parmi une huile minérale comprenant un ou plusieurs hydrocarbures aliphatiques, un ou plusieurs hydrocarbures aromatiques ou leur combinaison, une huile silicone, un liquide ionique, un sel fondu, une huile végétale, une huile végétale chimiquement transformée, une huile synthétique, en particulier lorsqu'elle émane de précurseurs renouvelables, ou leur combinaison. Selon un mode de réalisation, le fluide vecteur FV peut comporter un ou plusieurs composés issus d'un processus de conversion de la biomasse tel que le procédé ici-décrit. Alternativement ou en plus, une partie ou la totalité des composés organiques du fluide vecteur FV résultent d'huile végétales modifiées par des procédés de transformation durable basés par exemple sur des matières premières renouvelables ou issue du recyclage de déchets.
[0067] Selon un mode de réalisation les fluide vecteurs FV selon la présente invention comprennent ou consistent en un mélange d'alcanes linéaires ou ramifiés ayant un poids moléculaire compris entre 250 et 500 g/mol, un point d'ébullition initial supérieur à 350°C sous 1 atmosphère et une viscosité inférieure à 500 cp à 0°C.
[0068] De préférence, les fluides vecteurs sont dépourvus de catalyseur, d'aditif et de réactifs chimiques. De préférence, le procédé selon la présente invention est mis en œuvre sans l'ajout de tels additifs.
[0069] L'installation 1 selon la présente invention comprend en outre au moins un capteur, de préférence un ensemble de capteurs 210, 220, 130, 150, 300 permettant de suivre les conditions du procédé en temps réel. De tels capteurs peuvent être sélectionnés parmi un capteur de température, un capteur de pression, un débitmètre, un viscosimètre, ou d'autres capteurs jugés nécessaires. Par exemple, la cuve de conversion 13 peut être pourvue d'un ou plusieurs capteurs de pression et/ou un ou plusieurs capteurs de température. Les réservoirs de récupération des liquides peuvent être équipés de capteur de pH, ou de moyens permettant de déterminer un développement bactérien, ou des capteurs de turbidité ou de transparence. Les flux de gaz peuvent être analysés en ligne par exemple au moyen de spectromètres infrarouges ou d'autres moyens d'analyse en ligne. Les unités de condensations peuvent alternativement ou en plus être pourvues de capteurs de température et/ou de pression et/ou de capteurs de gaz. La boucle de circulation BC peut également être pourvue de viscosimètre, de capteur de pression interne au circuit et/ou de capteur de température. L'unité de filtration 30 peut alternativement ou en plus comprendre un capteur de pression au niveau du dispositif de filtration 31 si des pressions sont requises pour la filtration. Des jauges peuvent être prévues dans les différents réservoirs, notamment dans le ou les réservoirs de fluide vecteur FV, se sorte à déterminer leur quantité ou les quantités mises en œuvre dans le procédé. Les capteurs de pression peuvent être utilisés à des fin de pesée, par exemple pour déterminer les quantités de biomasse ou d'autres produits du procédé. Des capteurs de position de différents organes tels que des vannes, incluant la vanne de dératisation 170, des clapets, du ou des rotors peuvent en outre être envisagés. Les moyens de détection ici-décrits permettent en particulier de déterminer en temps réel la présence et/ou la qualité des produits impliqués dans, et résultant du procédé de conversion. Les paramètres du procédé peuvent alors être adaptés en conséquence durant la conversion de la biomasse. Cela n'exclut pas que d'autres moyens de caractérisation puissent être mis en œuvre, par exemple via l'échantillonnage des produits et leur analyse différée dans un laboratoire, par exemple à des fins de contrôle de qualité ou de recherche et développement.
[0070] L'installation 1 selon la présente invention comporte une unité de pilotage (non représentée) permettant de piloter au moins l'un des différents organes de l'installation parmi le ou les dispositif de chargement 12, le dispositif de dosage 11, le ou les dispositif de circulation 14, unité de filtration 30, la ou les pompes 34, la vanne de dérivation 17 et d'autres organes utiles. L'unité de pilotage peut permettre à un ou plusieurs agents de piloter l'installation. Alternativement ou en plus l'unité de pilotage peut être adaptée pour recevoir les données en temps réels d'un ou plusieurs capteurs intégrés à l'installation 1 et d'initier une ou plusieurs commandes de pilotages de manière automatique en réponse aux valeurs reçues. L'unité de pilotage selon la présente description peut prendre la forme d'un automate programmable industriel adéquat, couramment désigné par le terme de PLC (Programmable Logic Controller) comprenant les programmes de contrôle et interface d'utilisation dédiés.
[0071] Alternativement ou en plus, l'installation 1 est pourvue de moyens de communication permettant de transmettre à distance au moins une partie des informations relatives aux données mesurées par un ou plusieurs capteurs. L'installation peut être pilotée à distance sur la base des données reçues.
[0072] Selon un mode de réalisation, l'installation comprenant en outre un module d'intelligence artificielle et/ou de deep learning permettant de déterminer ou d'ajuster les paramètres de l'installation et/ou du procédé de conversion en fonction des besoins.
[0073] La présente description couvre en outre une méthode de conversion d'une biomasse B en un ou plusieurs des produits mentionnés plus haut. En l'occurrence la méthode comporte une étape E1 d'introduire une quantité d'un fluide vecteur FV dans une cuve de conversion 13 d'une installation de conversion telle que celle décrite plus haut. En particulier, la cuve de conversion 13 est à pression atmosphérique et ne nécessite aucune pressurisation particulière. Les quantités de fluide vecteur FV peuvent être introduites depuis un réservoir de fluide vecteur 37 via une conduite adéquate. Le volume de fluide vecteur peut être prédéterminé en fonction des besoins et/ou ajusté lors du procédé de conversion. Le fluide vecteur peut circuler à travers une boucle de circulation BC ou bien être introduit directement dans la cuve de conversion 13. Selon un mode de réalisation, le fluide vecteur FV est introduit à température ambiante dans la cuve de conversion 13. Alternativement le fluide vecteur FV est porté à une température prédéterminée, correspondant à la température de conversion TC nécessaire à la conversion de la biomasse B ou à une température intermédiaire de préchauffage. [0074] La méthode selon la présente invention comporte une étape E2 d'introduire de la biomasse B dans la cuve de conversion 13. Les conditions anaérobies sont maintenues de sorte éviter ou limiter la présence d'oxygène dans la cuve de conversion 13. La biomasse B peut être ajoutée dans la cuve vide, avant le transfert du fluide vecteur FV. Alternativement, le fluide vecteur FV est introduit dans la cuve de conversion 13 avant que la biomasse B y soit introduite. La biomasse B une fois mélangée au fluide vecteur FV produit un mélange de conversion MC. La quantité de biomasse B introduite dans la cuve de conversion 13 peut être calibrée en fonction des besoins, notamment au moins du dispositif de dosage 11. Selon un mode de réalisation, le chargement de la biomasse B dans la cuve de conversion 13 est séquentiel. Selon un autre mode de réalisation, le chargement de la biomasse B dans la cuve de conversion 13 est continu.
[0075] La présente méthode comporte une étape E3 de porter l'un ou plusieurs du mélange de conversion MC et du fluide vecteur FV à une température prédéterminée. Selon un mode de réalisation, le fluide vecteur est porté à une température de conversion TC ou à une température intermédiaire avant que la biomasse B ne soit introduite dans la cuve de conversion. Selon un autre mode de réalisation, la biomasse B est ajoutée dans le fluide vecteur de sorte à produire un mélange de conversion MC, lequel est porté à une température prédéterminée, pouvant être une température de conversion TC ou une température intermédiaire. Selon un mode de réalisation un profil de température en fonction du temp est appliqué de sorte à faire varier la température au cours du procédé de conversion. De préférence, la température de conversion TC est déterminée dans une plage comprise entre 200°C et 400°C.
[0076] La présente méthode comporte une étape E4 de mettre en circulation le mélange de conversion MC pendant une durée prédéterminée. La mise en circulation s'effectue au moyen d'un ou plusieurs dispositifs de mise en circulation 14 tels décrit plus haut. De préférence, la mise en circulation est accompagnée du broyage concomitant de la biomasse B en des éléments de taille calibrée comme décrit plus haut. La mise en circulation du mélange de conversion peut être effectué à une vitesse contrôlée de sorte à maîtriser les temps de résidence de la biomasse dans la cuve de conversion 13 et/ou la pression locale obtenue par l'éjection du mélange de conversion MC. Le mélange de conversion MC est mis en circulation dans au moins une boucle de circulation BC depuis une ou plusieurs entrées 15 jusqu'à une ou plusieurs sorties 16. Le mélange de conversion MC peut être mis en circulation pendant une durée de conversion DC prédéterminée ou évaluée en temps réel en fonction des conditions du procédé.
[0077] La présente méthode comporte une étape E5 de condenser au moins un des gaz issus de la cuve de conversion de sorte à obtenir un ou plusieurs liquides, comprenant au moins un premier liquide L1. La condensation du ou des gaz s'effectue de manière continue alors que le mélange de conversion circule dans la boucle de conversion et à travers la cuve de conversion 13. La condensation des gaz s'effectue dans les conditions de pression du procédé, c'est-à-dire sans pressurisation ni dépressurisation. Selon un mode de réalisation, un premier L1 et un second L2 liquides sont obtenus par condensation factionnées des gaz issus de la cuve de conversion. Le second liquide L2 peut avoir une température d'évaporation inférieure au premier liquide L1. Les proportions et/ou les quantités des premiers L1 et second L2 liquides peuvent être déterminées en ajustant l'un ou plusieurs des paramètres parmi la température de conversion TC, la durée de conversion DC, la taille des éléments de la biomasse B, la nature du fluide vecteur FV, le débit du mélange de conversion MC et la nature de la biomasse B. D'autres paramètres peuvent être considérés selon les besoins.
[0078] La méthode selon la présente description comprend éventuellement une étape E6 de stopper l'introduction de biomasse dans la cuve de conversion 13 après la durée de conversion DC.
[0079] La présente méthode comprend une étape E7 d'extraire une partie ou l'intégralité du mélange de conversion MC de la boucle de circulation vers une unité de filtration 30. De la sorte les résidus solides en suspension dans le mélange de conversion MC peuvent être soustrait du procédé en cours. L'extraction du mélange de conversion peut se faire au moyen d'une ou plusieurs vannes de dérivation 17, avantageusement pilotée de manière automatisée et/ou à distance, mais pouvant alternativement ou en plus être actionnée manuellement. Les quantités de mélange de conversion ainsi prélevé de la boucle de circulation peuvent être déterminées sur la base de paramètres tels que la durée de résidence du mélange de conversion MC dans la boucle de circulation, la viscosité du mélange de conversion, une valeur de turbidité le cas échéant, la nature des gaz collectés ou des liquides condensés, déterminés par exemple via leur température de condensation ou tout autre paramètre jugé pertinent. Alternativement ou en plus, le prélèvement d'une partie du mélange de conversion peut être effectué après une durée de conversion DC prédéterminée.
[0080] Selon un mode de réalisation alternatif, le mélange de conversion peut être extrait directement de la cuve de conversion, par exemple depuis une partie inférieure propre à recueillir d'éventuels élément sédimentés.
[0081] L'extraction du mélange de conversion MC par la ou les vannes de dérivation 17, ou par la cuve de conversion, peut nécessiter l'interruption du chargement de biomasse dans la cuve. Alternativement, la présente méthode peut être adaptée pour maintenir le chargement de biomasse dans la cuve pendant l'extraction d'une partie du mélange de conversion, de sorte que l'intégralité du procédé puisse être opéré de manière continue.
[0082] La méthode comporte une étape E8 de filtrer le mélange de conversion MC dérivé. La filtration du mélange de conversion, ou certaines étapes de la filtration du mélange de conversion MC dérivé du circuit de conversion, telles que le rinçage des résidus solides RS, peuvent être opérées en parallèle du procédé de conversion décrit ci-dessus. Le fluide vecteur FV ou une partie du fluide vecteur est réintroduite dans la boucle de circulation, soit directement, soit après un traitement de régénération. L'étape de filtrer le mélange de conversion MC résulte en l'obtention d'au moins un résidu solide RS. La nature et/ou la composition du résidus solde peut être déterminée en fonctions des conditions de filtrations, comprenant par exemple le nombre de cycles de filtration, la porosité des surfaces de filtration, l'usage ou non de solvant et leur nature, l'usage ou non de pressurisation ou de dépressurisation, etc...
[0083] Selon un mode de réalisation, le procédé mis en œuvre selon la présente description permet de collecter 4 ou plus de 4 liquides distincts, au moins un grade de charbon, au moins un grade d'huile végétale, au moins un grade d'acide pyrolignieux, et un mélange de gaz non condensables, en particulier le dioxyde de carbone. Le nombre de produits récupérés dépend par exemple de la nature de la biomasse traitée.
[0084] Selon un mode de réalisation, 1 kg de biomasse peut être convertie en au moins 400g de charbon, 150g d'huile végétale, 250 g d'aide pyrroligneux, et 150g de gaz.
[0085] Le procédé ici décrit s'effectue de préférence de manière continue ou semi-continue. En particulier, une ou plusieurs des étapes E1 à E5 ici- décrites peuvent être réitérées durant la filtration du mélange de conversion dérivé.
[0086] La méthode selon la présente description peut être mise en œuvre manuellement, par un ou plusieurs opérateurs localisés au niveau de l'installation 1. De préférence, une ou plusieurs des étapes mentionnées plus haute peuvent être mises en œuvre de manière automatisées ou partiellement automatisée. Selon un mode de réalisation, un ou plusieurs paramètres parmi la pression, la température, la viscosité, le débit, la masse, collectés au moyen de capteurs au cours des procédé de conversion, sont utilisés pour piloter l'installation en temps réel, soit manuellement, soit automatiquement, soit à distance, ou selon une combinaison de ces modes manuel, distanciel et automatisé. Selon un mode de réalisation un ou plusieurs des éléments de l'installation ici-décrit, notamment le dispositif de chargement 12, le dispositif de dosage 11, le dispositif de circulation 14, l'unité de filtration 30, la pompe 34, et la vanne de dérivation 17 sont pilotés en fonction des valeurs transmises par les capteurs, de manière au moins partiellement automatisée et/ou à distance. [0087] Selon un mode de réalisation, une ou plusieurs des valeurs collectées par un ou plusieurs des capteurs sont stockées dans une ou plusieurs bases de données. Ces valeurs peuvent être consultées après la fin du procédé de conversion, pour des opérations de contrôle, de maintenance ou de développement. Avantageusement, les valeurs collectées peuvent être traitées selon des algorithmes spécifiques, par exemple relatifs à des programmes d'intelligence artificielle.
[0088] Les différents modes de réalisation ici décrits n'ont pas vocation à être mutuellement exclusifs. Ils peuvent être combinés ou dissociés dans les limites physiques de réalisation de la présente installation et de la présente méthode.
Numéros de référence employés sur les figures
1 Installation de transformation de biomasse 10 Unité de conversion 11 Dispositif de dosage
12 Dispositif de chargement 13 Cuve de conversion
14 Dispositif de circulation 18 Collecteur de gaz 140 Ensemble d'entrainement 141 Rotor 142 Stator 143 Axe d'entrainement 144 Tête d'entrainement 145 Canaux de rotor
146 Canaux de stator
15, 16 Boucle de circulation 17 Dérivation 170 Vanne de dérivation 20 Unité récupération de liquides 21 Première unité de condensation 21a Premier condenseur 21 b Premier collecteur 22 Seconde unité de condensation 22a Second condenseur
22b Second collecteur 23 Brûleur 30 Unité de filtration 31 Dispositif de filtration 32 Ligne de récupération 34 Pompe 35 Réservoir de solvant 36 Séparateur solvant / fluide vecteur
37 Réservoir de fluide vecteur B Biomasse BC Boucle de circulation
G Gaz
FV Fluide vecteur
L1, L2 Premier et second liquide
MC Mélange de conversion
RS Résidu solide
210, 220, 130, 150 Capteurs
300

Claims

Revendications
1. Installation (1) de conversion de biomasse (B) en un ou plusieurs produits sélectionnés parmi un ou plusieurs liquides (L1, L2), un ou plusieurs gaz (G) et un résidu solide (RS), l'installation comprenant :
- une unité de conversion (10), comprenant un dispositif de chargement (12) de la biomasse (B), une cuve de conversion (13) de la biomasse, et au moins un dispositif de circulation (14) adapté pour mettre en circulation un mélange de conversion (MC) dans une boucle de circulation,
- une unité de récupération de liquides (20), disposée en aval de l'unité de conversion (10), comprenant au moins une unité de condensation (21, 22) adaptée à la condensation des gaz issus de la cuve de conversion (13) en au moins un premier liquide (L1),
- une unité de filtration (30), disposée en aval de l'unité de conversion (10), comprenant au moins un dispositif de filtration (31) adapté à la récupération de résidus solides (RS), et
- au moins un système de thermorégulation du mélange de conversion (MC), dans laquelle la cuve de conversion (13) reste à pression atmosphérique, le mélange de conversion (MC) comprend de la biomasse (B) mélangée à un fluide vecteur (FV), la boucle de circulation comprenant une alimentation (15) et une sortie (16) permettant de faire circuler le mélange de conversion (MC) à travers la cuve de conversion (13), de sorte à augmenter localement la pression du mélange de conversion (MC) d'un facteur de 1 à 50, de préférence de 3 à 50.
2. Installation selon la revendication 1, ledit dispositif de chargement (12) étant adapté à maintenir la biomasse (B) en conditions anaérobie et à limiter ou éviter l'introduction d'oxygène dans la cuve de conversion (CV).
3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle ledit dispositif de chargement (12) comprend ou est associé à un dispositif de dosage (11) de la biomasse (B) introduite dans la cuve de conversion (13), ledit dispositif de dosage étant modulable de sorte à introduire une quantité variable de biomasse (B) comprise entre 1 Kg / heure et 10 tonne / heure.
4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit au moins un dispositif de circulation est en outre adapté à broyer la biomasse (B) en éléments de taille inférieure à 10 cm ou inférieure à 1 cm.
5. Installation selon la revendication 4, ledit au moins un dispositif de circulation étant modulable de sorte à adapter la taille des éléments de biomasse en fonction d'un ou plusieurs paramètres parmi la nature de la biomasse (B), la nature et/ou la proportion du premier liquide (L1), le cas échéant la nature et/ou la proportion du second liquide (L2) à obtenir, la nature du fluide vecteur (FV) et la température du fluide vecteur (FV).
6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, ledit au moins un dispositif de circulation comprenant un ensemble d'entrainement (140) comprenant un rotor (141) pourvu d'un axe d'entrainement (143) et d'une tête d'entrainement (144) comportant un ou plusieurs canaux de rotor (145), et un stator (142) comprenant un ou plusieurs canaux de stator (146) et disposé de manière concentrique à la tête d'entrainement, ladite tête d'entrainement (144) étant espacée dudit stator (142) d'une distance d adaptée à la taille des éléments de la biomasse à obtenir.
7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, ladite boucle de circulation comprenant au moins une dérivation (17), adaptée pour extraire une partie du mélange de conversion (MC) vers l'unité de filtration (30).
8. Installation selon la revendication 7, ladite au moins une dérivation (17) étant activable au moyen d'une ou plusieurs vannes de dérivation (170).
9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, ladite unité de filtration (30) comprenant une ligne de récupération (32) du fluide vecteur (FV) issu de la filtration.
10. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle ledit fluide vecteur (FV) comprend ou est constitué de molécules non volatiles dont le poids moléculaire est compris entre 250 et 5000 Da et/ou la température d'ébullition est supérieure à 350°C sous 1 bar, et/ou la viscosité est comprise entre 1 et 1000 cp à 0°C.
11. Installation selon la revendication 10, ledit fluide vecteur étant sélectionné parmi une huile minérale comprenant un ou plusieurs hydrocarbures aliphatiques, un ou plusieurs hydrocarbures aromatiques ou leur combinaison, une huile silicone, un liquide ionique, un sel fondu, une huile végétale, une huile végétale chimiquement modifiée, une huile synthétique résultant de ressources renouvelables, ou leur combinaison.
12. Installation selon l'une des revendications 10 et 11, dans lequel le mélange de conversion (MC) est exempt de catalyseur, d'additifs, et de réactifs chimiques ajoutés.
13. Installation selon l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle la biomasse (B) est une biomasse lignocellulosique non comestible de seconde génération issue d'activités municipales, agricoles ou forestières.
14. Installation selon l'une des revendications 1 à 13, ledit au moins un système de thermorégulation du mélange de conversion (MC) étant adapté à maintenir ou faire varier la température du mélange de conversion à une température comprise entre 200°C et 400°C.
15. Installation selon l'une des revendications 1 à 14, l'unité de récupération des liquides (20) comprenant un ou plusieurs brûleurs (23) adaptés à la combustion des gaz non condensés et à la récupération de l'énergie correspondante.
16. Installation selon l'une des revendications 1 à 15, comprenant en outre au moins un capteur (210, 220, 130, 150, 300) sélectionné parmi un capteur de température, un capteur de pression, un débitmètre et un viscosimètre, et une unité de pilotage adaptée à la commande de l'un ou plusieurs des dispositif de chargement (12), dispositif de dosage (11), dispositif de circulation (14), unité de filtration (30), pompe (34) et vanne de dérivation (17), en fonction des données collectées par ledit au moins un capteur.
17. Installation selon l'une des revendications 1 à 16, comprenant en outre un module d'intelligence artificielle et/ou de deep learning.
18. Méthode de conversion d'une biomasse (B) en un ou plusieurs produits sélectionnés parmi un ou plusieurs liquides (L1, L2), un ou plusieurs gaz (G) et un résidu solide (RS), au moyen d'une installation selon l'une des revendications 1 à 17, comprenant les étapes de :
- (E 1 ) introduire une quantité d'un fluide vecteur (FV) dans une cuve de conversion (10) maintenue à pression atmosphérique,
- (E2) introduire de la biomasse (B) dans la cuve de conversion (10) dans des conditions anaérobies, de sorte à former un mélange de conversion (MC) avec ledit fluide vecteur (FV),
- (E3) porter le mélange de conversion (MC) et/ou le fluide vecteur (FV) à une température de conversion (TC) comprise entre 200°C et 400°C,
(E4) mettre en circulation pendant une durée de conversion (DC) le mélange de conversion (MC) à travers la cuve de conversion (10) au moyen d'un dispositif de circulation (14) formant une boucle de circulation ayant une alimentation (15) et une sortie (16) de sorte à augmenter localement la pression du mélange de conversion (MC) d'un facteur de 1 à 50, et
- (E5) condenser les gaz issus de la cuve de conversion (10) en au moins un premier liquide (L1), où la condensation des gaz s'effectue en continue et à pression atmosphérique lors de la circulation du mélange de conversion (MC) dans la boucle de conversion.
19. Méthode selon la revendication 18, comprenant en outre les étapes de :
- (E6) stopper l'introduction de biomasse dans la cuve de conversion (10),
- (E7) extraire une partie du mélange de conversion (MC) de la boucle de circulation vers une unité de filtration (30), au moyen d'une vanne de dérivation (17) après la durée de conversion (DC),
- (E8) filtrer le mélange de conversion (MC) dérivé de sorte à réintroduire le fluide vecteur (FV) dans la boucle de circulation et à récupérer les résidus solides (RS), et
- réitérer les étapes (E1) à (E5) durant la filtration du mélange de conversion dérivé.
20. Méthode de conversion selon l'une des revendications 18 et 19, dans laquelle la mise en circulation du mélange de conversion (MC) s'accompagne du broyage de la biomasse (B) contenue dans le fluide vecteur (FV) en des éléments de taille inférieure à 10 cm ou inférieure à 1 cm.
21. Méthode selon l'une des revendications 18 à 20, dans laquelle un premier (L1) et un second (L2) liquides sont obtenus, le second liquide (L2) ayant une température d'évaporation inférieure au premier liquide (L1), et dans laquelle les proportions et/ou les quantités des premiers (L1) et second (L2) liquides sont déterminées grâce à l'ajustement de l'un ou plusieurs des paramètres parmi la température de conversion (TC), la durée de conversion (DC), la taille des éléments de la biomasse (B), la nature du fluide vecteur (FV), le débit du mélange de conversion (MC) et la nature de la biomasse (B).
22. Méthode selon la revendication 21, dans laquelle un ou plusieurs paramètres parmi la pression, la température, la viscosité, le débit, la masse, collectées au moyen de capteurs sont déterminés en cours de conversion, et où un ou plusieurs des éléments parmi le dispositif de chargement (12), le dispositif de dosage (11), le dispositif de circulation (14), l'unité de filtration (30), la pompe (34), et la vanne de dérivation (17) sont pilotés en fonction desdites valeurs, de manière au moins partiellement automatisée et/ou à distance.
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WO2015101713A1 (fr) * 2013-12-31 2015-07-09 Upm-Kymmene Corporation Procédé intégré de production d'hydrocarbures
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