FR3097553A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SOLID FUELS FROM END-OF-LIFE WOOD OR WOOD-WASTE - Google Patents
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Abstract
La présente invention a trait au domaine du recyclage des bois de fin de vie ou du bois-déchet. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de valorisation d’une biomasse constituée de bois de fin de vie ou de bois-déchet par vapocraquage en vue de la fabrication de combustibles solides. Elle permet de valoriser les bois transformés destinés au recyclage matière, à l’enfouissement ou à l’incinération.The present invention relates to the field of recycling end-of-life wood or waste wood. More particularly, it relates to a process for upgrading biomass consisting of end-of-life wood or waste wood by steam cracking for the manufacture of solid fuels. It makes it possible to recover processed wood intended for material recycling, landfill or incineration.
Description
La présente invention a trait au domaine du recyclage des bois de fin de vie ou du bois-déchet. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de valorisation d’une biomasse constituée de bois de fin de vie ou de bois-déchet par vapocraquage en vue de la fabrication de combustibles solides. Elle permet de valoriser les bois transformés destinés au recyclage matière, à l’enfouissement ou à l’incinération.The present invention relates to the field of recycling end-of-life wood or waste wood. More particularly, it relates to a process for recovering a biomass consisting of end-of-life wood or wood-waste by steam cracking with a view to the manufacture of solid fuels. It makes it possible to recover processed wood intended for material recycling, landfilling or incineration.
Domaine de l’inventionField of invention
La production d’énergie (électrique et thermique) d’origine renouvelable peut se faire à partir de l’environnement (soleil, vent, marée, houle, géothermie, hydraulique) ou à partir de biomasse. A part la biomasse, l’hydraulique de rivière ou de barrage, et la géothermie, ces énergies renouvelables sont intermittentes sauf si les moyens de stockage de l’énergie se développaient. Et seule la biomasse constitue une énergie primaire transportable sur son lieu de transformation en chaleur et/ou électricité. Mais la biomasse est en fait une énergie peu dense, variable et périssable.The production of energy (electric and thermal) of renewable origin can be done from the environment (sun, wind, tide, swell, geothermal, hydraulic) or from biomass. Apart from biomass, river or dam hydraulics, and geothermal energy, these renewable energies are intermittent unless the means of energy storage are developed. And only biomass constitutes a primary energy that can be transported to its place of transformation into heat and/or electricity. But biomass is actually a sparse, variable and perishable energy.
La transformation de biomasse ligno-cellulosique (bois, résidus agricoles, coproduits de l’agriculture et de l’agro-industrie) en un composé dense énergétiquement, transportable et facilement stockable permet de développer et consolider une filière industrielle d’énergie stationnaire (biocombustible utilisé en un point fixe, le foyer, contrairement aux biocarburants) et de réduire les impacts environnementaux (émission CO2fossile, avec une biomasse sans fertilisants ni phytosanitaires). Le traitement thermique de la biomasse par vapocraquage permet cette densification de l’énergie. Toutefois, la multiplication des projets de valorisation de biomasse génère des tensions fortes sur les filières d’approvisionnements en bois notamment. Les usages actuels vers le bois fibre (panneau de particules et papeterie), voire sur le bois de construction ou d’ameublement massif tirent les prix vers le haut. Par ailleurs, les politiques environnementales visent à augmenter le recyclage des produits en fin de vie, et à limiter voire interdire les solutions d’enfouissements des déchets de filière. C’est pourquoi la plupart des coproduits organiques issus de la biomasse terminent en unité de valorisation énergétique, c’est-à-dire en incinérateur.The transformation of ligno-cellulosic biomass (wood, agricultural residues, co-products of agriculture and agro-industry) into an energy-dense, transportable and easily storable compound makes it possible to develop and consolidate an industrial sector of stationary energy (biofuel used at a fixed point, the home, unlike biofuels) and to reduce environmental impacts (fossil CO 2 emissions, with biomass without fertilizers or phytosanitary products). The thermal treatment of biomass by steam cracking allows this densification of energy. However, the proliferation of biomass recovery projects generates strong tensions on the wood supply sectors in particular. The current uses for wood fiber (particleboard and stationery), or even for construction wood or solid furniture, are driving prices up. In addition, environmental policies aim to increase the recycling of end-of-life products, and to limit or even ban landfill solutions for waste from the sector. This is why most of the organic by-products from biomass end up in an energy recovery unit, ie in an incinerator.
Les professionnels de la filière bois utilisent une classification d’usage distinguant les bois dit « A », les bois dit « B » et les bois dit « C ». Il semblerait que cette classification ait été élaborée par l’ADEME.Professionals in the wood industry use a usage classification distinguishing wood called "A", wood called "B" and wood called "C". It would seem that this classification was developed by ADEME.
Le bois dit « A » est composé de déchets d’emballages en bois non revêtus, non traités.The so-called “A” wood is composed of uncoated, untreated wooden packaging waste.
Le bois dit « B » est composé de déchets de bois non dangereux contenant une faible quantité d’adjuvants ou autres matières ; bois collés, bois ayant reçu un traitement en surface (préservation, finition) ou un revêtement (papier peint, mélamine, polypropylène…). A ce titre, cette catégorie rassemble les panneaux, les bois d’ameublement, les bois de démolition exempts de gravats, etc...Wood called “B” is made up of non-hazardous wood waste containing a small amount of additives or other materials; glued wood, wood having received a surface treatment (preservation, finish) or coating (wallpaper, melamine, polypropylene, etc.). As such, this category includes panels, furnishing wood, demolition wood free of rubble, etc.
Le bois dit « C » est composé quant à lui de déchets dangereux (bois créosotés par exemple) détruits en usine d'incinération de déchets spéciaux ou utilisés dans les fours de cimenterie.So-called “C” wood is made up of hazardous waste (creosote wood, for example) destroyed in a special waste incineration plant or used in cement kilns.
Aujourd’hui, les bois de type A ou B les plus susceptibles d’être employés comme biocombustibles abondants à faible coût sont constitués de bois-fibre naturel mais aussi de panneaux de particules, de contreplaqués, d’agglomérés, ainsi que d’adjuvants organiques (résines, colles, papiers encollés comme la mélamine, vernis, polymères plastiques…). Ces produits ainsi que la forme des déchets de bois employés ne se prêtent pas à fournir le média favorisant une granulation après un broyage, à moins d’y adjoindre des quantités significatives d’additifs liants et coûteux.Today, the type A or B woods most likely to be used as abundant biofuels at low cost consist of natural wood-fiber but also particle boards, plywood, chipboard, as well as additives. organic (resins, glues, sized papers such as melamine, varnish, plastic polymers, etc.). These products, as well as the form of the wood waste used, do not lend themselves to providing the media that promotes granulation after grinding, unless significant quantities of binding and costly additives are added.
De plus, les bois de type A dit « d’emballage », pourtant formés majoritairement de planches (palettes, caisses) comportent parfois quelques éléments type agglomérés (pied de palette), ou contreplaqué ou panneaux de particules (OSB, MDF, HDF). Cette présence est suffisante pour décourager les industriels des granulés blancs (white pellet) de fabriquer leur produit à partir de bois A. De plus, des colorations liées au bois (palettes colorées, marquages, etc…) sont proscrites dans le granulé blanc final à destination du consommateur particulier qui attend un produit premium, blanc-beige. Sauf à modifier le procédé (ce qui le rendrait plus coûteux) notamment par l’emploi d’additifs liants, et à diluer le bois A avec d’autres bois naturels type résineux (plus liants mais plus coûteux), il n’y a pas de solution idéale. D’autant que le taux d’additif liant est limité à 2 ou 3% selon les normes de white pellets revendiquées.In addition, type A wood called "packaging", although mainly made up of planks (pallets, crates) sometimes includes a few chipboard type elements (foot of pallet), or plywood or particle board (OSB, MDF, HDF) . This presence is sufficient to discourage manufacturers of white pellets from manufacturing their product from A wood. destination for the particular consumer who expects a premium, white-beige product. Unless the process is modified (which would make it more expensive) in particular by the use of binder additives, and the wood A is diluted with other natural woods of the resinous type (more binders but more expensive), there is no no ideal solution. Especially since the level of binder additive is limited to 2 or 3% according to the standards of white pellets claimed.
Il n’existe pas, à ce jour, de filière de valorisation des bois de type B, qui sont aujourd’hui destinés au recyclage matière, à l’enfouissement ou à l’incinération. Quant au bois de type A, lorsqu’il est utilisé en combustion, il est seulement broyé, sans être granulé.To date, there is no recovery sector for type B wood, which is currently intended for material recycling, landfilling or incineration. As for type A wood, when it is used in combustion, it is only crushed, without being granulated.
De manière tout à fait surprenante et à l’encontre des pratiques actuelles, les inventeurs proposent d’utiliser les bois A et B pour faire des granulés par vapocraquage.Quite surprisingly and contrary to current practices, the inventors propose using woods A and B to make pellets by steam cracking.
Le procédé selon l’invention permet la production de combustibles solides à partir de biomasse ligno-cellulosique constituée de bois A et/ou de bois B. Il consiste en un procédé de valorisation de biomasse ligno-cellulosique constituée au moins en partie de bois de fin de vie ou de bois-déchets non granulable après broyage, caractérisé en ce que l’on applique une étape de préparation de ladite biomasse consistant à éliminer au moins une partie des éléments autres que le bois, puis à procéder à une étape de traitement thermique par vapocraquage suivie d’une étape de granulation.The process according to the invention allows the production of solid fuels from ligno-cellulosic biomass consisting of wood A and/or wood B. It consists of a process for recovering ligno-cellulosic biomass consisting at least in part of wood from end of life or non-granulable wood-waste after shredding, characterized in that a step for preparing said biomass is applied, consisting in eliminating at least some of the elements other than wood, then proceeding to a step of processing heat by steam cracking followed by a granulation step.
Avantages de l’inventionAdvantages of the invention
La présente invention propose donc une nouvelle approche de valorisation des bois transformés, vieillis ou plus généralement considérés comme en fin de vie et destinés au recyclage matière, à l’enfouissement ou à l’incinération.The present invention therefore proposes a new approach for the recovery of wood that has been transformed, aged or more generally considered to be at the end of its life and intended for material recycling, landfilling or incineration.
Les bois transformés présentent généralement une modification des fibres ligno-cellulosiques qui les rend peu exploitables. En effet, le bois-déchet est plus sec et ses caractéristiques intrinsèques sont différentes de celle d’un bois jeune.Processed woods generally present a modification of the ligno-cellulosic fibers which makes them difficult to exploit. Indeed, waste wood is drier and its intrinsic characteristics are different from those of young wood.
L’utilisation du vapocraquage comme solution déstructurante et entrainant des modifications chimiques et physiques favorise la granulation des bois de manière générale, notamment par des migrations de la lignine liante et collante dans les fibres, élément clef d’une granulation favorisée. Le vapocraquage permet en effet de restaurer les qualités des lignines.The use of steam cracking as a destructuring solution and leading to chemical and physical modifications promotes the granulation of wood in general, in particular by migrations of binding and sticky lignin in the fibers, a key element of favored granulation. Steam cracking makes it possible to restore the qualities of the lignins.
En sus de l’effet connu du vapocraquage pour réduire les fibres en poudre et homogénéiser les biomasses, l’effet du traitement à la vapeur permet de déstructurer les autres composants présents dans le bois (colles, résines, additifs, etc…) et donc de participer à une standardisation granulométrique du produit et une répartition homogène de ces molécules évitant des zones singulières qui pourraient être des zones de moins bonne efficacité de la granulation. Par ailleurs, le traitement thermique en sus de dégrader chimiquement certaines molécules exogènes entraîne une coloration sombre du produit (futur granulé noir). Cette prise de coloration atténue la présence des colorants et pigments rajoutés dans le bois A et B, et participe à son acceptation par l’utilisateur.In addition to the known effect of steam cracking to reduce the fibers to powder and homogenize the biomasses, the effect of the steam treatment makes it possible to destructure the other components present in the wood (glues, resins, additives, etc.) and therefore to participate in a granulometric standardization of the product and a homogeneous distribution of these molecules avoiding singular zones which could be zones of less good efficiency of the granulation. Furthermore, the heat treatment in addition to chemically degrading certain exogenous molecules results in a dark coloring of the product (future black granulate). This coloring attenuates the presence of dyes and pigments added in wood A and B, and contributes to its acceptance by the user.
Le procédé de préparation de granulés par vapocraquage a l’avantage de produire des granulés dont l’apparence visuelle est homogène et constante, ce qui est une marque de qualité pour le consommateur.The process for preparing granules by steam cracking has the advantage of producing granules whose visual appearance is homogeneous and constant, which is a mark of quality for the consumer.
Le procédé permet plus généralement une meilleure granulation que dans le cas de la préparation de granulés blancs à partir du même substrat.The method more generally allows better granulation than in the case of the preparation of white granules from the same substrate.
Le procédé évite l’emploi d’additifs ou l’utilisation de bois naturel supplémentaire résineux coûteux pour favoriser la cohésion des granulés.The process avoids the use of additives or the use of expensive additional natural resinous wood to promote the cohesion of the pellets.
Enfin, le procédé utilisant les bois A et bois B favorise les filières locales qui récupèrent et valorisent ces bois vieillis plutôt que de les incinérer.Finally, the process using wood A and wood B favors local sectors which recover and recycle this aged wood rather than incinerating it.
Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention
Un objet de l’invention concerne un procédé de valorisation de biomasse ligno-cellulosique constituée au moins en partie de bois de fin de vie ou de bois-déchets non granulable après broyage caractérisé en ce que l’on applique une étape de préparation de ladite biomasse consistant à éliminer au moins une partie des éléments autres que le bois, puis à procéder à une étape de traitement thermique par vapocraquage suivie d’une étape de granulation.An object of the invention relates to a process for the recovery of lignocellulosic biomass consisting at least in part of end-of-life wood or non-granulable wood-waste after grinding, characterized in that a step of preparing said biomass consisting of eliminating at least some of the elements other than wood, then proceeding to a heat treatment step by steam cracking followed by a granulation step.
Par « bois de fin de vie ou bois-déchets », on entend tout bois transformé ou vieilli, plus particulièrement le bois qualifié de bois A ou bois B selon la classification de l’ADEME. Ce bois n’est pas granulable directement après broyage.By "end-of-life wood or wood-waste", we mean any processed or aged wood, more particularly wood qualified as wood A or wood B according to the ADEME classification. This wood is not granulable directly after grinding.
L’étape de préparation du bois a pour objectif de réduire la teneur finale en contaminants.The objective of the wood preparation stage is to reduce the final contaminant content.
Par « contaminant », on entend toute substance décelée dans un lieu où elle ne se trouve pas normalement. Dans le cas d’un bois contaminé, il s’agit de toute substance qui ne se trouve pas naturellement dans le bois. Des exemples de contaminants trouvés fréquemment dans le bois sont la peinture, le plastique (revêtement, décoration, poignée, boutons...), les métaux (clous, charnière, serrure...), le verre, les adjuvants de types colles, résines, polymères, produits phytosanitaires, la mélamine, etc…By “contaminant”, we mean any substance detected in a place where it is not normally found. In the case of contaminated wood, it is any substance that is not found naturally in the wood. Examples of contaminants frequently found in wood are paint, plastic (coating, decoration, handle, buttons, etc.), metals (nails, hinges, locks, etc.), glass, glue-type additives, resins, polymers, phytosanitary products, melamine, etc.
La préparation du bois consiste à supprimer les résidus de verre ou métaux ou plastiques ou résidus minéraux. Elle peut être mise en œuvre par tri optique, densimétrique, magnétique ou mécanique. Ces traitements peuvent être réalisés manuellement ou de manière automatisée.The preparation of the wood consists in removing the residues of glass or metals or plastics or mineral residues. It can be implemented by optical, densimetric, magnetic or mechanical sorting. This processing can be done manually or automatically.
De manière générale, ces traitements doivent être simples à mettre en œuvre et peu coûteux pour que le procédé de production de granulés noirs soit économiquement viable.In general, these treatments must be simple to implement and inexpensive for the process for producing black granules to be economically viable.
Il est possible notamment que le traitement consiste à écarter certains bois trop contaminés. En effet, il est préconisé d’effectuer une sélection des bois A et B, et surtout une sélection fine du bois B pour éviter la présence de trop d’éléments exogènes non liants pour la granulation, notamment les plastiques. De manière évidente, la présence d’inertes (métaux de serrurerie, verre, etc..) ainsi que de polymères (plaquage de plastique, champs de PVC …) est à proscrire. Aussi la chaîne d’approvisionnement devra inclure des opérations de tri et de sélection. Après, le procédé devra inclure une bonne phase de sécurisation des outils (broyage, déferraillage, épierrage pour retirer les polluants matériels lourds, éventuellement tri et vérification visuelle), puis le procédé redevient classique avec éventuellement un séchage, puis un vapocraquage et une granulation.It is possible in particular that the treatment consists of removing certain wood that is too contaminated. Indeed, it is recommended to carry out a selection of wood A and B, and especially a fine selection of wood B to avoid the presence of too many non-binding exogenous elements for granulation, in particular plastics. Obviously, the presence of inerts (locksmith metals, glass, etc.) as well as polymers (plastic plating, PVC fields, etc.) is to be avoided. Also the supply chain will have to include sorting and selection operations. Afterwards, the process must include a good phase of securing the tools (grinding, iron removal, stone removal to remove heavy material pollutants, possibly sorting and visual verification), then the process becomes classic again with possibly drying, then steam cracking and granulation.
Bien que cette possibilité ne soit pas privilégiée, il est envisageable, pour les bois les plus contaminés, d’ajouter certains additifs et/ou d’effectuer un mélange par du bois naturel noble comme le résineux ; ces solutions ont un coût et entrainent des contraintes différentes, qu‘il faut évaluer et à chiffrer en termes de bénéfice/risque avant de les mettre en œuvre.Although this possibility is not preferred, it is possible, for the most contaminated wood, to add certain additives and/or to mix with noble natural wood such as softwood; these solutions have a cost and lead to different constraints, which must be assessed and quantified in terms of benefit/risk before implementing them.
Les producteurs des granulés noirs obtenus à partir de bois A ou bois B sont les industriels qui cherchent à optimiser la production de biocombustibles en utilisant des ressources locales des filières de récupération et valorisation des bois en fin de vie, bénéficiant ainsi d’un tarif d’achat plus faible, mais toujours l’utilisation facile du produit dans des chaudières à biomasse, et remplaçant économiquement le charbon ou le gaz, à ce jour des combustibles peu chers, et participant à une écologie circulaire et respectueuse de l’environnement.The producers of black pellets obtained from wood A or wood B are industrialists who seek to optimize the production of biofuels by using local resources from the recovery and recovery of end-of-life wood, thus benefiting from a tariff of lower purchase, but still the easy use of the product in biomass boilers, and economically replacing coal or gas, to date inexpensive fuels, and participating in a circular and environmentally friendly ecology.
Les utilisateurs des granulés noirs obtenus à partir de bois A ou bois B sont tous les utilisateurs de chaudière à biomasse.Users of black pellets obtained from wood A or wood B are all users of biomass boilers.
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GEIR SKJEVRAK ET AL: "Pelletizing and Combustion Behaviors of Wood Waste with Additives Mixing", POWER AND ENERGY ENGINEERING CONFERENCE (APPEEC), 2012 ASIA-PACIFIC, IEEE, 27 March 2012 (2012-03-27), pages 1 - 5, XP032239507, ISBN: 978-1-4577-0545-8, DOI: 10.1109/APPEEC.2012.6306992 * |
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WO2020260800A1 (en) | 2020-12-30 |
EP3986991A1 (en) | 2022-04-27 |
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