CA2656283A1 - Procede et systeme de torrefaction d'une charge de biomasse - Google Patents
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Abstract
Procédé de torréfaction d'une charge de biomasse végétale (B), comprenant les étapes suivantes: - génération d'un flux gazeux de traitement par des m oyens de génération thermique (G); - génération d'une couche de matière à ha ute température, dite base thermique; - traitement de ladite charge de bioma sse (B) par ledit flux gazeux de traitement, ledit flux gazeux de traitement se chargeant d'éléments gazeux comprenant de la vapeur d'eau et de gaz de p yrolyse combustibles provenant de ladite charge de biomasse (B) lors dudit t raitement; et - recyclage d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau par p assage d'au moins une partie dudit flux gazeux chargé au travers de ladite b ase thermique; L'invention concerne aussi un système de torréfaction d'une c harge de biomasse végétale (B).
Description
Procédé et système de torréfaction d'une charge de biomasse La présente invention concerne un procédé et un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale et plus particulièrement une charge de bois.
Le domaine de l'invention est le domaine de la torréfaction d'une charge de biomasse végétale et notamment d'une charge de bois.
La biomasse végétale est une matière première renouvelable dont le potentiel d'énergie, restitué à la combustion, est sensiblement similaire à
celui du charbon. Selon son mode de valorisation thermique, la biomasse végétale peut avoir un rendement énergétique de 35% à 100%. Cela est dû
à l'hydrophilie de la fibre végétale qui se gorge d'eau, dont l'élimination est coûteuse en énergie. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) moyen de la biomasse végétale sèche est d'environ 18 100 kJ/kg.
En appliquant certaines méthodologies de valorisation thermique, à la biomasse végétale, le produit final peut être porté à la valeur théorique de son pouvoir calorifique supérieur (PCS), soit 32 750 kJ/kg. Cette augmentation de potentiel d'énergie est propre à la biomasse végétale et plus particulièrement à ses caractéristiques chimiques. Cette augmentation de PCS par kilogramme de produit final est obtenue par une dégradation de la biomasse d'origine, au détriment de sa valeur énergétique intrinsèque originelle. On constate ainsi que le PCS des composants combustibles de 1 kg de biomasse anhydre peut atteindre la valeur moyenne de 23 600 kJ/kg.
La même biomasse séchée, dans les conditions actuelles de procédé, a un PCS usuel moyen de 19 100 kJ/kg.
L'un des principes d'optimisation est de réduire la quantité d'oxygène contenue dans la matière anhydre, pour augmenter le pourcentage massique de carbone. La torréfaction est un des procédés utilisés actuellement pour arriver à ce résultat.
Pour être torréfiée, une charge de biomasse doit être portée à des températures comprises entre 280 et 320 C. Ces températures étant élevées, l'énergie consommée pour porter une charge de bois à ces températures est importante et grève le rendement global des procédés de torréfaction utilisés actuellement.
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L'un des objectifs de l'invention est de proposer un procédé et un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale présentant un meilleur rendement que les procédés et systèmes utilisés actuellement.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé et système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale qui demande moins d'apport énergétique externe pour torréfier une charge de biomasse que les procédés et systèmes actuels.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé et un système de torréfaction présentant des performances environnementales optimales, meilleures que celles des systèmes de torréfaction actuels.
L'invention propose de remédier aux problèmes précités par un procédé de torréfaction d'une charge de biomasse végétale, comprenant les étapes suivantes:
- génération d'un flux gazeux de traitement par des moyens de génération thermique - génération d'une couche de matière à haute température, dite base thermique ;
- traitement de ladite charge de biomasse par ledit flux gazeux de traitement, ledit flux gazeux de traitement se chargeant d'éléments gazeux comprenant de la vapeur d'eau et de gaz de pyrolyse combustibles provenant de ladite charge de biomasse lors dudit traitement ; et - recyclage d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau par passage d'au moins une partie dudit flux gazeux chargé au travers de ladite base thermique ; et Le procédé selon l'invention met en jeu une base thermique composée essentiellement d'une couche de matière à haute température. Cette couche de matière à haute température est ensuite utilisée pour recycler le flux gazeux de traitement chargé d'éléments gazeux et notamment de vapeur d'eau. Le recyclage du flux gazeux de traitement permet de récupérer une partie de l'énergie contenue dans le flux gazeux chargé par passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique. Un tel recyclage rend possible un meilleur rendement de torréfaction, une diminution de l'énergie de l'apport énergétique externe nécessaire à la torréfaction, et moins de _3 pollution en comparaison avec les procédés et systèmes actuels de torréfaction.
Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, la base thermique est composée essentiellement d'une charge de biomasse végétale optimisée, dont la combustion est conduite dans des conditions optimales, permettant l'obtention de hautes températures. Cette couche de matière à haute température est ensuite utilisée pour recycler le flux gazeux utilisé dans le procédé de traitement selon l'invention. Ce flux est chargé
d'éléments gazeux après traitement de la biomasse à torréfier, notamment de la vapeur d'eau, contenue dans la matière première, et des composés organiques, gazéifiés au cours de la torréfaction. Le recyclage du flux gazeux de traitement permet de récupérer une partie de l'énergie contenue dans la vapeur d'eau, extraite de la biomasse d'origine. Le passage du flux gazeux, chargé des gaz pyrolyses comprenant des composés organiques volatils (COV), au travers de la base thermique permet leur combustion à
haute température et l'exploitation de l'énergie délivrée. Ce recyclage optimise le rendement de torréfaction de la biomasse végétale et préserve l'environnement :
- le recyclage de la vapeur d'eau extraite de la matière première et la récupération de l'énergie induite pour son extraction, diminue sensiblement la consommation d'énergie mise en oruvre dans le procédé, - la combustion des composés organiques gazéifiés au cours du procédé de torréfaction peut être complète. Elle est réalisée alors que les composés organiques sont à haute température, donc à l'état gazeux, sans qu'aucune condensation élémentaire ne soit possible. Leur combustion est stcechiométrique et peut être sans impact sur l'environnement, - l'énergie délivrée par la combustion des composés organiques peut suffire aux besoins du procédé de torréfaction, - l'énergie résiduelle est supérieure à celle mise en oeuvre à
l'initialisation du procédé et peut profiter à d'autres applications, en se substituant aux énergies qu'elles emploient ou emploieraient.
Avantageusement le flux gazeux de traitement est essentiellement composé de C02.
De plus, la base thermique générée dans le procédé selon l'invention est essentiellement composée d'éléments de carbone à haute température.
La génération de la base thermique peut comprendre une combustion sous 02 de biomasse torréfiée, cette combustion produisant des éléments de carbone à haute température. La biomasse utilisée comme combustible peut être de nature végétale ou animale ou de tout autre nature.
La base thermique réactive selon l'invention peut être en ignition à
une température qui est réglée par injection d'oxygène au cceur de ladite base thermique. Cette injection d'oxygène peut servir à contrôler la température et la production d'énergie au coeur de la base thermique.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une cogénération d'électricité à partir de la vapeur d'eau provenant d'un circuit de refroidissement ou de tout autre circuit pouvant être mis en jeu dans le procédé selon l'invention. Les procédés de cogénération d'électricité à partir de la vapeur d'eau sont bien connus de l'homme du métier.
Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une combustion, lors du passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique, d'éléments gazeux organiques provenant de la charge de biomasse et présent dans le flux gazeux chargé, cette combustion produisant de l'énergie thermique utilisable directement dans le procédé
et/ou de l'énergie électrique au moyen de systèmes dédiés. L'énergie thermique produite peut être utilisée pour la torréfaction d'une nouvelle charge de bois.
D'une manière avantageuse, le procédé selon l'invention peut comprendre un recyclage du flux gazeux chargé pour récupérer du gaz apte à être utilisé dans le flux gazeux de traitement. Le gaz récupéré peut être du C02 caloporteur.
Ce recyclage peut comprend un filtrage du flux gazeux chargé, après le passage du flux au travers de la base thermique. Ce filtrage peut servir à
éliminer des composés non brûlés lors du passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique.
Dans une version particulière de l'invention, la génération du flux gazeux de torréfaction peut comprendre une combustion sous 02 de biomasse torréfiée, cette combustion produisant un gaz de combustion comprenant essentiellement du C02. La biomasse torréfiée peut être de la biomasse végétale. Dans une version particulière du procédé selon l'invention, la biomasse torréfie utilisée pour la génération du flux gazeux et/ou pour la génération de la base thermique peut être de la biomasse végétale torréfiée obtenue par torréfaction d'une biomasse végétale grâce au procédé selon l'invention.
Après obtention d'un gaz de combustion, le procédé selon l'invention peut comprendre une phase préalable de condensation d'éléments contenus dans le gaz de combustion, pour récupérer un gaz résiduel comprenant du dioxyde de carbone, cette condensation ayant pour but notamment d'éliminer la vapeur d'eau contenu dans le gaz de combustion.
Le procédé selon l'invention peut en particulier comprendre une compression du gaz résiduel, pour condenser et récupérer le dioxyde de carbone en phase liquide.
Le gaz résiduel peut aussi transiter par au moins un échangeur thermique pour y acquérir la température de traitement, puis être réintroduit dans le cycle de traitement, pour être utilisé dans le traitement de la charge de biomasse à torréfier.
L'énergie thermique, nécessaire pour porter le gaz résiduel à la température de traitement, peut être obtenue par combustion de biomasse torréfiée, notamment de biomasse torréfiée obtenu grâce au procédé selon l'invention, et par la combustion des composés organiques volatils.
Dans une version particulièrement avantageuse de l'invention, le flux gazeux de traitement peut être généré par combustion d'un combustible solide, cette combustion générant aussi au moins une partie de la base thermique.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale, comprenant :
- des moyens de génération prévus pour générer un flux gazeux de traitement et une couche de matière à haute température, dite base thermique;
- une unité de traitement, prévu pour recevoir et soumettre ladite charge de biomasse audit flux gazeux de traitement, ladite unité
de traitement comprenant un four de traitement et des moyens d'introduction de la charge de biomasse dans ledit four de traitement et d'extraction de ladite charge de biomasse dudit four de traitement ;
- des moyens d'échange gazeux prévus pour réaliser la communication entre les moyens de génération et l'unité de traitement Les moyens de génération comprennent un dispositif de combustion d'un combustible solide prévus pour générer le flux gazeux de traitement par combustion dudit combustible.
Les moyens de génération comprennent aussi un dispositif de combustion d'un combustible solide et qui est agencé de façon à ce que la combustion dudit combustible solide forme au moins une partie de la base thermique.
Dans une version particulièrement avantageuse de l'invention, les moyens de génération comprennent un générateur thermique prévu pour générer au moins une partie du flux gazeux de traitement, ledit générateur étant aussi prévu pour générer au moins une partie de la base thermique.
Le générateur thermique peut comprendre un réacteur thermique ou un foyer à combustible solide ou encore un dispositif hybride, permettent la combustion d'un combustible solide, notamment de la biomasse végétale torréfiée, cette combustion produisant, d'une part, un flux gazeux de combustion dont au moins une partie peut être utilisée comme flux gazeux de traitement, et d'autre part, des éléments de carbone à haute température dont au moins une partie peut être utilisée pour réaliser la couche de matière à haute température dite la base thermique.
Avantageusement, le générateur thermique peut être muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur. Le générateur peut comprendre des parois doubles entre lesquelles le liquide caloporteur, par exemple de l'eau sous pression, peut circuler. Le liquide caloporteur peut aussi être projeté sur les parois du générateur thermique.
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Dans une version particulière de l'invention, le générateur thermique peut comprendre un foyer à grille prévu pour recevoir la base thermique et agencé pour réaliser le transfert des gaz chargés provenant de l'unité de traitement.
Le foyer à grille peut avantageusement être muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur dans les grilles du foyer.
Le générateur thermique peut aussi comprendre des moyens d'injection d'oxygène. L'injection d'oxygène peut, d'une part, servir à
réaliser la combustion d'un combustible solide destiné à la génération du flux gazeux de traitement et/ou de la base thermique, et d'autre part, à la régulation de la température au niveau de la base thermique.
Le générateur thermique peut en particulier comprendre une chambre de postcombustion de gaz de pyrolyse générés par la torréfaction de la charge de biomasse et/ou par la combustion incomplète d'un combustible solide. Cette chambre de postcombustion, est mise en oeuvre notamment pour la combustion des composés organiques volatiles et des gaz de pyrolyse.
Avantageusement, le générateur thermique peut comprendre au moins un échangeur thermique, cet échangeur thermique étant prévu pour réaliser des échanges thermiques entre, soit un gaz de combustion et le flux gazeux de traitement, soit un fluide composé essentiellement de vapeur d'eau à saturation et d'eau surchauffée et le flux gazeux de traitement, ce fluide étant essentiellement composé de vapeur d'eau provenant, soit de la torréfaction de la charge de biomasse, soit d'un circuit de refroidissement d'une partie du système.
Le four de traitement selon l'invention peut être un ensemble cylindrique comprenant un cylindre intérieur imbriqué dans un cylindre extérieur définissant un volume de traitement de la charge de biomasse, le cylindre intérieur recevant la charge de biomasse végétale à torréfier.
Le cylindre intérieur peut en particulier être muni d'une liberté en rotation selon un axe longitudinal par rapport au cylindre extérieur.
La paroi configurant le cylindre intérieur peut avantageusement être perforée, de manière à ce que, d'une part, le gaz de traitement puisse s'introduire dans ce cylindre et entrer en contact avec la charge de biomasse à traiter, et d'autre part, le gaz chargé puisse quitter ce cylindre après traitement de la charge de biomasse.
De plus, le cylindre intérieur peut comprendre au moins une forme proéminente sur sa paroi interne, sensiblement sur toute la longueur de la paroi interne, cette forme assurant l'entraînement et le brassage de la charge de biomasse lors du traitement. Le contact du gaz de traitement avec la charge de biomasse est ainsi facilité et le traitement de la charge de biomasse amélioré. Après traitement, le brassage de la charge de bois traité
permet de faciliter la libération du gaz de traitement chargé.
Dans une version avantageuse du système selon l'invention, le cylindre extérieur peut comprendre une enveloppe calorifugée limitant les déperditions thermiques et sécurisant le système.
Le cylindre extérieur peut en outre comprendre une paroi interne pleine enveloppant le cylindre intérieur et délimitant le volume de traitement de la charge de biomasse. Cette paroi interne définit le volume de traitement qui est en contact avec les différents flux gazeux.
Avantageusement, le four de traitement peut comprendre un déflecteur sur sensiblement toute la longueur du cylindre prévu pour diriger le flux gazeux de traitement vers la partie inférieur du volume de traitement de manière à répartir ledit flux sur toute la charge de biomasse.
Le four de traitement peut comprendre au moins deux brosses montées en contact, d'une part, avec la paroi interne du cylindre extérieur, et d'autre part, entre la paroi externe du cylindre intérieur de manière à
délimiter une zone d'introduction de flux gazeux de traitement dans le four de traitement et une zone d'extraction du flux gazeux après traitement de la charge de biomasse.
Ces brosses peuvent avantageusement être agencées pour brosser la paroi externe du cylindre intérieur de manière à déloger des particules de la charge de biomasse retenues sur le cylindre intérieur.
Le four de traitement comprend en outre un tube d'introduction du flux gazeux de traitement dans le volume de traitement. Ce tube d'introduction du flux gazeux peut être calorifugé grâce au procédés et systèmes connus dans l'art.
Le four de traitement comprend aussi un tube d'extraction du flux gazeux de traitement. Ce tube d'extraction du flux gazeux de traitement peut être calorifugé.
Le four de traitement peut avantageusement comprendre un tube d'injection de COz liquide dans la zone de traitement. Ce tube d'injection de C02 est prévu pour des raisons de sécurité et pour la régulation de la température au sein du volume de traitement de la charge de biomasse végétale.
Dans un mode de réalisation particulier l'unité de traitement peut comprendre des moyens de moteur agencés pour réaliser la rotation du cylindre intérieur autour d'un axe longitudinal. Ces moyens de rotation, en réalisant la rotation du cylindre intérieur permettent le brassage de la charge de biomasse présente dans le cylindre intérieur.
Selon un mode de réalisation particulier du système selon l'invention une extrémité du cylindre intérieur et du cylindre extérieur est munie d'une ouverture permettant l'introduction de la charge de biomasse dans le cylindre intérieur avant le traitement et l'extraction de la charge de biomasse après le traitement, l'autre extrémité (EF) étant fermée.
Lors du traitement de la charge de biomasse, cette ouverture est fermée étanche par des moyens de bouchon actionné par des moyens de piston.
L'unité de traitement peut en outre comprendre des moyens de positionnement horizontal du four de traitement. Ces moyens de positionnement permettent d'atteindre une position horizontale de l'unité de traitement, position qui est conservée lors du traitement de la charge de bois.
L'unité de traitement peut en outre comprendre des moyens agencés pour la rotation de l'ensemble cylindrique autour d'un axe horizontal. Ces moyens de rotation sont agencés pour positionner l'unité de traitement dans des positions particulières de chargement et de déchargement de la charge de biomasse.
L'unité de traitement peut avantageusement comprendre des moyens de réception de la charge de biomasse après traitement. Ces moyens de réception peuvent comprendre un bac de réception ou un chariot de réception.
Dans une position, dite de chargement, l'ensemble cylindrique est positionné verticalement, l'extrémité comportant une ouverture des cylindres intérieur et extérieur étant placée en haut, de manière à ce que la charge de biomasse à traiter puisse être introduite dans le cylindre intérieur.
Cette position est avantageusement utilisable pour démonter l'ensemble cylindrique, ou un des cylindres de l'unité de traitement, pour des opérations de maintenance. Cette position permet un chargement très pratique et très ergonomique de la charge de bois directement dans le cylindre intérieur.
Dans une position, dite de déchargement, l'ensemble cylindrique est positionné verticalement, l'extrémité comportant une ouverture des cylindres intérieur et extérieur étant placée vers le bas, de manière à ce que la charge de biomasse traitée est recueillie dans des moyens de réception.
Cette position de déchargement permet un déchargement pratique et simple de la charge de biomasse dans des moyens de réception de la charge de biomasse.
Dans une autre position, dite de procédé, l'ensemble cylindrique est positionné horizontalement, l'ouverture des cylindres intérieur et extérieur étant fermée de façon étanche par les moyens de bouchon.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens d'extraction de l'ensemble gazeux du volume de traitement prévus pour maintenir ledit volume de traitement en dépression permanente. Ces moyens d'extraction peuvent comprendre des moyens permettant d'aspirer le flux gazeux de traitement et peuvent être placés en aval du volume de traitement et couplés au tube d'extraction du flux gazeux chargé.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre un dispositif de production de vapeur d'eau, en valorisant l'énergie thermique provenant d'un élément quelconque du système.
Avantageusement, le système selon l'invention peut comprendre des moyens de cogénération ou de trigénération d'énergie à partir de l'énergie thermique récupérée.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de stockage et/ou de distribution d'02 et des moyens de stockage et/ou de liquéfaction et/ou de distribution de C02 (C02).
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique suivant une vue en coupe longitudinale d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'une unité de traitement suivant une vue d'un côté d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 4 est une représentation schématique d'une unité de traitement suivant une vue du côté opposé d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 5 est une représentation schématique d'une unité de traitement selon l'invention suivant une vue de devant ;
- la figure 6 est une représentation schématique d'une unité de traitement selon l'invention suivant une vue de derrière ;
- la figure 7 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 8 présente plusieurs représentations schématiques de l'unité de traitement en mode pivot, toutes ces représentations étant réalisées suivant une vue de côté de l'unité de traitement ;
- la figure 9 est une représentation schématique d'un système de torréfaction selon l'invention ;
L'exemple traité ci-dessous est un exemple particulier et non limitatif de la présente invention. Il concerne un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale et plus particulièrement d'une charge de bois.
Le système décrit dans l'exemple présent comprend une unité de traitement 1 tel que représenté sur les figures 1 à 7 suivantes différentes vues. Sur ces différentes figures on peut apercevoir un four de traitement 10 qui se présente sous la forme d'un ensemble cylindrique, comprenant un cylindre extérieur 11 et un cylindre intérieur 12. Le four de traitement 10 dispose d'une faculté de pivotement autour d'un axe horizontal A2 pour le chargement de la charge de bois humide B1 et le déchargement de la charge de bois torréfié B2. De même, le cylindre intérieur 12 dispose d'une faculté de rotation, par rapport au cylindre extérieur 11, autour de l'axe longitudinale Al représenté en figure 2. Le cylindre extérieur 11 est fixe. Le cylindre intérieur 12 est configuré par une paroi perforée et un fond plein, dans lequel est introduite la charge de bois B1 humide à traiter. La figure 1 représente la charge bois B telle qu'elle subira l'entraînement rotatif du cylindre intérieur 12. Le cylindre intérieur 12 présente des formes proéminentes 121 dans la zone de traitement, qui assure l'entraînement de la charge de bois B à torréfier et son brassage.
Le cylindre extérieur 11 comprend une paroi intérieure, pleine, qui enveloppe le cylindre intérieur 12 de torréfaction perforé, c'est dans la zone délimitée par ce cylindre 11 que le flux gazeux caloporteur (composé
essentiellement de C02) est introduit et extrait. Cette zone est appelée le volume de traitement.
Le volume de traitement est séparé en deux parties, 13 et 14, par des brosses spéciales hautes températures 18. Ce volume est donc séparé en deux zones qui sont :
- la zone d'introduction 13 correspondant à la zone d'introduction du flux gazeux caloporteur qui traversera la charge de biomasse B;
- la zone d'extraction 14 correspondant à la zone d'extraction du flux gazeux chargé, composé du C02 caloporteur et de l'humidité et/ou des gaz de pyrolyse extrais du bois à torréfier.
La zone d'introduction 13 du flux gazeux de traitement correspond aussi à une zone de détente et de répartition du C02 caloporteur sec et chaud, le gaz est réparti sur toute la surface extérieure du cylindre intérieur 12 perforé et rotatif correspondant à la surface occupée par la charge de bois à torréfier.
La zone d'extraction 14 correspond au volume de traitement non occupée par la charge de bois à torréfier en aval des brosses industrielles 18. Le C02 caloporteur sec et chaud, qui est introduit dans la zone 13 traverse le bois à torréfier dans laquelle il va transférer son énergie thermique à la charge de bois B par les trois modes connus de transmission de la chaleur :
- conduction - convection - rayonnement Mais aussi par un quatrième mode de transmission de la chaleur : celui de l'Osmose du C02 avec l'humidité contenue dans la biomasse à torréfier Après passage au travers du bois, le flux gazeux caloporteur entraîne - l'humidité évaporée du bois, pendant la phase de déshydratation - les gaz de pyrolyse "COV" pendant la phase de torréfaction.
Le flux gazeux chargé est ensuite aspiré au travers des perforations du cylindre intérieur 12 pour être extrait par le tube d'extraction 16.
Les brosses 18 sont disposées sur toute la longueur du cylindre de la paroi intérieur du cylindre extérieur 11 aux jonctions de la zone d'introduction 13 et de la zone d'extraction 14. Ces brosses industrielles 18 sont amovibles pour être remplacées en cas d'usure, leur rôle est de séparer le volume de traitement en deux zones mais aussi d'assurer le brossage permanent de la paroi externe du cylindre intérieur 12 pour déloger les particules du bois qui pourraient être retenues par les perforations présentes sur ce cylindre 12.
Le four de traitement 10 comprend aussi une enveloppe extérieure calorifugée qui correspond à la paroi externe 111 du cylindre extérieur 11.
Le four 10 peut aussi comprendre une zone tampon 112 qui peut être aussi calorifugée.
Le four de traitement 1 comprend aussi un tube d'introduction 15 du flux gazeux caloporteur à haute température, ce tube 15 et le tube d'extraction 16 du flux gazeux chargé en vis-à-vis sont solidaires du cylindre extérieur 11. Ils pivotent dans les supports 191 lorsque le torréfacteur bascule pour être chargé en bois humide Bi ou être dépoté du bois torréfié B2. Le bois torréfié B2 est réceptionné en fin de traitement dans le bac amovible 17.
Le tube d'extraction du flux gazeux chargé (c'est à dire le flux gazeux de traitement et, selon la phase du traitement, l'humidité du bois ou les gaz de pyrolyse) peut être complété par un extracteur électrique (non représenté) qui maintient une constante dépression dans le torréfacteur.
Les tubes 15 et 16 sont calorifugés. Ils sont raccordés à des canalisations fixes (non représentées), d'alimentation en flux gazeux caloporteur et d'extraction du gaz de traitement, de la boucle de recyclage provenant des échangeurs thermiques et retournant au générateur thermique.
Le four de traitement 10 comprend aussi au moins un déflecteur 132 qui dirige le flux gazeux caloporteur vers la partie inférieure du cylindre intérieur 12 contenant la charge de bois B pour assurer la répartition au travers de toute la masse de bois à torréfier.
Le four de traitement 10 comprend en outre un tube 131 d'injection de C0Z liquide, ce tube a pour objet :
- d'assurer la sécurité de l'unité de traitement 1 en neutralisant tout risque d'inflammation de la biomasse en cours de torréfaction, - le refroidissement du bois torréfié en fin de traitement, pour descendre sa température à des valeurs inférieure aux possibilités d'auto inflammation à l'air libre. Durant la phase de refroidissement :
- le cylindre intérieur 12 reste en rotation, pour homogénéiser la répartition du C02 liquide qui captera, au travers du bois torréfié chaud, sa chaleur latente d'évaporation ;
- l'alimentation en C02 caloporteur est coupée - l'extraction du flux gazeux chargé se poursuit jusqu'à
obtention de la température voulue.
Le tube 131 d'injection de C02 liquide est raccordé à un système de distribution de C02 liquide sous pression, représenté schématiquement en figure 9, une vanne automatique de sécurité (non représentée) en cas de coupure électrique assurant les fonctions de sécurité et de refroidissement.
L'unité de traitement 1 comprend des supports fixes 19 du four de torréfaction 10 qui reçoivent les moyens 191 et 192 permettant le pivotement du four 10 autour de l'axe A2. La hauteur de ces supports 19 permet le basculement du four de torréfaction 10, au dessus du bac de réception 17 du bois torréfié lors de sa rotation dans les positions verticales pour assurer le chargement et l'extraction de la charge de bois torréfié.
Le pivotement du four 10 autour de l'axe A2 est assurée par les moyens de rotation 191 et 192 qui peuvent comprendre un mécanisme électrique à chaîne ou tout autre moyen connu qui est positionné sur un des supports. Les tubes 15 et 16 sont les axes de soutien et de pivot/rotation du four de torréfaction.
Les supports 19, tels que montrés en figure 7, sont en forme de châssis stabilisé par au moins trois pieds :
- deux pieds supportant les moyens de rotation 191 et 192.
- Au moins un pied recevant les moyens de bouchon 23 et 24 de l'extrémité ouverte ainsi que les moyens 21 et 22 de positionnement horizontal du four 10.
Les moyens de bouchon comprennent un piston 24 qui pousse un bouchon/une porte 23 contre les extrémités ouvertes des cylindres 11 et 12 du four de torréfaction 10 pour les fermer, de façon étanche, au cours du traitement d'une charge de bois B.
Les moyens de positionnement horizontal du four de torréfaction comprennent :
= une tôle 21 qui est aux dimensions du diamètre du four de torréfaction et correspondant à l'écart utile pour prendre les positions suivantes :
= une première position horizontale lorsqu'une charge de bois est en cours de traitement ;
= une seconde position basculée lorsqu'elle libère le four de torréfaction, soit pour l'extraction d'une charge de bois torréfié soit pour le chargement d'une charge de bois à
torréfier. Dans la position d'extraction la tôle 21 rejoint le bac de réception 17 servant ainsi de plan incliné pour réceptionner la charge de bois torréfié, dès l'ouverture de la porte 23.
= un piston 22 qui gère les positions de la tôle 21.
La rotation du cylindre 12 à l'intérieur du four de traitement 10 autour de l'axe Al est réalisée par un mécanisme comportant un moteur électrique 25.
La figure 8 présente le four de traitement/torréfaction 10 dans les positions de pivotement qui permettent son positionnement - en phase de chargement ;
- en phase de torréfaction ; et - en phase de déchargement/extraction.
Sur cette figure 8 sont précisées les différentes positions du four 10 lors d'un cycle complet de traitement :
- positions 80 et 81 : Le four bascule en position verticale, l'extrémité ouverte EO vers le haut, extrémité fermée EF vers le bas, pour l'introduction d'une nouvelle charge de bois B à
torréfier ;
- position 82 : le four 10 bascule vers sa position de torréfaction d'une charge de bois, correspondant à la position 84.
- position 82 et 83 : la tôle 21 revient à sa position horizontale et contrôle le positionnement du four 10 dans la position de torréfaction ;
- position 83 et 84 La porte/bouchon 23 se ferme hermétiquement, le traitement de la charge de bois B peut s'effectuer ;
- position 85 : La porte/bouchon 23 s'ouvre, du bois torréfié
peut s'écouler sur la tôle de positionnement 21 ;
- position 86 : La tôle 21 de positionnement pivote en plan incliné vers le bac de réception 17. Le four de torréfaction 10 peut pivoter ;
- positions 87 et 88 : Le four de torréfaction 10 bascule en position verticale, l'extrémité ouverte EO vers le bas et l'extrémité fermée EF vers le haut, pour le dépotage/extraction/déchargement du bois torréfiée dans le bac de réception 17.
Un exemple de système de torréfaction d'une charge de bois selon l'invention et son principe de fonctionnement sont représentés en figure 9. Il comprend une unité de torréfaction 1 tel que celui décrit ci-dessus. L'unité
de torréfaction 1 reçoit le bois à torréfier B1, sous forme de plaquettes forestières, sous-produits et produits connexes déchiquetés ainsi que les broyats de même gabarit que les sciures.
Le système de torréfaction tel que celui présenté en figure 9 comprend en outre un générateur de thermique G. Il s'agit d'un générateur thermique avec chaudière à production de vapeur à haute pression et échangeurs : gaz/eau et gaz/gaz. Le générateur thermique G comprend :
- un réacteur thermique R à haut rendement. Ce réacteur reçoit au moins une partie du bois torréfié B2 sur une grille afin de former un lit de combustible solide qui sera alimenté en comburant par de l'oxygène industriel. C'est la "base thermique" réactive. Cette "base thermique" est alimentée en continu par le bois torréfié, l'Oz est injecté de façon à réaliser un coeur de combustion, réacteur à haute température. Grâce au contrôle d'injection d'02, la combustion de la "base thermique" est organisée pour réaliser les réactions permettant :
- la capacité thermique utile à la torréfaction du bois, et éventuellement - la production d'une vapeur à haut rendement, Le cycle est organisé de façon à réaliser la production optimale de l'énergie thermique patente dans toutes les sources du système, ainsi que le recyclage et l'emploi optimal des énergies générées par le procédé.
- un échangeur thermique El, ou chaudière à vapeur : l'eau de contrôle thermique des parois du réacteur est vaporisée dans cet échangeur pour être injectée dans un turboalternateur à
vapeur et/ou un réservoir de stockage. La température et la pression de cette vapeur sont déterminées par la température de combustion dans le réacteur R. L'ensemble des paramètres est ajustable en modifiant la réaction thermique du réacteur par le contrôle de l'injection d'02. Le flux gazeux caloporteur acquière sa charge thermique de manière optimale dans cet échangeur, pour un échange rapide de chaleur sensible.
- un échangeur thermique E2 gaz/gaz, du flux gazeux chargé, gaz de combustion + gaz caloporteur chargés, au C02 recyclé
qui acquière là sa température de flux gazeux caloporteur de traitement pour la torréfaction.
Le système comprend aussi un échangeur thermique E3 gaz/gaz (dont le but est de refroidir les gaz combustibles) dans lequel le flux gazeux chargé
échange le résiduel de capacité thermique (qu'il a acquis au passage du réacteur thermique R et celle résiduelle du four de traitement 10) au C02 caloporteur sec et froid provenant du déshydrateur D. Au moins une partie de la vapeur d'eau (extraite de la charge de bois à torréfier) est condensée dans cet échangeur E3, sa chaleur latente de condensation est ainsi récupérée.
Sur la figure 9, F représente un filtre à poussières. Le flux gazeux chargé issu du réacteur thermique R est susceptible de véhiculer des poussières de carbone qui seront piégées ici, ces poussières combustibles sont ensuite brûlées avec la biomasse du réacteur R.
Toujours sur la figure 9, GR et D représentent un système de déshydratation qui est composé de deux éléments :
- le groupe de refroidissement frigorifique GR et - le condenseur du fluide frigorifique D où l'ensemble gazeux, chargé de la vapeur d'eau (extraite de la charge de bois à
torréfier) issu du torréfacteur 1, est refroidi et déshydraté.
Le système de torréfaction comprend avantageusement un système 02 de stockage et de distribution de l'oxygène comburant. La consommation d'oxygène, comme comburant de la "base thermique", est relative à la puissance mise en oeuvre.
Enfin le système peut comprendre un dispositif de production de vapeur d'eau VAP. La production de vapeur a plusieurs fonctions possibles 1. Vapeur haute pression pour un turboalternateur ;
Le domaine de l'invention est le domaine de la torréfaction d'une charge de biomasse végétale et notamment d'une charge de bois.
La biomasse végétale est une matière première renouvelable dont le potentiel d'énergie, restitué à la combustion, est sensiblement similaire à
celui du charbon. Selon son mode de valorisation thermique, la biomasse végétale peut avoir un rendement énergétique de 35% à 100%. Cela est dû
à l'hydrophilie de la fibre végétale qui se gorge d'eau, dont l'élimination est coûteuse en énergie. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) moyen de la biomasse végétale sèche est d'environ 18 100 kJ/kg.
En appliquant certaines méthodologies de valorisation thermique, à la biomasse végétale, le produit final peut être porté à la valeur théorique de son pouvoir calorifique supérieur (PCS), soit 32 750 kJ/kg. Cette augmentation de potentiel d'énergie est propre à la biomasse végétale et plus particulièrement à ses caractéristiques chimiques. Cette augmentation de PCS par kilogramme de produit final est obtenue par une dégradation de la biomasse d'origine, au détriment de sa valeur énergétique intrinsèque originelle. On constate ainsi que le PCS des composants combustibles de 1 kg de biomasse anhydre peut atteindre la valeur moyenne de 23 600 kJ/kg.
La même biomasse séchée, dans les conditions actuelles de procédé, a un PCS usuel moyen de 19 100 kJ/kg.
L'un des principes d'optimisation est de réduire la quantité d'oxygène contenue dans la matière anhydre, pour augmenter le pourcentage massique de carbone. La torréfaction est un des procédés utilisés actuellement pour arriver à ce résultat.
Pour être torréfiée, une charge de biomasse doit être portée à des températures comprises entre 280 et 320 C. Ces températures étant élevées, l'énergie consommée pour porter une charge de bois à ces températures est importante et grève le rendement global des procédés de torréfaction utilisés actuellement.
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L'un des objectifs de l'invention est de proposer un procédé et un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale présentant un meilleur rendement que les procédés et systèmes utilisés actuellement.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé et système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale qui demande moins d'apport énergétique externe pour torréfier une charge de biomasse que les procédés et systèmes actuels.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé et un système de torréfaction présentant des performances environnementales optimales, meilleures que celles des systèmes de torréfaction actuels.
L'invention propose de remédier aux problèmes précités par un procédé de torréfaction d'une charge de biomasse végétale, comprenant les étapes suivantes:
- génération d'un flux gazeux de traitement par des moyens de génération thermique - génération d'une couche de matière à haute température, dite base thermique ;
- traitement de ladite charge de biomasse par ledit flux gazeux de traitement, ledit flux gazeux de traitement se chargeant d'éléments gazeux comprenant de la vapeur d'eau et de gaz de pyrolyse combustibles provenant de ladite charge de biomasse lors dudit traitement ; et - recyclage d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau par passage d'au moins une partie dudit flux gazeux chargé au travers de ladite base thermique ; et Le procédé selon l'invention met en jeu une base thermique composée essentiellement d'une couche de matière à haute température. Cette couche de matière à haute température est ensuite utilisée pour recycler le flux gazeux de traitement chargé d'éléments gazeux et notamment de vapeur d'eau. Le recyclage du flux gazeux de traitement permet de récupérer une partie de l'énergie contenue dans le flux gazeux chargé par passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique. Un tel recyclage rend possible un meilleur rendement de torréfaction, une diminution de l'énergie de l'apport énergétique externe nécessaire à la torréfaction, et moins de _3 pollution en comparaison avec les procédés et systèmes actuels de torréfaction.
Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, la base thermique est composée essentiellement d'une charge de biomasse végétale optimisée, dont la combustion est conduite dans des conditions optimales, permettant l'obtention de hautes températures. Cette couche de matière à haute température est ensuite utilisée pour recycler le flux gazeux utilisé dans le procédé de traitement selon l'invention. Ce flux est chargé
d'éléments gazeux après traitement de la biomasse à torréfier, notamment de la vapeur d'eau, contenue dans la matière première, et des composés organiques, gazéifiés au cours de la torréfaction. Le recyclage du flux gazeux de traitement permet de récupérer une partie de l'énergie contenue dans la vapeur d'eau, extraite de la biomasse d'origine. Le passage du flux gazeux, chargé des gaz pyrolyses comprenant des composés organiques volatils (COV), au travers de la base thermique permet leur combustion à
haute température et l'exploitation de l'énergie délivrée. Ce recyclage optimise le rendement de torréfaction de la biomasse végétale et préserve l'environnement :
- le recyclage de la vapeur d'eau extraite de la matière première et la récupération de l'énergie induite pour son extraction, diminue sensiblement la consommation d'énergie mise en oruvre dans le procédé, - la combustion des composés organiques gazéifiés au cours du procédé de torréfaction peut être complète. Elle est réalisée alors que les composés organiques sont à haute température, donc à l'état gazeux, sans qu'aucune condensation élémentaire ne soit possible. Leur combustion est stcechiométrique et peut être sans impact sur l'environnement, - l'énergie délivrée par la combustion des composés organiques peut suffire aux besoins du procédé de torréfaction, - l'énergie résiduelle est supérieure à celle mise en oeuvre à
l'initialisation du procédé et peut profiter à d'autres applications, en se substituant aux énergies qu'elles emploient ou emploieraient.
Avantageusement le flux gazeux de traitement est essentiellement composé de C02.
De plus, la base thermique générée dans le procédé selon l'invention est essentiellement composée d'éléments de carbone à haute température.
La génération de la base thermique peut comprendre une combustion sous 02 de biomasse torréfiée, cette combustion produisant des éléments de carbone à haute température. La biomasse utilisée comme combustible peut être de nature végétale ou animale ou de tout autre nature.
La base thermique réactive selon l'invention peut être en ignition à
une température qui est réglée par injection d'oxygène au cceur de ladite base thermique. Cette injection d'oxygène peut servir à contrôler la température et la production d'énergie au coeur de la base thermique.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une cogénération d'électricité à partir de la vapeur d'eau provenant d'un circuit de refroidissement ou de tout autre circuit pouvant être mis en jeu dans le procédé selon l'invention. Les procédés de cogénération d'électricité à partir de la vapeur d'eau sont bien connus de l'homme du métier.
Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une combustion, lors du passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique, d'éléments gazeux organiques provenant de la charge de biomasse et présent dans le flux gazeux chargé, cette combustion produisant de l'énergie thermique utilisable directement dans le procédé
et/ou de l'énergie électrique au moyen de systèmes dédiés. L'énergie thermique produite peut être utilisée pour la torréfaction d'une nouvelle charge de bois.
D'une manière avantageuse, le procédé selon l'invention peut comprendre un recyclage du flux gazeux chargé pour récupérer du gaz apte à être utilisé dans le flux gazeux de traitement. Le gaz récupéré peut être du C02 caloporteur.
Ce recyclage peut comprend un filtrage du flux gazeux chargé, après le passage du flux au travers de la base thermique. Ce filtrage peut servir à
éliminer des composés non brûlés lors du passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique.
Dans une version particulière de l'invention, la génération du flux gazeux de torréfaction peut comprendre une combustion sous 02 de biomasse torréfiée, cette combustion produisant un gaz de combustion comprenant essentiellement du C02. La biomasse torréfiée peut être de la biomasse végétale. Dans une version particulière du procédé selon l'invention, la biomasse torréfie utilisée pour la génération du flux gazeux et/ou pour la génération de la base thermique peut être de la biomasse végétale torréfiée obtenue par torréfaction d'une biomasse végétale grâce au procédé selon l'invention.
Après obtention d'un gaz de combustion, le procédé selon l'invention peut comprendre une phase préalable de condensation d'éléments contenus dans le gaz de combustion, pour récupérer un gaz résiduel comprenant du dioxyde de carbone, cette condensation ayant pour but notamment d'éliminer la vapeur d'eau contenu dans le gaz de combustion.
Le procédé selon l'invention peut en particulier comprendre une compression du gaz résiduel, pour condenser et récupérer le dioxyde de carbone en phase liquide.
Le gaz résiduel peut aussi transiter par au moins un échangeur thermique pour y acquérir la température de traitement, puis être réintroduit dans le cycle de traitement, pour être utilisé dans le traitement de la charge de biomasse à torréfier.
L'énergie thermique, nécessaire pour porter le gaz résiduel à la température de traitement, peut être obtenue par combustion de biomasse torréfiée, notamment de biomasse torréfiée obtenu grâce au procédé selon l'invention, et par la combustion des composés organiques volatils.
Dans une version particulièrement avantageuse de l'invention, le flux gazeux de traitement peut être généré par combustion d'un combustible solide, cette combustion générant aussi au moins une partie de la base thermique.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale, comprenant :
- des moyens de génération prévus pour générer un flux gazeux de traitement et une couche de matière à haute température, dite base thermique;
- une unité de traitement, prévu pour recevoir et soumettre ladite charge de biomasse audit flux gazeux de traitement, ladite unité
de traitement comprenant un four de traitement et des moyens d'introduction de la charge de biomasse dans ledit four de traitement et d'extraction de ladite charge de biomasse dudit four de traitement ;
- des moyens d'échange gazeux prévus pour réaliser la communication entre les moyens de génération et l'unité de traitement Les moyens de génération comprennent un dispositif de combustion d'un combustible solide prévus pour générer le flux gazeux de traitement par combustion dudit combustible.
Les moyens de génération comprennent aussi un dispositif de combustion d'un combustible solide et qui est agencé de façon à ce que la combustion dudit combustible solide forme au moins une partie de la base thermique.
Dans une version particulièrement avantageuse de l'invention, les moyens de génération comprennent un générateur thermique prévu pour générer au moins une partie du flux gazeux de traitement, ledit générateur étant aussi prévu pour générer au moins une partie de la base thermique.
Le générateur thermique peut comprendre un réacteur thermique ou un foyer à combustible solide ou encore un dispositif hybride, permettent la combustion d'un combustible solide, notamment de la biomasse végétale torréfiée, cette combustion produisant, d'une part, un flux gazeux de combustion dont au moins une partie peut être utilisée comme flux gazeux de traitement, et d'autre part, des éléments de carbone à haute température dont au moins une partie peut être utilisée pour réaliser la couche de matière à haute température dite la base thermique.
Avantageusement, le générateur thermique peut être muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur. Le générateur peut comprendre des parois doubles entre lesquelles le liquide caloporteur, par exemple de l'eau sous pression, peut circuler. Le liquide caloporteur peut aussi être projeté sur les parois du générateur thermique.
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Dans une version particulière de l'invention, le générateur thermique peut comprendre un foyer à grille prévu pour recevoir la base thermique et agencé pour réaliser le transfert des gaz chargés provenant de l'unité de traitement.
Le foyer à grille peut avantageusement être muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur dans les grilles du foyer.
Le générateur thermique peut aussi comprendre des moyens d'injection d'oxygène. L'injection d'oxygène peut, d'une part, servir à
réaliser la combustion d'un combustible solide destiné à la génération du flux gazeux de traitement et/ou de la base thermique, et d'autre part, à la régulation de la température au niveau de la base thermique.
Le générateur thermique peut en particulier comprendre une chambre de postcombustion de gaz de pyrolyse générés par la torréfaction de la charge de biomasse et/ou par la combustion incomplète d'un combustible solide. Cette chambre de postcombustion, est mise en oeuvre notamment pour la combustion des composés organiques volatiles et des gaz de pyrolyse.
Avantageusement, le générateur thermique peut comprendre au moins un échangeur thermique, cet échangeur thermique étant prévu pour réaliser des échanges thermiques entre, soit un gaz de combustion et le flux gazeux de traitement, soit un fluide composé essentiellement de vapeur d'eau à saturation et d'eau surchauffée et le flux gazeux de traitement, ce fluide étant essentiellement composé de vapeur d'eau provenant, soit de la torréfaction de la charge de biomasse, soit d'un circuit de refroidissement d'une partie du système.
Le four de traitement selon l'invention peut être un ensemble cylindrique comprenant un cylindre intérieur imbriqué dans un cylindre extérieur définissant un volume de traitement de la charge de biomasse, le cylindre intérieur recevant la charge de biomasse végétale à torréfier.
Le cylindre intérieur peut en particulier être muni d'une liberté en rotation selon un axe longitudinal par rapport au cylindre extérieur.
La paroi configurant le cylindre intérieur peut avantageusement être perforée, de manière à ce que, d'une part, le gaz de traitement puisse s'introduire dans ce cylindre et entrer en contact avec la charge de biomasse à traiter, et d'autre part, le gaz chargé puisse quitter ce cylindre après traitement de la charge de biomasse.
De plus, le cylindre intérieur peut comprendre au moins une forme proéminente sur sa paroi interne, sensiblement sur toute la longueur de la paroi interne, cette forme assurant l'entraînement et le brassage de la charge de biomasse lors du traitement. Le contact du gaz de traitement avec la charge de biomasse est ainsi facilité et le traitement de la charge de biomasse amélioré. Après traitement, le brassage de la charge de bois traité
permet de faciliter la libération du gaz de traitement chargé.
Dans une version avantageuse du système selon l'invention, le cylindre extérieur peut comprendre une enveloppe calorifugée limitant les déperditions thermiques et sécurisant le système.
Le cylindre extérieur peut en outre comprendre une paroi interne pleine enveloppant le cylindre intérieur et délimitant le volume de traitement de la charge de biomasse. Cette paroi interne définit le volume de traitement qui est en contact avec les différents flux gazeux.
Avantageusement, le four de traitement peut comprendre un déflecteur sur sensiblement toute la longueur du cylindre prévu pour diriger le flux gazeux de traitement vers la partie inférieur du volume de traitement de manière à répartir ledit flux sur toute la charge de biomasse.
Le four de traitement peut comprendre au moins deux brosses montées en contact, d'une part, avec la paroi interne du cylindre extérieur, et d'autre part, entre la paroi externe du cylindre intérieur de manière à
délimiter une zone d'introduction de flux gazeux de traitement dans le four de traitement et une zone d'extraction du flux gazeux après traitement de la charge de biomasse.
Ces brosses peuvent avantageusement être agencées pour brosser la paroi externe du cylindre intérieur de manière à déloger des particules de la charge de biomasse retenues sur le cylindre intérieur.
Le four de traitement comprend en outre un tube d'introduction du flux gazeux de traitement dans le volume de traitement. Ce tube d'introduction du flux gazeux peut être calorifugé grâce au procédés et systèmes connus dans l'art.
Le four de traitement comprend aussi un tube d'extraction du flux gazeux de traitement. Ce tube d'extraction du flux gazeux de traitement peut être calorifugé.
Le four de traitement peut avantageusement comprendre un tube d'injection de COz liquide dans la zone de traitement. Ce tube d'injection de C02 est prévu pour des raisons de sécurité et pour la régulation de la température au sein du volume de traitement de la charge de biomasse végétale.
Dans un mode de réalisation particulier l'unité de traitement peut comprendre des moyens de moteur agencés pour réaliser la rotation du cylindre intérieur autour d'un axe longitudinal. Ces moyens de rotation, en réalisant la rotation du cylindre intérieur permettent le brassage de la charge de biomasse présente dans le cylindre intérieur.
Selon un mode de réalisation particulier du système selon l'invention une extrémité du cylindre intérieur et du cylindre extérieur est munie d'une ouverture permettant l'introduction de la charge de biomasse dans le cylindre intérieur avant le traitement et l'extraction de la charge de biomasse après le traitement, l'autre extrémité (EF) étant fermée.
Lors du traitement de la charge de biomasse, cette ouverture est fermée étanche par des moyens de bouchon actionné par des moyens de piston.
L'unité de traitement peut en outre comprendre des moyens de positionnement horizontal du four de traitement. Ces moyens de positionnement permettent d'atteindre une position horizontale de l'unité de traitement, position qui est conservée lors du traitement de la charge de bois.
L'unité de traitement peut en outre comprendre des moyens agencés pour la rotation de l'ensemble cylindrique autour d'un axe horizontal. Ces moyens de rotation sont agencés pour positionner l'unité de traitement dans des positions particulières de chargement et de déchargement de la charge de biomasse.
L'unité de traitement peut avantageusement comprendre des moyens de réception de la charge de biomasse après traitement. Ces moyens de réception peuvent comprendre un bac de réception ou un chariot de réception.
Dans une position, dite de chargement, l'ensemble cylindrique est positionné verticalement, l'extrémité comportant une ouverture des cylindres intérieur et extérieur étant placée en haut, de manière à ce que la charge de biomasse à traiter puisse être introduite dans le cylindre intérieur.
Cette position est avantageusement utilisable pour démonter l'ensemble cylindrique, ou un des cylindres de l'unité de traitement, pour des opérations de maintenance. Cette position permet un chargement très pratique et très ergonomique de la charge de bois directement dans le cylindre intérieur.
Dans une position, dite de déchargement, l'ensemble cylindrique est positionné verticalement, l'extrémité comportant une ouverture des cylindres intérieur et extérieur étant placée vers le bas, de manière à ce que la charge de biomasse traitée est recueillie dans des moyens de réception.
Cette position de déchargement permet un déchargement pratique et simple de la charge de biomasse dans des moyens de réception de la charge de biomasse.
Dans une autre position, dite de procédé, l'ensemble cylindrique est positionné horizontalement, l'ouverture des cylindres intérieur et extérieur étant fermée de façon étanche par les moyens de bouchon.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens d'extraction de l'ensemble gazeux du volume de traitement prévus pour maintenir ledit volume de traitement en dépression permanente. Ces moyens d'extraction peuvent comprendre des moyens permettant d'aspirer le flux gazeux de traitement et peuvent être placés en aval du volume de traitement et couplés au tube d'extraction du flux gazeux chargé.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre un dispositif de production de vapeur d'eau, en valorisant l'énergie thermique provenant d'un élément quelconque du système.
Avantageusement, le système selon l'invention peut comprendre des moyens de cogénération ou de trigénération d'énergie à partir de l'énergie thermique récupérée.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de stockage et/ou de distribution d'02 et des moyens de stockage et/ou de liquéfaction et/ou de distribution de C02 (C02).
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique suivant une vue en coupe longitudinale d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'une unité de traitement suivant une vue d'un côté d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 4 est une représentation schématique d'une unité de traitement suivant une vue du côté opposé d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 5 est une représentation schématique d'une unité de traitement selon l'invention suivant une vue de devant ;
- la figure 6 est une représentation schématique d'une unité de traitement selon l'invention suivant une vue de derrière ;
- la figure 7 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'une unité de traitement selon l'invention ;
- la figure 8 présente plusieurs représentations schématiques de l'unité de traitement en mode pivot, toutes ces représentations étant réalisées suivant une vue de côté de l'unité de traitement ;
- la figure 9 est une représentation schématique d'un système de torréfaction selon l'invention ;
L'exemple traité ci-dessous est un exemple particulier et non limitatif de la présente invention. Il concerne un système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale et plus particulièrement d'une charge de bois.
Le système décrit dans l'exemple présent comprend une unité de traitement 1 tel que représenté sur les figures 1 à 7 suivantes différentes vues. Sur ces différentes figures on peut apercevoir un four de traitement 10 qui se présente sous la forme d'un ensemble cylindrique, comprenant un cylindre extérieur 11 et un cylindre intérieur 12. Le four de traitement 10 dispose d'une faculté de pivotement autour d'un axe horizontal A2 pour le chargement de la charge de bois humide B1 et le déchargement de la charge de bois torréfié B2. De même, le cylindre intérieur 12 dispose d'une faculté de rotation, par rapport au cylindre extérieur 11, autour de l'axe longitudinale Al représenté en figure 2. Le cylindre extérieur 11 est fixe. Le cylindre intérieur 12 est configuré par une paroi perforée et un fond plein, dans lequel est introduite la charge de bois B1 humide à traiter. La figure 1 représente la charge bois B telle qu'elle subira l'entraînement rotatif du cylindre intérieur 12. Le cylindre intérieur 12 présente des formes proéminentes 121 dans la zone de traitement, qui assure l'entraînement de la charge de bois B à torréfier et son brassage.
Le cylindre extérieur 11 comprend une paroi intérieure, pleine, qui enveloppe le cylindre intérieur 12 de torréfaction perforé, c'est dans la zone délimitée par ce cylindre 11 que le flux gazeux caloporteur (composé
essentiellement de C02) est introduit et extrait. Cette zone est appelée le volume de traitement.
Le volume de traitement est séparé en deux parties, 13 et 14, par des brosses spéciales hautes températures 18. Ce volume est donc séparé en deux zones qui sont :
- la zone d'introduction 13 correspondant à la zone d'introduction du flux gazeux caloporteur qui traversera la charge de biomasse B;
- la zone d'extraction 14 correspondant à la zone d'extraction du flux gazeux chargé, composé du C02 caloporteur et de l'humidité et/ou des gaz de pyrolyse extrais du bois à torréfier.
La zone d'introduction 13 du flux gazeux de traitement correspond aussi à une zone de détente et de répartition du C02 caloporteur sec et chaud, le gaz est réparti sur toute la surface extérieure du cylindre intérieur 12 perforé et rotatif correspondant à la surface occupée par la charge de bois à torréfier.
La zone d'extraction 14 correspond au volume de traitement non occupée par la charge de bois à torréfier en aval des brosses industrielles 18. Le C02 caloporteur sec et chaud, qui est introduit dans la zone 13 traverse le bois à torréfier dans laquelle il va transférer son énergie thermique à la charge de bois B par les trois modes connus de transmission de la chaleur :
- conduction - convection - rayonnement Mais aussi par un quatrième mode de transmission de la chaleur : celui de l'Osmose du C02 avec l'humidité contenue dans la biomasse à torréfier Après passage au travers du bois, le flux gazeux caloporteur entraîne - l'humidité évaporée du bois, pendant la phase de déshydratation - les gaz de pyrolyse "COV" pendant la phase de torréfaction.
Le flux gazeux chargé est ensuite aspiré au travers des perforations du cylindre intérieur 12 pour être extrait par le tube d'extraction 16.
Les brosses 18 sont disposées sur toute la longueur du cylindre de la paroi intérieur du cylindre extérieur 11 aux jonctions de la zone d'introduction 13 et de la zone d'extraction 14. Ces brosses industrielles 18 sont amovibles pour être remplacées en cas d'usure, leur rôle est de séparer le volume de traitement en deux zones mais aussi d'assurer le brossage permanent de la paroi externe du cylindre intérieur 12 pour déloger les particules du bois qui pourraient être retenues par les perforations présentes sur ce cylindre 12.
Le four de traitement 10 comprend aussi une enveloppe extérieure calorifugée qui correspond à la paroi externe 111 du cylindre extérieur 11.
Le four 10 peut aussi comprendre une zone tampon 112 qui peut être aussi calorifugée.
Le four de traitement 1 comprend aussi un tube d'introduction 15 du flux gazeux caloporteur à haute température, ce tube 15 et le tube d'extraction 16 du flux gazeux chargé en vis-à-vis sont solidaires du cylindre extérieur 11. Ils pivotent dans les supports 191 lorsque le torréfacteur bascule pour être chargé en bois humide Bi ou être dépoté du bois torréfié B2. Le bois torréfié B2 est réceptionné en fin de traitement dans le bac amovible 17.
Le tube d'extraction du flux gazeux chargé (c'est à dire le flux gazeux de traitement et, selon la phase du traitement, l'humidité du bois ou les gaz de pyrolyse) peut être complété par un extracteur électrique (non représenté) qui maintient une constante dépression dans le torréfacteur.
Les tubes 15 et 16 sont calorifugés. Ils sont raccordés à des canalisations fixes (non représentées), d'alimentation en flux gazeux caloporteur et d'extraction du gaz de traitement, de la boucle de recyclage provenant des échangeurs thermiques et retournant au générateur thermique.
Le four de traitement 10 comprend aussi au moins un déflecteur 132 qui dirige le flux gazeux caloporteur vers la partie inférieure du cylindre intérieur 12 contenant la charge de bois B pour assurer la répartition au travers de toute la masse de bois à torréfier.
Le four de traitement 10 comprend en outre un tube 131 d'injection de C0Z liquide, ce tube a pour objet :
- d'assurer la sécurité de l'unité de traitement 1 en neutralisant tout risque d'inflammation de la biomasse en cours de torréfaction, - le refroidissement du bois torréfié en fin de traitement, pour descendre sa température à des valeurs inférieure aux possibilités d'auto inflammation à l'air libre. Durant la phase de refroidissement :
- le cylindre intérieur 12 reste en rotation, pour homogénéiser la répartition du C02 liquide qui captera, au travers du bois torréfié chaud, sa chaleur latente d'évaporation ;
- l'alimentation en C02 caloporteur est coupée - l'extraction du flux gazeux chargé se poursuit jusqu'à
obtention de la température voulue.
Le tube 131 d'injection de C02 liquide est raccordé à un système de distribution de C02 liquide sous pression, représenté schématiquement en figure 9, une vanne automatique de sécurité (non représentée) en cas de coupure électrique assurant les fonctions de sécurité et de refroidissement.
L'unité de traitement 1 comprend des supports fixes 19 du four de torréfaction 10 qui reçoivent les moyens 191 et 192 permettant le pivotement du four 10 autour de l'axe A2. La hauteur de ces supports 19 permet le basculement du four de torréfaction 10, au dessus du bac de réception 17 du bois torréfié lors de sa rotation dans les positions verticales pour assurer le chargement et l'extraction de la charge de bois torréfié.
Le pivotement du four 10 autour de l'axe A2 est assurée par les moyens de rotation 191 et 192 qui peuvent comprendre un mécanisme électrique à chaîne ou tout autre moyen connu qui est positionné sur un des supports. Les tubes 15 et 16 sont les axes de soutien et de pivot/rotation du four de torréfaction.
Les supports 19, tels que montrés en figure 7, sont en forme de châssis stabilisé par au moins trois pieds :
- deux pieds supportant les moyens de rotation 191 et 192.
- Au moins un pied recevant les moyens de bouchon 23 et 24 de l'extrémité ouverte ainsi que les moyens 21 et 22 de positionnement horizontal du four 10.
Les moyens de bouchon comprennent un piston 24 qui pousse un bouchon/une porte 23 contre les extrémités ouvertes des cylindres 11 et 12 du four de torréfaction 10 pour les fermer, de façon étanche, au cours du traitement d'une charge de bois B.
Les moyens de positionnement horizontal du four de torréfaction comprennent :
= une tôle 21 qui est aux dimensions du diamètre du four de torréfaction et correspondant à l'écart utile pour prendre les positions suivantes :
= une première position horizontale lorsqu'une charge de bois est en cours de traitement ;
= une seconde position basculée lorsqu'elle libère le four de torréfaction, soit pour l'extraction d'une charge de bois torréfié soit pour le chargement d'une charge de bois à
torréfier. Dans la position d'extraction la tôle 21 rejoint le bac de réception 17 servant ainsi de plan incliné pour réceptionner la charge de bois torréfié, dès l'ouverture de la porte 23.
= un piston 22 qui gère les positions de la tôle 21.
La rotation du cylindre 12 à l'intérieur du four de traitement 10 autour de l'axe Al est réalisée par un mécanisme comportant un moteur électrique 25.
La figure 8 présente le four de traitement/torréfaction 10 dans les positions de pivotement qui permettent son positionnement - en phase de chargement ;
- en phase de torréfaction ; et - en phase de déchargement/extraction.
Sur cette figure 8 sont précisées les différentes positions du four 10 lors d'un cycle complet de traitement :
- positions 80 et 81 : Le four bascule en position verticale, l'extrémité ouverte EO vers le haut, extrémité fermée EF vers le bas, pour l'introduction d'une nouvelle charge de bois B à
torréfier ;
- position 82 : le four 10 bascule vers sa position de torréfaction d'une charge de bois, correspondant à la position 84.
- position 82 et 83 : la tôle 21 revient à sa position horizontale et contrôle le positionnement du four 10 dans la position de torréfaction ;
- position 83 et 84 La porte/bouchon 23 se ferme hermétiquement, le traitement de la charge de bois B peut s'effectuer ;
- position 85 : La porte/bouchon 23 s'ouvre, du bois torréfié
peut s'écouler sur la tôle de positionnement 21 ;
- position 86 : La tôle 21 de positionnement pivote en plan incliné vers le bac de réception 17. Le four de torréfaction 10 peut pivoter ;
- positions 87 et 88 : Le four de torréfaction 10 bascule en position verticale, l'extrémité ouverte EO vers le bas et l'extrémité fermée EF vers le haut, pour le dépotage/extraction/déchargement du bois torréfiée dans le bac de réception 17.
Un exemple de système de torréfaction d'une charge de bois selon l'invention et son principe de fonctionnement sont représentés en figure 9. Il comprend une unité de torréfaction 1 tel que celui décrit ci-dessus. L'unité
de torréfaction 1 reçoit le bois à torréfier B1, sous forme de plaquettes forestières, sous-produits et produits connexes déchiquetés ainsi que les broyats de même gabarit que les sciures.
Le système de torréfaction tel que celui présenté en figure 9 comprend en outre un générateur de thermique G. Il s'agit d'un générateur thermique avec chaudière à production de vapeur à haute pression et échangeurs : gaz/eau et gaz/gaz. Le générateur thermique G comprend :
- un réacteur thermique R à haut rendement. Ce réacteur reçoit au moins une partie du bois torréfié B2 sur une grille afin de former un lit de combustible solide qui sera alimenté en comburant par de l'oxygène industriel. C'est la "base thermique" réactive. Cette "base thermique" est alimentée en continu par le bois torréfié, l'Oz est injecté de façon à réaliser un coeur de combustion, réacteur à haute température. Grâce au contrôle d'injection d'02, la combustion de la "base thermique" est organisée pour réaliser les réactions permettant :
- la capacité thermique utile à la torréfaction du bois, et éventuellement - la production d'une vapeur à haut rendement, Le cycle est organisé de façon à réaliser la production optimale de l'énergie thermique patente dans toutes les sources du système, ainsi que le recyclage et l'emploi optimal des énergies générées par le procédé.
- un échangeur thermique El, ou chaudière à vapeur : l'eau de contrôle thermique des parois du réacteur est vaporisée dans cet échangeur pour être injectée dans un turboalternateur à
vapeur et/ou un réservoir de stockage. La température et la pression de cette vapeur sont déterminées par la température de combustion dans le réacteur R. L'ensemble des paramètres est ajustable en modifiant la réaction thermique du réacteur par le contrôle de l'injection d'02. Le flux gazeux caloporteur acquière sa charge thermique de manière optimale dans cet échangeur, pour un échange rapide de chaleur sensible.
- un échangeur thermique E2 gaz/gaz, du flux gazeux chargé, gaz de combustion + gaz caloporteur chargés, au C02 recyclé
qui acquière là sa température de flux gazeux caloporteur de traitement pour la torréfaction.
Le système comprend aussi un échangeur thermique E3 gaz/gaz (dont le but est de refroidir les gaz combustibles) dans lequel le flux gazeux chargé
échange le résiduel de capacité thermique (qu'il a acquis au passage du réacteur thermique R et celle résiduelle du four de traitement 10) au C02 caloporteur sec et froid provenant du déshydrateur D. Au moins une partie de la vapeur d'eau (extraite de la charge de bois à torréfier) est condensée dans cet échangeur E3, sa chaleur latente de condensation est ainsi récupérée.
Sur la figure 9, F représente un filtre à poussières. Le flux gazeux chargé issu du réacteur thermique R est susceptible de véhiculer des poussières de carbone qui seront piégées ici, ces poussières combustibles sont ensuite brûlées avec la biomasse du réacteur R.
Toujours sur la figure 9, GR et D représentent un système de déshydratation qui est composé de deux éléments :
- le groupe de refroidissement frigorifique GR et - le condenseur du fluide frigorifique D où l'ensemble gazeux, chargé de la vapeur d'eau (extraite de la charge de bois à
torréfier) issu du torréfacteur 1, est refroidi et déshydraté.
Le système de torréfaction comprend avantageusement un système 02 de stockage et de distribution de l'oxygène comburant. La consommation d'oxygène, comme comburant de la "base thermique", est relative à la puissance mise en oeuvre.
Enfin le système peut comprendre un dispositif de production de vapeur d'eau VAP. La production de vapeur a plusieurs fonctions possibles 1. Vapeur haute pression pour un turboalternateur ;
2. Vapeur de stockage énergétique ; ou
3. Vapeur de dispersion de l'énergie excédentaire : dans ce dispositif l'eau récupérée au déshydrateur D, durant la phase de déshydratation, est évaporée dans l'échangeur El qui est "à
gueule bée" c'est à dire ouvert à l'air libre (ou en échappement libre). La vapeur d'eau est évacuée au fur et à mesure de sa production. Ce système permet d'absorber l'énergie excédentaire lors de la phase de torréfaction, en production de C02, il a l'avantage d'être sans pression dans son circuit d'évaporation et la vapeur générée est évacuée dans l'air ambiant. Tout système d'évacuation existant peut être mis en oeuvre, seule l'énergie excédentaire est ainsi évacuée. Ce système a aussi l'avantage de pouvoir être réversible et utilisé
dans une des deux autres configurations (ci-dessus 1 et 2).
Le générateur G et plus particulièrement le réacteur R, comprend un foyer à grille, qui peut être refroidie par un procédé classique de circulation d'eau ou d'un quelconque moyen hydraulique caloporteur. Les parois du générateur sont aussi sous contrôle thermique, refroidies par le même procédé, ou configurées de façon à optimiser l'échange thermique vers le flux gazeux caloporteur. La grille du foyer reçoit le combustible en un lit de combustible solide. Ce lit est de préférence composé de biomasse végétale torréfiée, densifiée ou non, mais qui peut être de la biomasse végétale pré
séchée, anhydre, ou une forme de biomasse végétale compactée. La combustion est réalisée de préférence par de l'oxygène injectée dans le foyer, au cceur réactif de la biomasse.
Le générateur peut aussi comprendre une chambre de postcombustion des gaz de pyrolyse, générés par la torréfaction et la combustion de la biomasse sur la grille du foyer. Le système est alors simplement dédié à la valorisation thermique optimale du procédé de torréfaction.
La combustion du lit de biomasse combustible peut se faire sous comburant 02 ou sous comburant atmosphérique, ces réactions sont alors réalisées "ALTERNATIVEMENT et SÉPARÉMENT", pour réaliser un lit de braise et ainsi former la "base thermique", au travers de laquelle passent les gaz extraits du four de torréfaction 10 pour y être épurés. L'ensemble gazeux, gaz de combustion en condition sous-stoechiométriques et gaz de pyrolyse, est ainsi porté à la température ad hoc pour une postcombustion staechiométrique.
Le lit de combustible solide, dit base thermique, est composé par de la biomasse anhydre, de préférence torréfiée et donc à plus forte concentration en carbone végétal. La combustion de la base thermique sous 02 comburant permet le contrôle fin de la combustion. Ce lit de biomasse torréfiée est en ignition à haute température.
Le premier objectif du générateur G est de produire, pour le système de torréfaction :
- le C0z, qui compose le flux gazeux caloporteur utile au procédé
(dans ce cas le comburant du combustible biomasse solide est l'oxygène industriel) et - la chaleur utile à la torréfaction.
La combustion de la biomasse torréfiée sous 02 est complète et ne produit que du C02. Le C02 introduit un mode de transfert thermique supplémentaire aux modes de transfert thermique connus. Ce mode de transfert thermique est spécifique à la matière première, composée de biomasse végétale, il s'agit de l'osmose du C02 avec l'humidité contenue dans la biomasse.
L'osmose est rendue possible par la symbiose phytobiologique du C02 et de la matière "biomasse" :
- C et 02 sont les éléments essentiels qui composent la matière "biomasse", le C02 (atmosphérique) en est l'ingrédient naturel - l'eau contenue dans la matière est le solvant naturel du C02 Le second objectif de ce générateur G est de réaliser la combustion complète, des éléments combustibles générés par le procédé, pour en valoriser le potentiel thermique, afin :
- d'optimiser le rendement énergétique du procédé et - de produire un gaz de procédé qui soit :
- recyclable par le procédé, dans le système ou, - non polluant, dans le cas où un excédent de C02 serait, pour des raisons économiques, rejeté à l'atmosphère. La combustion pourra, dans ce cas, être réalisée sous air comburant.
Le COZ produit par la combustion de la biomasse végétale est considéré neutre puisque la biomasse est renouvelable et que la même quantité de C02 atmosphérique sera utile à la croissance de la même quantité de biomasse. La combustion de la biomasse doit donc être complète pour que le C02 rejeté ne comporte pas d'élément participant aux gaz à effet de serre (GES).
Le COZ, issu de la combustion de la biomasse sous 02, passe par les conduits primaires des échangeurs thermiques où il transmettra sa chaleur aux éléments caloporteurs du système :
- flux gazeux caloporteur pour le traitement du bois à torréfier, - éventuellement, eau à surchauffer et/ou à évaporer, pour le stockage d'énergie thermique et/ou la cogénération d'électricité.
Une fois refroidi à une température inférieure à celle de condensation de la vapeur d'eau contenue dans le gaz < 70 C, le C02 asséché est filtré
(pour retenir les particules de carbones qui auraient pu être véhiculées dans le flux). Il est alors aux conditions requises pour être exploité comme moyen caloporteur pour la torréfaction de la charge de bois B.
Ce gaz est alors transféré à l'échangeur thermique pour être porté à
la température requise pour le traitement de torréfaction. Le C02 caloporteur est ensuite introduit dans le four de torréfaction 10 pour y transmettre sa capacité thermique au bois B à torréfier. Le transfert thermique au bois, selon les quatre modes de transmission définis plus haut, élève sa température et permet l'évaporation de l'humidité contenue dans le bois B.
L'ensemble gazeux chargé (C02 caloporteur + vapeur d'eau et ensuite C02 caloporteur + COV, extraits du bois à torréfier) est ensuite extrait du four de torréfaction 10 pour être transféré au générateur thermique pour être :
- épuré au travers de la "base thermique" en ignition et - déshydraté dans un échangeur/déshydrateur et filtré
- ensuite transféré à l'échangeur thermique pour y acquérir sa nouvelle charge thermique de procédé.
Le tout en recyclage continu, jusqu'à la finalité de la torréfaction.
Le cycle de torréfaction ainsi conçu est réalisé dans des conditions de totale autoproduction énergétique, seul l'achat d'oxygène comburant et celui de l'électricité utile au système (s'il n'est pas autoproduit) sont à prendre en compte dans cette partie des coûts d'exploitation directs.
Dans une autre configuration d'exploitation, le circuit gazeux caloporteur est organisé en boucle fermée, qui contient le volume de C02 caloporteur utile aux échanges thermiques du procédé. Le flux gazeux caloporteur transitant dans ce circuit ne passe plus par le réacteur "base thermique" du générateur durant la phase de déshydratation, mais seulement par les échangeurs où :
- le flux gazeux caloporteur acquière sa capacité thermique de procédé, - l'ensemble gazeux chargé, C02 caloporteur + vapeur d'eau extraite du bois à torréfier, est déshydraté.
Lorsque le bois est déshydraté, l'ensemble gazeux chargé extrait de du bois à torréfier, C02 caloporteur + les composés organiques volatils (COV), transite alors par le réacteur thermique du générateur, pour la combustion stoechiométrique des COV sous comburant 02. Les gaz de combustion sont composés essentiellement de COZ. Soit ils sont à la bonne température pour la torréfaction, ils sont alors introduits directement dans le four de torréfaction 10, sans autre forme de traitement. Soit leur capacité
thermique est excédentaire, ils sont alors déchargés dans un échangeur thermique au profit d'un élément caloporteur dédié à une autre application et/ou au stockage thermique tampon.
Dans ce cas la combustion des COV peut être sous comburant atmosphérique (air) cette solution n'est envisagée que si les gaz de combustion ne sont pas utilisés dans le procédé de torréfaction : trop de C02 caloporteur, trop d'énergie thermique, etc. Les gaz de combustion sont déchargés de l'excédent d'énergie thermique, dans l'échangeur, pour être refroidis à la température requise pour leur rejet atmosphérique.
La condensation de H20 simplifie le recyclage et la récupération du C02, celui-ci est immédiatement réutilisable dans le procédé. Sa pureté en fait un produit stratégique, en substitution des C02 industriels générés par des réactions chimiques sur des matières fossiles, diminution de l'impact des gaz à effet de serre, etc.
Une partie du C02 sera stockée dans un réservoir tampon, sous pression, pour maintenir la capacité utile au démarrage du procédé. Une partie peut aussi être condensée par des systèmes connus, tels que le cryogénisation et/ou compression :
- pour le refroidissement du bois en fin de cycle de torréfaction - pour assurer la sécurité du système : le C02 liquide est un moyen privilégié de neutralisation des inflammations intempestives du bois.
Le cycle du COZ peut être décrit ainsi 1. Production du C02 par la combustion des éléments de carbone de la biomasse végétale sous comburant OZ (C+O2 = C02) ;
2. Traitement et épuration du gaz de combustion, C02 + H20 issu de la combustion de H2 contenu dans le combustible biomasse végétale, - refroidissement et déshydratation par un système dédié tel qu'un déshumidificateur industriel connu, - filtration, au travers d'un filtre régénérable, des particules de biomasse imbrûlées éventuelles, et - préchauffage du C02 résiduel, devenu ainsi le fluide gazeux caloporteur pour la torréfaction, par bouclage sur le système de déshumidification : récupération thermique de la chaleur latente de condensation de H20 et de l'énergie utile au système de déshydratation ;
3. Chauffage du flux gazeux caloporteur, dans l'échangeur du générateur thermique ; ledit flux, préchauffé au cours du traitement précédent, a la capacité thermique suffisante pour abaisser sensiblement la température de l'ensemble gazeux, provenant de la chambre de postcombustion, avant son traitement ;
gueule bée" c'est à dire ouvert à l'air libre (ou en échappement libre). La vapeur d'eau est évacuée au fur et à mesure de sa production. Ce système permet d'absorber l'énergie excédentaire lors de la phase de torréfaction, en production de C02, il a l'avantage d'être sans pression dans son circuit d'évaporation et la vapeur générée est évacuée dans l'air ambiant. Tout système d'évacuation existant peut être mis en oeuvre, seule l'énergie excédentaire est ainsi évacuée. Ce système a aussi l'avantage de pouvoir être réversible et utilisé
dans une des deux autres configurations (ci-dessus 1 et 2).
Le générateur G et plus particulièrement le réacteur R, comprend un foyer à grille, qui peut être refroidie par un procédé classique de circulation d'eau ou d'un quelconque moyen hydraulique caloporteur. Les parois du générateur sont aussi sous contrôle thermique, refroidies par le même procédé, ou configurées de façon à optimiser l'échange thermique vers le flux gazeux caloporteur. La grille du foyer reçoit le combustible en un lit de combustible solide. Ce lit est de préférence composé de biomasse végétale torréfiée, densifiée ou non, mais qui peut être de la biomasse végétale pré
séchée, anhydre, ou une forme de biomasse végétale compactée. La combustion est réalisée de préférence par de l'oxygène injectée dans le foyer, au cceur réactif de la biomasse.
Le générateur peut aussi comprendre une chambre de postcombustion des gaz de pyrolyse, générés par la torréfaction et la combustion de la biomasse sur la grille du foyer. Le système est alors simplement dédié à la valorisation thermique optimale du procédé de torréfaction.
La combustion du lit de biomasse combustible peut se faire sous comburant 02 ou sous comburant atmosphérique, ces réactions sont alors réalisées "ALTERNATIVEMENT et SÉPARÉMENT", pour réaliser un lit de braise et ainsi former la "base thermique", au travers de laquelle passent les gaz extraits du four de torréfaction 10 pour y être épurés. L'ensemble gazeux, gaz de combustion en condition sous-stoechiométriques et gaz de pyrolyse, est ainsi porté à la température ad hoc pour une postcombustion staechiométrique.
Le lit de combustible solide, dit base thermique, est composé par de la biomasse anhydre, de préférence torréfiée et donc à plus forte concentration en carbone végétal. La combustion de la base thermique sous 02 comburant permet le contrôle fin de la combustion. Ce lit de biomasse torréfiée est en ignition à haute température.
Le premier objectif du générateur G est de produire, pour le système de torréfaction :
- le C0z, qui compose le flux gazeux caloporteur utile au procédé
(dans ce cas le comburant du combustible biomasse solide est l'oxygène industriel) et - la chaleur utile à la torréfaction.
La combustion de la biomasse torréfiée sous 02 est complète et ne produit que du C02. Le C02 introduit un mode de transfert thermique supplémentaire aux modes de transfert thermique connus. Ce mode de transfert thermique est spécifique à la matière première, composée de biomasse végétale, il s'agit de l'osmose du C02 avec l'humidité contenue dans la biomasse.
L'osmose est rendue possible par la symbiose phytobiologique du C02 et de la matière "biomasse" :
- C et 02 sont les éléments essentiels qui composent la matière "biomasse", le C02 (atmosphérique) en est l'ingrédient naturel - l'eau contenue dans la matière est le solvant naturel du C02 Le second objectif de ce générateur G est de réaliser la combustion complète, des éléments combustibles générés par le procédé, pour en valoriser le potentiel thermique, afin :
- d'optimiser le rendement énergétique du procédé et - de produire un gaz de procédé qui soit :
- recyclable par le procédé, dans le système ou, - non polluant, dans le cas où un excédent de C02 serait, pour des raisons économiques, rejeté à l'atmosphère. La combustion pourra, dans ce cas, être réalisée sous air comburant.
Le COZ produit par la combustion de la biomasse végétale est considéré neutre puisque la biomasse est renouvelable et que la même quantité de C02 atmosphérique sera utile à la croissance de la même quantité de biomasse. La combustion de la biomasse doit donc être complète pour que le C02 rejeté ne comporte pas d'élément participant aux gaz à effet de serre (GES).
Le COZ, issu de la combustion de la biomasse sous 02, passe par les conduits primaires des échangeurs thermiques où il transmettra sa chaleur aux éléments caloporteurs du système :
- flux gazeux caloporteur pour le traitement du bois à torréfier, - éventuellement, eau à surchauffer et/ou à évaporer, pour le stockage d'énergie thermique et/ou la cogénération d'électricité.
Une fois refroidi à une température inférieure à celle de condensation de la vapeur d'eau contenue dans le gaz < 70 C, le C02 asséché est filtré
(pour retenir les particules de carbones qui auraient pu être véhiculées dans le flux). Il est alors aux conditions requises pour être exploité comme moyen caloporteur pour la torréfaction de la charge de bois B.
Ce gaz est alors transféré à l'échangeur thermique pour être porté à
la température requise pour le traitement de torréfaction. Le C02 caloporteur est ensuite introduit dans le four de torréfaction 10 pour y transmettre sa capacité thermique au bois B à torréfier. Le transfert thermique au bois, selon les quatre modes de transmission définis plus haut, élève sa température et permet l'évaporation de l'humidité contenue dans le bois B.
L'ensemble gazeux chargé (C02 caloporteur + vapeur d'eau et ensuite C02 caloporteur + COV, extraits du bois à torréfier) est ensuite extrait du four de torréfaction 10 pour être transféré au générateur thermique pour être :
- épuré au travers de la "base thermique" en ignition et - déshydraté dans un échangeur/déshydrateur et filtré
- ensuite transféré à l'échangeur thermique pour y acquérir sa nouvelle charge thermique de procédé.
Le tout en recyclage continu, jusqu'à la finalité de la torréfaction.
Le cycle de torréfaction ainsi conçu est réalisé dans des conditions de totale autoproduction énergétique, seul l'achat d'oxygène comburant et celui de l'électricité utile au système (s'il n'est pas autoproduit) sont à prendre en compte dans cette partie des coûts d'exploitation directs.
Dans une autre configuration d'exploitation, le circuit gazeux caloporteur est organisé en boucle fermée, qui contient le volume de C02 caloporteur utile aux échanges thermiques du procédé. Le flux gazeux caloporteur transitant dans ce circuit ne passe plus par le réacteur "base thermique" du générateur durant la phase de déshydratation, mais seulement par les échangeurs où :
- le flux gazeux caloporteur acquière sa capacité thermique de procédé, - l'ensemble gazeux chargé, C02 caloporteur + vapeur d'eau extraite du bois à torréfier, est déshydraté.
Lorsque le bois est déshydraté, l'ensemble gazeux chargé extrait de du bois à torréfier, C02 caloporteur + les composés organiques volatils (COV), transite alors par le réacteur thermique du générateur, pour la combustion stoechiométrique des COV sous comburant 02. Les gaz de combustion sont composés essentiellement de COZ. Soit ils sont à la bonne température pour la torréfaction, ils sont alors introduits directement dans le four de torréfaction 10, sans autre forme de traitement. Soit leur capacité
thermique est excédentaire, ils sont alors déchargés dans un échangeur thermique au profit d'un élément caloporteur dédié à une autre application et/ou au stockage thermique tampon.
Dans ce cas la combustion des COV peut être sous comburant atmosphérique (air) cette solution n'est envisagée que si les gaz de combustion ne sont pas utilisés dans le procédé de torréfaction : trop de C02 caloporteur, trop d'énergie thermique, etc. Les gaz de combustion sont déchargés de l'excédent d'énergie thermique, dans l'échangeur, pour être refroidis à la température requise pour leur rejet atmosphérique.
La condensation de H20 simplifie le recyclage et la récupération du C02, celui-ci est immédiatement réutilisable dans le procédé. Sa pureté en fait un produit stratégique, en substitution des C02 industriels générés par des réactions chimiques sur des matières fossiles, diminution de l'impact des gaz à effet de serre, etc.
Une partie du C02 sera stockée dans un réservoir tampon, sous pression, pour maintenir la capacité utile au démarrage du procédé. Une partie peut aussi être condensée par des systèmes connus, tels que le cryogénisation et/ou compression :
- pour le refroidissement du bois en fin de cycle de torréfaction - pour assurer la sécurité du système : le C02 liquide est un moyen privilégié de neutralisation des inflammations intempestives du bois.
Le cycle du COZ peut être décrit ainsi 1. Production du C02 par la combustion des éléments de carbone de la biomasse végétale sous comburant OZ (C+O2 = C02) ;
2. Traitement et épuration du gaz de combustion, C02 + H20 issu de la combustion de H2 contenu dans le combustible biomasse végétale, - refroidissement et déshydratation par un système dédié tel qu'un déshumidificateur industriel connu, - filtration, au travers d'un filtre régénérable, des particules de biomasse imbrûlées éventuelles, et - préchauffage du C02 résiduel, devenu ainsi le fluide gazeux caloporteur pour la torréfaction, par bouclage sur le système de déshumidification : récupération thermique de la chaleur latente de condensation de H20 et de l'énergie utile au système de déshydratation ;
3. Chauffage du flux gazeux caloporteur, dans l'échangeur du générateur thermique ; ledit flux, préchauffé au cours du traitement précédent, a la capacité thermique suffisante pour abaisser sensiblement la température de l'ensemble gazeux, provenant de la chambre de postcombustion, avant son traitement ;
4. Déshydratation du bois à torréfier et extraction de l'ensemble gazeux, composé :
- du flux caloporteur (C02) et - de H2O extrait du bois humide à torréfier
- du flux caloporteur (C02) et - de H2O extrait du bois humide à torréfier
5. Traitement dudit ensemble gazeux au travers de la "base thermique" du générateur ;
6. Postcombustion des éléments encore combustibles, dans la chambre dédiée, réalisée par une injection d'02 ;
7. Transfert de l'énergie au flux gazeux caloporteur après recyclage au passage de l'échangeur thermique
8. Traitement et épuration de ce nouvel ensemble gazeux à l'issue de la chambre de postcombustion ;
9. Recyclage du C02 résiduel, redevenu ainsi le fluide caloporteur de la torréfaction ;
10. Poursuite de ce cycle, jusqu'à la déshydratation complète du bois à
torréfier ;
torréfier ;
11. Cycle de torréfaction du bois déshydraté et extraction de l'ensemble gazeux chargé, composé :
- du C02 utilisé comme flux gazeux caloporteur, et - des gaz de pyrolyse extraits du bois à torréfier (COV)
- du C02 utilisé comme flux gazeux caloporteur, et - des gaz de pyrolyse extraits du bois à torréfier (COV)
12. Traitement de l'ensemble gazeux chargé par le générateur thermique et
13. Postcombustion des éléments encore combustibles et des gaz de pyrolyse, dans la chambre dédiée, réalisée par une injection d'02
14. A partir du point 11 les gaz issus de la chambre de postcombustion sont réintroduits dans le four de torréfaction jusqu'au stade final de l'opération sans passer par le système de traitement/déshydratation/filtration. Seule une partie de ces gaz est traitée pour être ensuite comprimée et stockée ; et
15.Arrêt de l'introduction de C02 caloporteur et refroidissement de la charge de bois torréfié par injection de C02 liquide, qui puisera sa chaleur latente d'évaporation dans la capacité thermique de la charge à refroidir - la rotation du four 10 est maintenue durant cette étape, ainsi que l'extraction du C02 évaporé et réchauffé, - la combustion de la "base thermique" est maintenue au ralenti, - l'ensemble gazeux, C02 de refroidissement + gaz de combustion, est traité (voir le point 2), et - le C02 résiduel est stocké et/ou liquéfié.
Dès lors que la capacité globale en C0z est atteinte, la combustion au sein du générateur thermique peut être réalisée sous atmosphère. Cette situation ne prévaut que si l'excédent de gaz de combustion n'est pas exploité dans un système global d'autarcie énergétique ou dans des applications annexes.
Dans un procédé classique existant, avec du bois d'origine à 45 %
d'humidité (dont le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est de 7 900 kJ/kg) il faut fournir 3 690 kJ par kilogramme (kg) de matière première pour la torréfier (chaleur latente de déshydratation + chaleur sensible de torréfaction). Les 0,44 kg de produit torréfié obtenus auront un PCI de 10331 kJ (soit un PCI/kg de 23 480 kJ/kg) Ce qui donne un rendement énergétique global (hors rendement de combustion lié à la performance du générateur) de 10 331 kJ moins les 3 690 kJ consommés = 6 641 kJ par kg de matière première humide (B1).
Dans le procédé selon l'invention, la vapeur d'eau extraite du bois d'origine à 45 % d'humidité est en partie réduite au passage de la "base thermique" du générateur. L'ensemble gazeux qui en résulte est thermiquement réactif : il détient, dans sa formulation, les principes de restitution "exhaustifs" des énergies mises en oeuvre dans le procédé. La combustion de ces éléments peut être ainsi optimalisée dans la chambre de postcombustion, où l'échange thermique avec le flux gazeux caloporteur est à son optimum :
- déperditions dans le système, réduites à la portion congrue, et - température notablement réduite, de l'ensemble gazeux résiduel (gaz de combustion + H20) avant son transfert vers le système de déshydratation.
On peut donc établir qu'avec du bois d'origine à 45 % d'humidité, on ne considère plus le pouvoir calorifique inférieur de 7 900 kJ/kg, tel que c'est le cas dans les procédés classiques, mais le PCS des éléments contenus dans le bois anhydre, soit 23 600 kJ/kg puisque :
- le procédé exploite de la vapeur d'eau produite comme élément thermique réactif, - le procédé et le système selon l'invention sont conçus pour le recyclage du COZ et donc la récupération d'au moins une partie de l'énergie de vaporisation de l'eau contenue dans la matière première, - le procédé ne consomme que les énergies de compensation des déperditions thermiques du système générateur/torréfacteur, Au final on obtiendra, par kg de matière première mise en oeuvre pour la torréfaction, un produit torréfié dont le PCI sera aussi de 10 331 kJ, mais comme le bilan énergétique du procédé est excédentaire (combustion des COV et exploitation directe de l'énergie générée) le procédé est considéré
n'ayant rien consommé pour la réaction.
Le kg de matière première (bois d'origine) est donc valorisé de 7 900 kJ à
10 331 kJ, soit un gain de 30,77%
Par rapport aux procédé "classiques" de torréfaction (dont le PCI de la quantité de matière torréfiée est amputé de l'énergie mise oeuvre pour le procédé, soit un PCI final de 6 641 kJ), le gain est de 55,58 %.
Par rapport aux plaquettes forestières, livrées humides pour l'alimentation des installations de production d'énergie par la biomasse végétale, les avantages environnementaux, liés au cycle de vie du bois torréfié utilisé comme bois énergie, sont :
- limitation des émissions atmosphériques au seul C02 "neutre"
excédentaire, - densité énergétique plus conséquente, permettant des économies de transport, de stockage et de logistique d'approvisionnement des centrales thermiques, - absence de reprise d'humidité au stockage, donc lissage des contraintes d'exploitation de la biomasse "énergie" liées à la saisonnalité et aux risques d'inflammation des stocks, - amélioration du rendement de combustion du générateur thermique, - amélioration du rendement thermique global de la centrale d'énergie, - minoration de l'investissement des systèmes mis en oeuvre pour les installations nouvelles, et - réduction sensible du prélèvement de matière première à la source, pour un rendu énergétique équivalent.
Ce système de torréfaction de la biomasse végétale peut être disposé
en batterie d'ensembles cylindriques, pour satisfaire des productions, plus ou moins importantes, de bois torréfiés en continu.
L'avantage de ce système est de pouvoir dimensionner des ensembles cylindriques de torréfaction à une capacité unitaire standardisée. Disposés en batterie, ils seront alimentés et gérés par un système unique de génération thermique/exploitation des gaz de pyrolyse et un même système de gestion du C02 produit.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit, elle peut s'appliquer à la torréfaction de toutes biomasses végétales.
Dès lors que la capacité globale en C0z est atteinte, la combustion au sein du générateur thermique peut être réalisée sous atmosphère. Cette situation ne prévaut que si l'excédent de gaz de combustion n'est pas exploité dans un système global d'autarcie énergétique ou dans des applications annexes.
Dans un procédé classique existant, avec du bois d'origine à 45 %
d'humidité (dont le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est de 7 900 kJ/kg) il faut fournir 3 690 kJ par kilogramme (kg) de matière première pour la torréfier (chaleur latente de déshydratation + chaleur sensible de torréfaction). Les 0,44 kg de produit torréfié obtenus auront un PCI de 10331 kJ (soit un PCI/kg de 23 480 kJ/kg) Ce qui donne un rendement énergétique global (hors rendement de combustion lié à la performance du générateur) de 10 331 kJ moins les 3 690 kJ consommés = 6 641 kJ par kg de matière première humide (B1).
Dans le procédé selon l'invention, la vapeur d'eau extraite du bois d'origine à 45 % d'humidité est en partie réduite au passage de la "base thermique" du générateur. L'ensemble gazeux qui en résulte est thermiquement réactif : il détient, dans sa formulation, les principes de restitution "exhaustifs" des énergies mises en oeuvre dans le procédé. La combustion de ces éléments peut être ainsi optimalisée dans la chambre de postcombustion, où l'échange thermique avec le flux gazeux caloporteur est à son optimum :
- déperditions dans le système, réduites à la portion congrue, et - température notablement réduite, de l'ensemble gazeux résiduel (gaz de combustion + H20) avant son transfert vers le système de déshydratation.
On peut donc établir qu'avec du bois d'origine à 45 % d'humidité, on ne considère plus le pouvoir calorifique inférieur de 7 900 kJ/kg, tel que c'est le cas dans les procédés classiques, mais le PCS des éléments contenus dans le bois anhydre, soit 23 600 kJ/kg puisque :
- le procédé exploite de la vapeur d'eau produite comme élément thermique réactif, - le procédé et le système selon l'invention sont conçus pour le recyclage du COZ et donc la récupération d'au moins une partie de l'énergie de vaporisation de l'eau contenue dans la matière première, - le procédé ne consomme que les énergies de compensation des déperditions thermiques du système générateur/torréfacteur, Au final on obtiendra, par kg de matière première mise en oeuvre pour la torréfaction, un produit torréfié dont le PCI sera aussi de 10 331 kJ, mais comme le bilan énergétique du procédé est excédentaire (combustion des COV et exploitation directe de l'énergie générée) le procédé est considéré
n'ayant rien consommé pour la réaction.
Le kg de matière première (bois d'origine) est donc valorisé de 7 900 kJ à
10 331 kJ, soit un gain de 30,77%
Par rapport aux procédé "classiques" de torréfaction (dont le PCI de la quantité de matière torréfiée est amputé de l'énergie mise oeuvre pour le procédé, soit un PCI final de 6 641 kJ), le gain est de 55,58 %.
Par rapport aux plaquettes forestières, livrées humides pour l'alimentation des installations de production d'énergie par la biomasse végétale, les avantages environnementaux, liés au cycle de vie du bois torréfié utilisé comme bois énergie, sont :
- limitation des émissions atmosphériques au seul C02 "neutre"
excédentaire, - densité énergétique plus conséquente, permettant des économies de transport, de stockage et de logistique d'approvisionnement des centrales thermiques, - absence de reprise d'humidité au stockage, donc lissage des contraintes d'exploitation de la biomasse "énergie" liées à la saisonnalité et aux risques d'inflammation des stocks, - amélioration du rendement de combustion du générateur thermique, - amélioration du rendement thermique global de la centrale d'énergie, - minoration de l'investissement des systèmes mis en oeuvre pour les installations nouvelles, et - réduction sensible du prélèvement de matière première à la source, pour un rendu énergétique équivalent.
Ce système de torréfaction de la biomasse végétale peut être disposé
en batterie d'ensembles cylindriques, pour satisfaire des productions, plus ou moins importantes, de bois torréfiés en continu.
L'avantage de ce système est de pouvoir dimensionner des ensembles cylindriques de torréfaction à une capacité unitaire standardisée. Disposés en batterie, ils seront alimentés et gérés par un système unique de génération thermique/exploitation des gaz de pyrolyse et un même système de gestion du C02 produit.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit, elle peut s'appliquer à la torréfaction de toutes biomasses végétales.
Claims (53)
1. Procédé de torréfaction d'une charge de biomasse végétale (B), comprenant les étapes suivantes:
- génération d'un flux gazeux de traitement par des moyens de génération thermique (G), ledit flux gazeux de traitement étant un gaz inerte comprenant essentiellement du CO2;
- génération d'une couche de matière à haute température, dite base thermique ;
- traitement de ladite charge de biomasse (B) par ledit flux gazeux de traitement, ledit flux gazeux de traitement se chargeant d'éléments gazeux comprenant de la vapeur d'eau et des composés organiques volatils (COV) provenant de ladite charge de biomasse lors dudit traitement ; et - recyclage d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau par passage d'au moins une partie dudit flux gazeux chargé au travers de ladite base thermique ;
- génération d'un flux gazeux de traitement par des moyens de génération thermique (G), ledit flux gazeux de traitement étant un gaz inerte comprenant essentiellement du CO2;
- génération d'une couche de matière à haute température, dite base thermique ;
- traitement de ladite charge de biomasse (B) par ledit flux gazeux de traitement, ledit flux gazeux de traitement se chargeant d'éléments gazeux comprenant de la vapeur d'eau et des composés organiques volatils (COV) provenant de ladite charge de biomasse lors dudit traitement ; et - recyclage d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau par passage d'au moins une partie dudit flux gazeux chargé au travers de ladite base thermique ;
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base thermique réactive est essentiellement composée d'éléments de carbone à
haute température.
haute température.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la génération de la base thermique comprend une combustion sous O2 de biomasse torréfiée, ladite combustion produisant des éléments de carbone à haute température.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base thermique est en ignition à une température qui est réglée par injection d'oxygène au coeur de ladite base.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une combustion, lors du passage du flux gazeux chargé au travers de la base thermique, d'éléments gazeux organiques provenant de la charge de biomasse (B) et présent dans ledit flux gazeux chargé, ladite combustion produisant de l'énergie thermique utilisable directement dans le procédé et/ou de l'énergie électrique au moyen de systèmes dédiés (VAP).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une cogénération d'électricité à partir d'au moins une partie de la vapeur d'eau générée dans l'échangeur (E1).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un recyclage du flux gazeux chargé pour récupérer du gaz apte à être utilisé dans le flux gazeux de traitement.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le recyclage comprend un filtrage du flux gazeux chargé, après le passage dudit flux au travers de la base thermique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génération du flux gazeux de torréfaction comprend une combustion sous O2 de biomasse torréfiée, ladite combustion produisant un gaz de combustion comprenant essentiellement du CO2.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une phase préalable de condensation d'éléments H2O contenus dans le gaz de combustion, pour récupérer un gaz résiduel comprenant essentiellement du dioxyde de carbone CO2.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une compression d'une partie du gaz résiduel, pour condenser et récupérer le dioxyde de carbone en phase liquide.
12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le gaz résiduel transite par au moins un échangeur thermique (E1, E2, E3) pour y acquérir la température de traitement, puis est réintroduit dans le cycle de traitement, pour être utilisé dans le traitement de la charge de biomasse (B) à torréfier.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'énergie thermique, nécessaire pour porter le gaz résiduel à la température de traitement, est obtenue par combustion de biomasse torréfiée.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flux gazeux de traitement est généré par combustion d'un combustible solide, ladite combustion générant aussi au moins une partie de la base thermique.
15. Système de torréfaction d'une charge de biomasse végétale (B), comprenant :
- des moyens de génération (G) prévus pour générer un flux gazeux de traitement inerte comprenant essentiellement du CO2 et une couche de matière à haute température, dite base thermique;
- une unité de traitement (1), prévu pour recevoir et soumettre ladite charge de biomasse (B) audit flux gazeux de traitement, ladite unité de traitement (1) comprenant un four de traitement (10) et des moyens (17, 19, 21, 22, 191, 192) d'introduction de la charge de biomasse (B) dans ledit four de traitement (10) et d'extraction de ladite charge de biomasse (B) dudit four de traitement (10); et - des moyens (15,16) d'échange gazeux prévus pour réaliser la communication entre les moyens de génération (G) et l'unité de traitement (1).
- des moyens de génération (G) prévus pour générer un flux gazeux de traitement inerte comprenant essentiellement du CO2 et une couche de matière à haute température, dite base thermique;
- une unité de traitement (1), prévu pour recevoir et soumettre ladite charge de biomasse (B) audit flux gazeux de traitement, ladite unité de traitement (1) comprenant un four de traitement (10) et des moyens (17, 19, 21, 22, 191, 192) d'introduction de la charge de biomasse (B) dans ledit four de traitement (10) et d'extraction de ladite charge de biomasse (B) dudit four de traitement (10); et - des moyens (15,16) d'échange gazeux prévus pour réaliser la communication entre les moyens de génération (G) et l'unité de traitement (1).
16. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de génération (G) comprennent un dispositif (R) de combustion d'un combustible solide prévus pour générer le flux gazeux de traitement par combustion dudit combustible.
17. Système selon les revendications 15 à 16, caractérisé en ce que les moyens de génération (G) comprennent un dispositif (R) de combustion d'un combustible solide et qui est agencé de façon à ce que la combustion dudit combustible solide forme au moins une partie de la base thermique.
18. Système selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, les moyens de génération (G) comprennent un générateur thermique (G) prévu pour générer au moins une partie du flux gazeux de traitement, ledit générateur (G) étant aussi prévu pour générer au moins une partie de la base thermique.
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le générateur thermique (G) comprend un réacteur thermique (R) ou un foyer à
combustible solide ou encore un dispositif hybride, permettant la combustion d'un combustible solide et d'un combustible gazeux.
combustible solide ou encore un dispositif hybride, permettant la combustion d'un combustible solide et d'un combustible gazeux.
20. Système selon l'une quelconque des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce que le générateur thermique (G) est muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur.
21. Système selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé
en ce que le générateur thermique comprend un foyer à grille prévu pour recevoir la base thermique et agencé pour réaliser le transfert des gaz chargés provenant de l'unité de traitement (1).
en ce que le générateur thermique comprend un foyer à grille prévu pour recevoir la base thermique et agencé pour réaliser le transfert des gaz chargés provenant de l'unité de traitement (1).
22. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce que le foyer à
grille est muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur.
grille est muni d'un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur.
23. Système selon l'une quelconque des revendications 18 à 22, caractérisé
en ce que le générateur thermique comprend des moyens d'injection d'oxygène.
en ce que le générateur thermique comprend des moyens d'injection d'oxygène.
24. Système selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, caractérisé
en ce que le générateur thermique comprend une chambre de postcombustion de gaz de pyrolyse générés par la torréfaction de la charge de biomasse (B) et/ou par la combustion incomplète d'un combustible solide.
en ce que le générateur thermique comprend une chambre de postcombustion de gaz de pyrolyse générés par la torréfaction de la charge de biomasse (B) et/ou par la combustion incomplète d'un combustible solide.
25. Système selon l'une quelconque des revendications 18 à 24, caractérisé
en ce que le générateur thermique comprend au moins un échangeur thermique (E1, E2), ledit échangeur thermique (E1, E2) étant prévu pour réaliser des échanges thermiques entre soit un gaz de combustion et le flux gazeux de traitement, soit un fluide composé essentiellement de vapeur d'eau à saturation et le flux gazeux de traitement, ledit fluide étant essentiellement composé de vapeur d'eau provenant soit de la torréfaction de la charge de biomasse (B) soit d'un circuit refroidissement d'une partie dudit système.
en ce que le générateur thermique comprend au moins un échangeur thermique (E1, E2), ledit échangeur thermique (E1, E2) étant prévu pour réaliser des échanges thermiques entre soit un gaz de combustion et le flux gazeux de traitement, soit un fluide composé essentiellement de vapeur d'eau à saturation et le flux gazeux de traitement, ledit fluide étant essentiellement composé de vapeur d'eau provenant soit de la torréfaction de la charge de biomasse (B) soit d'un circuit refroidissement d'une partie dudit système.
26. Système selon l'une quelconque des revendications 15 à 25, caractérisé
en ce que le four (10) est un ensemble cylindrique (10) comprenant un cylindre intérieur (12) imbriqué dans un cylindre extérieur (11) définissant un volume de traitement de la charge de biomasse, ledit cylindre intérieur (12) recevant la charge de biomasse végétale (B) à torréfier.
en ce que le four (10) est un ensemble cylindrique (10) comprenant un cylindre intérieur (12) imbriqué dans un cylindre extérieur (11) définissant un volume de traitement de la charge de biomasse, ledit cylindre intérieur (12) recevant la charge de biomasse végétale (B) à torréfier.
27. Système selon la revendication 26, caractérisé en ce que le cylindre intérieur (12) est muni d'une liberté en rotation selon un axe longitudinal (Ai) par rapport au cylindre extérieur (11).
28. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 27, caractérisé
en ce que la paroi du cylindre intérieur (12) est perforée.
en ce que la paroi du cylindre intérieur (12) est perforée.
29. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 28, caractérisé
en ce que le cylindre intérieur (12) comprend au moins une forme proéminente (121) sur sa paroi interne, ladite forme (121) assurant l'entraînement et le brassage de la charge de biomasse (B) lors du traitement.
en ce que le cylindre intérieur (12) comprend au moins une forme proéminente (121) sur sa paroi interne, ladite forme (121) assurant l'entraînement et le brassage de la charge de biomasse (B) lors du traitement.
30. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 29, caractérisé
en ce que le cylindre extérieur (11) comprend une enveloppe (111) calorifugée.
en ce que le cylindre extérieur (11) comprend une enveloppe (111) calorifugée.
31. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 30, caractérisé
en ce que le cylindre extérieur (11) comprend une paroi interne pleine enveloppant le cylindre intérieur (12) et délimitant le volume de traitement de la charge de biomasse(B).
en ce que le cylindre extérieur (11) comprend une paroi interne pleine enveloppant le cylindre intérieur (12) et délimitant le volume de traitement de la charge de biomasse(B).
32. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 31, caractérisé
en ce que le four de traitement (10) comprend un déflecteur (132) sur sensiblement toute la longueur du cylindre (12) prévu pour diriger le flux gazeux de traitement vers la partie inférieur du volume de traitement de manière à répartir ledit flux sur toute la charge de biomasse (B).
en ce que le four de traitement (10) comprend un déflecteur (132) sur sensiblement toute la longueur du cylindre (12) prévu pour diriger le flux gazeux de traitement vers la partie inférieur du volume de traitement de manière à répartir ledit flux sur toute la charge de biomasse (B).
33. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 32, caractérisé
en ce que le four de traitement (10) comprend au moins deux brosses (18) montées en contact d'une part avec la paroi interne du cylindre extérieur (11) et d'autre part entre la paroi externe du cylindre intérieur (12) de manière à délimiter une zone (13) d'introduction de flux gazeux de traitement dans le four de traitement (10) et une zone (14) d'extraction du flux gazeux après traitement de la charge de biomasse (B).
en ce que le four de traitement (10) comprend au moins deux brosses (18) montées en contact d'une part avec la paroi interne du cylindre extérieur (11) et d'autre part entre la paroi externe du cylindre intérieur (12) de manière à délimiter une zone (13) d'introduction de flux gazeux de traitement dans le four de traitement (10) et une zone (14) d'extraction du flux gazeux après traitement de la charge de biomasse (B).
34. Système selon la revendication 33, caractérisé en ce que les brosses (18) sont agencées pour brosser la paroi externe du cylindre intérieur (12) de manière à déloger des particules de la charge de biomasse (B) retenues sur le cylindre intérieur (12).
35. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 34, caractérisé
en ce que le four de traitement (10) comprend en outre un tube (15) d'introduction du flux gazeux de traitement dans le volume de traitement.
en ce que le four de traitement (10) comprend en outre un tube (15) d'introduction du flux gazeux de traitement dans le volume de traitement.
36. Système selon la revendication 35, caractérisé en ce que le tube (15) d'introduction du flux gazeux est calorifugé.
37. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 36, caractérisé
en ce que le four de traitement (10) comprend en outre un tube (16) d'extraction du flux gazeux de traitement.
en ce que le four de traitement (10) comprend en outre un tube (16) d'extraction du flux gazeux de traitement.
38. Système selon la revendication 37, caractérisé en ce que le tube (16) d'extraction du flux gazeux de traitement est calorifugé.
39. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 38, caractérisé
en ce que le four de traitement (10) comprend un tube (131) d'injection de CO2 liquide dans la zone de traitement.
en ce que le four de traitement (10) comprend un tube (131) d'injection de CO2 liquide dans la zone de traitement.
40. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 39, caractérisé
en ce que l'unité de traitement (1) comprend en outre des moyens de moteur (25) agencés pour réaliser la rotation du cylindre intérieur (12) autour d'un axe longitudinal (A1).
en ce que l'unité de traitement (1) comprend en outre des moyens de moteur (25) agencés pour réaliser la rotation du cylindre intérieur (12) autour d'un axe longitudinal (A1).
41. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 40, caractérisé
en ce qu'une extrémité (EO) du cylindre intérieur (12) et du cylindre extérieur (11) est munie d'une ouverture permettant l'introduction de la charge de biomasse (B) dans le cylindre intérieur (12) avant le traitement et l'extraction de ladite charge de biomasse (B) après le traitement, l'autre extrémité (EF) étant fermée.
en ce qu'une extrémité (EO) du cylindre intérieur (12) et du cylindre extérieur (11) est munie d'une ouverture permettant l'introduction de la charge de biomasse (B) dans le cylindre intérieur (12) avant le traitement et l'extraction de ladite charge de biomasse (B) après le traitement, l'autre extrémité (EF) étant fermée.
42. Système selon la revendication 41, caractérisé en ce que lors du traitement ladite ouverture est fermée étanche par des moyens de bouchon (23) actionné par des moyens de piston (24).
43. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 42, caractérisé
en ce que l'unité de traitement (1) comprend des moyens (21,22) de positionnement horizontal du four de traitement (10).
en ce que l'unité de traitement (1) comprend des moyens (21,22) de positionnement horizontal du four de traitement (10).
44. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 43, caractérisé
en ce que l'unité de traitement (1) comprend des moyens (191,192) agencés pour le pivotement de l'ensemble cylindrique (10) autour d'un axe horizontal (A2).
en ce que l'unité de traitement (1) comprend des moyens (191,192) agencés pour le pivotement de l'ensemble cylindrique (10) autour d'un axe horizontal (A2).
45. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 44, caractérisé
en ce que l'unité de traitement (1) comprend des moyens (17) de réception de la charge de biomasse (B2) après traitement.
en ce que l'unité de traitement (1) comprend des moyens (17) de réception de la charge de biomasse (B2) après traitement.
46. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 45, caractérisé
en ce que dans une position (81) dite de chargement, l'ensemble cylindrique (10) est positionné verticalement, l'extrémité (EO) comportant une ouverture des cylindres intérieur (12) et extérieur (11) étant placée en haut, de manière à ce que la charge de biomasse (B1) à traiter puisse être introduite dans le cylindre intérieur (12).
en ce que dans une position (81) dite de chargement, l'ensemble cylindrique (10) est positionné verticalement, l'extrémité (EO) comportant une ouverture des cylindres intérieur (12) et extérieur (11) étant placée en haut, de manière à ce que la charge de biomasse (B1) à traiter puisse être introduite dans le cylindre intérieur (12).
47. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 45, caractérisé
en ce que dans une position (88) dite de déchargement, l'ensemble cylindrique (10) est positionné verticalement, l'extrémité (EO) comportant une ouverture des cylindres intérieur (12) et extérieur (11) étant placée vers le bas, de manière à ce que la charge de biomasse (B2) traitée est recueillie dans des moyens de réception (17).
en ce que dans une position (88) dite de déchargement, l'ensemble cylindrique (10) est positionné verticalement, l'extrémité (EO) comportant une ouverture des cylindres intérieur (12) et extérieur (11) étant placée vers le bas, de manière à ce que la charge de biomasse (B2) traitée est recueillie dans des moyens de réception (17).
48. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 45, caractérisé
en ce que dans une position (84) dite de procédé, l'ensemble cylindrique (10) est positionné horizontalement, l'ouverture des cylindres intérieur (12) et extérieur (11) est fermée de façon étanche par les moyens de bouchon (23,24).
en ce que dans une position (84) dite de procédé, l'ensemble cylindrique (10) est positionné horizontalement, l'ouverture des cylindres intérieur (12) et extérieur (11) est fermée de façon étanche par les moyens de bouchon (23,24).
49. Système selon l'une quelconque des revendications 26 à 48, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre des moyens d'extraction de l'ensemble gazeux du volume de traitement prévus pour maintenir ledit volume de traitement en dépression permanente.
en ce qu'il comprend en outre des moyens d'extraction de l'ensemble gazeux du volume de traitement prévus pour maintenir ledit volume de traitement en dépression permanente.
50. Système selon l'une quelconque des revendications 15 à 49, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre un dispositif de production de vapeur d'eau.
en ce qu'il comprend en outre un dispositif de production de vapeur d'eau.
51. Système selon l'une quelconque des revendications 15 à 50, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre des moyens de cogénération ou de trigénération d'énergie.
en ce qu'il comprend en outre des moyens de cogénération ou de trigénération d'énergie.
52. Système selon l'une quelconque des revendications 15 à 51, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre des moyens de stockage et/ou de distribution de O2 (O2).
en ce qu'il comprend en outre des moyens de stockage et/ou de distribution de O2 (O2).
53. Système selon l'une quelconque des revendications 15 à 52, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre des moyens de stockage et/ou de liquéfaction et/ou de distribution de CO2 (CO2).
en ce qu'il comprend en outre des moyens de stockage et/ou de liquéfaction et/ou de distribution de CO2 (CO2).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20130628 |