BE1017136A6

BE1017136A6 - Installation de gazeification de biomasse dans un reacteur cyclonique.

Info

Publication number: BE1017136A6
Application number: BE2006/0271A
Authority: BE
Original assignee: Allard Georges
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2008-03-04
Anticipated expiration: 2012-05-12

Abstract

Installation de gazéification de biomasse par pyrolyse à haute température (800 à 1000°C) dans un réacteur composé d'un étage supérieur où s'effectue, avec un mouvement tourbillonnaire, ladite pyrolyse et d'un étage inférieur où s'effectue ensuite la gazéification du produit résultant. Le gaz obtenu lors de ces traitements est riche hydrogène (H2) ainsi qu'en monoxyde de carbone (CO) et dioxyde de carbone (CO2) mais pauvre en goudrons. La pyrolyse s'effectue suite au recyclage du gaz produit à haute température. Le gaz résultant du traitement est sufisamment riche et pourra, après traitement adéquat, être utilisé pour faire fonctionner un moteur dual-fuel ou une turbine à gaz.

Description


  Installation de gazéification de biomasse dans un réacteur cyclonique.
On entend par biomasse un produit qui provient des déchets organiques tels que par exemple des déchets de bois, des déchets provenant de agriculture, des déchets provenant de l'industrie alimentaire, de diverses boues de décantation ou d'un mélange de ces divers produits.
Cette production de déchets est mondialement en augmentation, plus dans certains continents que d'en d'autres, vu le développement et l'évolution de ceux-ci.
Il était donc utile de trouver un procédé d'utilisation de cette biomasse et ceci principalement en tant que combustible pour produire, par pyrolyse, un gaz riche en hydrogène (H2) et en monoxyde de carbone (CO) et ce avec très peu de goudron.

   En effet, avec les gazogènes connus, le problème est qu'ils produisent un gaz combustible peu riche mais surtout avec des goudrons ce qui oblige, pour utilisation du gaz, de réduire ces goudrons soit par un cracking catalytique soit par lavage.
Pour avoir une réaction maximum cette biomasse est réduite en fines particules facilitant ainsi le contact avec le gaz caloporteur.
Diverses solutions ont été investiguées comme par exemple dans la demande de brevet US 2005/0247553 où la carbonisation/pyrolyse est effectuée dans un réacteur et la gazéification puis reformage du gaz dans un second réacteur ce qui augmente la surface occupée et multiplie les risques de problèmes.

   Un système similaire a été décrit dans la DE 100049887 avec les mêmes inconvénients.
L'idée développée ci-après prévoit que la pyrolyse de cette biomasse s'effectue dans un seul réacteur tel que décrit dans le brevet EP 1.143.195.
Ce réacteur comprend: - un étage supérieur où s'effectue, avec un mouvement tourbillonnaire de la matière entraînée par le gaz de transport pneumatique prélevé sur le gaz recyclé produit et supportée par les gaz montants de l'étage inférieur, la carbonisation ou pyrolyse a - un étage inférieur où à lieu la gazéification.
Dans la partie supérieure du réacteur s'effectue une hydrogénopyrolyse vu la présence d'hydrogène (H2et H20) contenu dans le gaz recyclé, système tel qu'utilisé pour liquéfier le charbon.

   La biomasse, finement granulée et qui est contenue dans un silo, est injectée dans la partie supérieure du réacteur par l'intermédiaire d'un fluide porteur composé d'une petite quantité du gaz produit et recyclé, lui-même mélangé à de la vapeur d'eau. Cette biomasse est préchauffée à une température d'environ 200[deg.]C par l'intermédiaire d'un échangeur chauffé par le gaz prélevé à la partie supérieure de la double paroi.

   Ce chauffage de la biomasse, vu sa fine granulométrie, permet d'évaporer une grande partie de l'humidité contenue dans ladite biomasse.
La pyrolyse, qui dans le cas présent est du type flash, donne lieu à trois phases
- une fraction gazeuse non condensable à basse température - une fraction vapeurs condensables à basse température
" une phase aqueuse
" une phase lourde qui sont les goudrons
- un résidu solide qui est le charbon de bois
Les proportions de ces différents composants dépendent de la composition de la biomasse et surtout des conditions de pyrolyse.
La pyrolyse, pour éviter au maximum la formation des goudrons, doit s'effectuer à haute température (env.

   1000[deg.]C) ce qui permet en plus de réduire le temps de passage et de diminuer les résidus (charbon de bois) au profit des gaz.
Dans notre cas, vu la température régnant dans le réacteur, outre l'hydrogène (H2environ 25%) et le monoxyde de carbone (CO environ 45%) il y a également du méthane (CH4environ 10% en volume) et de l'éthane (C2[pound]-6 environ 2%) ainsi que du dioxyde de carbone (C02moins de 10%).

   Cependant la température obtenue par la combustion de la biomasse n'est pas suffisante et il est nécessaire d'apporter un complément calorifique pour augmenter la vitesse de réaction.
Pour ce faire, la partie supérieure du réacteur (partie carbonisation/pyrolyse) présente une double paroi dans laquelle est introduit un fluide chaud, formé d'une partie (env. 10%) du gaz produit mélangé à de l'air lui-même réchauffé, en circulant dans un échangeur chauffé par les gaz sortant au sommet du réacteur.

   Ce mélange gaz-air est encore, en plus, porté à plus haute température (env. 1100[deg.]C) par l'intermédiaire d'un brûleur dont le démarrage s'effectue par l'apport de gaz naturel (CH4).
L'atmosphère régnant dans cette partie supérieure du réacteur est composée en majorité d'hydrogène (H2) provenant du gaz recyclé et de la vapeur d'eau (H20) avec présence de monoxyde de carbone (CO) et de dioxyde de carbone (C02).
Le charbon de bois résultant de ce traitement et qui représente 15 à 20% en poids de la biomasse introduite, descend ensuite dans le réacteur inférieur où il subit une gazéification à l'air ou à l'oxygène (02) à environ 1000[deg.]C, ainsi que décrite dans le brevet EP 1143195.

   Le gaz riche résultant, qui contient peu d'hydrocarbures, est recueilli, suite à son mouvement ascendant, au sommet du réacteur et pourra, après traitement adéquat, être utilisé pour faire fonctionner un moteur dual-fuel ou une turbine à gaz.
La partie gaz non condensable est formée de monoxyde de carbone (CO) de dioxyde de carbone (C02) et d'hydrogène (H2) sert également de combustible.
D'autres particularités et caractéristique de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation avantageux repris ci-après, à titre d'exemple non limitatif, et faisant référence à la figure 1 annexée.
La figure 1 présente une forme préférée du réacteur appliquant le procédé.
La biomasse (1) se présentant sous forme de fines est contenue dans le silo
(2).

   Ce silo (2) est entouré d'un échangeur (3) dans lequel circule une partie du gaz (13) prélevé à la partie supérieure de la double paroi (14) et qui se trouve encore à une température d'environ 200[deg.]C. Grâce à cette température la biomasse est débarrassée en partie de l'humidité qu'elle renferme. Cette biomasse (1) est introduite dans la partie supérieure (5) du réacteur (6) par l'intermédiaire d'un injecteur (7) alimenté en fluide porteur (8) composé d'un mélange de gaz prélevé sur le gaz (4) sortant du réacteur (6) et de vapeur d'eau (11), préchauffée dans l'échangeur (10) par le gaz (4) sortant du réacteur (5).
L'introduction tangentielle de cette biomasse (1), portée par le mélange gaz/vapeur sortant de l'injecteur (7), donne à cette dernière un mouvement tourbillonnaire le long de la paroi du réacteur (5).

   Cette biomasse, de granulométrie fine, étant de plus supportée par le flot montant du gaz (4) provenant du réacteur inférieur (12) descend lentement et reste donc ainsi en contact plus durable avec les gaz réducteurs permettant ainsi une pyrolyse complète.
La température régnant dans la partie carbonisation/pyrolyse (5) du réacteur (6) qui est de l'ordre 700[deg.]C, est portée à environ 1100[deg.]C grâce à la chaleur apportée par le gaz chaud (13) parcourant la double paroi (14) entourant la partie supérieure (5) du réacteur (6).

   Le fluide parcourant la double paroi est constitué par une petite partie (environ 10%) du gaz (4) sortant du réacteur (6) à une température de 800[deg.]C environ, mélangé à de l'air chaud (15) provenant de l'échangeur (16) chauffé par les gaz (4) sortant du réacteur (6), la température de ce mélange gaz/air étant encore augmentée jusqu'à 1100[deg.]C environ par l'intermédiaire d'un brûleur (17) qui sert de torche pilote pour le démarrage de la combustion.
Le gaz (4) résultant, qui contient des hydrocarbures légers, est recueilli, suite à son mouvement ascendant, au sommet du réacteur (6).
Le coke obtenu après carbonisation/pyrolyse (environ 15 à 20% de la biomasse introduite), descend ensuite dans la partie inférieure (12) du réacteur (6)

   où il subit une gazéification.
Bien qu'on ait décrit et illustré des formes d'exécution préférées de l'invention, il doit bien être entendu que d'autres variantes peuvent également être appliquées tout en restant dans le cadre du principe inventif repris.

Claims

Revendications

1. Installation de gazéification de biomasse (1), finement broyée, par pyrolyse à haute température (1000[deg.]C environ), caractérisé en ce que le traitement s'effectue dans un seul réacteur cyclonique (6) composé de deux parties - une partie supérieure (5) où à lieu la pyrolyse, à une température d'environ

1000[deg.]C, suite à l'injection tangentielle de ladite biomasse (1) grâce à un fluide porteur (8) donnant un mouvement tourbillonnaire le long de la paroi du réacteur

- une partie inférieure (12) dans laquelle à lieu la gazéification du produit résultant.

2. Installation suivant revendication 1 caractérisé en ce que l'opération de pyrolyse décompose la biomasse (1) en:

- gaz non condensables tels que monoxyde de carbone (CO), dioxyde de carbone (C02), hydrogène (H2) et divers hydrocarbures légers - un résidu solide (charbon de bois).

3. Procédé dé gazéification de biomasse (1) caractérisé en ce que, après pyrolyse à haute température (1000[deg.]C env.) dans la partie supérieure (5) du réacteur (6), les produits volatils (4) résultants sont recueillis au sommet du réacteur (6).

4. Procédé suivant revendication 3 caractérisé en ce que la température des gaz à la sortie du réacteur (6) permet de préchauffer la vapeur d'eau qui, mélangée à une partie du gaz (4) produit, sert de fluide porteur pour l'injection de la biomasse (1) dans la partie supérieure (5) du réacteur (6), de même que l'air, qui mélangé également à une partie du gaz (4) produit servira, après passage au travers d'un brûleur (17) alimenté en gaz naturel, à augmenter la température intérieure dans la partie supérieure (5) du réacteur (6) en parcourant l'enveloppe

(14) entourant cette partie du réacteur.

5. Procédé suivant revendication 3 caractérisé en ce que la température du gaz parcourant la double paroi permet de préchauffé le silo (2) et par-là la biomasse (1)

6. Procédé suivant revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le produit solide (charbon de bois) obtenu après pyrolyse subit une gazéification dans la partie inférieure (12) du réacteur (6).

7. Produits obtenus suivants les revendications précédentes caractérisés en ce que

- les vapeurs condensables (méthylique, éthyliques) serviront, après traitement adéquat, de carburant

- les gaz non condensables seront utilisés pour la pyrolyse.

- le résidu solide (env. 15 à 20% de la biomasse injectée) servira comme charbon de bois.