OA17883A

OA17883A - Process for transforming a biomass into at least one biochar.

Info

Publication number: OA17883A
Application number: OA1201600322
Authority: OA
Inventors: Jean-Paul Vieslet
Original assignee: Biocarbon Industries Sarl
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2018-02-16

Abstract

L'invention concerne un procédé de transformation d'une biomasse en au moins un biocharbon, comprenant les étapes suivantes : (a) On dispose d'une biomasse broyée et séchée, ladite biomasse contenant au moins 30% d'une biomasse lignocellulosique, en masse par rapport à la masse sèche de la biomasse broyée et séchée ; (b) On chauffe progressivement cette biomasse à une température supérieure à 140°C et inférieure à 350°C, dans un flux gazeux dépourvu d'oxygène, sous une pression comprise entre 1 et 40 bar ; (c) On laisse la réaction se dérouler en maintenant la température dans l'intervalle de 300-700°C et la pression dans l'intervalle de 1-40 bar, (d) On refroidit à une température d'au plus 100°C, la biomasse issue de (d), dans un flux gazeux dépourvu d'oxygène, et (e) on récupère le biocharbon. L'invention concerne aussi le biocharbon ainsi obtenu.The invention relates to a method of transformation of a biomass into at least one biochar, comprising the following steps: (a) We have crushed and dried biomass, said biomass containing at least 30% of a lignocellulosic biomass, by mass relative to to the dry mass of the crushed biomass and dried; (b) This is gradually heated biomass at a temperature above 140 ° C and below 350 ° C, in a gas flow oxygen free, under pressure between 1 and 40 bar; (c) The reaction is allowed to proceed while maintaining the temperature in the range of 300-700 ° C and the pressure in the interval of 1-40 bar, (d) Cooling to a temperature of at most 100 ° C, the biomass of (d), in a gas stream devoid of oxygen, and (e) recovering the biochar. The invention also relates to the biochar thus obtained.

Description

PROCEDE DE TRANSFORMATION D’UNE BIOMASSE EN AU MOINS UN BIOCHARBONPROCESS FOR TRANSFORMATION OF A BIOMASS INTO AT LEAST ONE BIOCHARBON

La présente invention concerne un procédé de transformation d’une biomasse, en au moins un biocharbon.The present invention relates to a process for transforming a biomass into at least one biochar.

Par biocharbon selon l’invention, on entend un solide riche en carbone, stable, issu d’un traitement thermique d’une biomasse adapté à de nombreuses applications industrielles. Ainsi, et de manière non limitative, il constitue un combustible à haut pouvoir calorifique, représentant une nouvelle alternative dans le domaine des énergies renouvelables. Il constitue également un agent fertilisant à usage agricole pour l’amendement des sols. Il constitue aussi un produit destiné à l'industrie chimique, par exemple comme catalyseur. Il est encore un excellent adsorbant et constitue un agent de purification, de décoloration, de décontamination et/ou de désodorisation, utilisable dans de nombreux domaines industriels. Il peut être mis en forme dans toute présentation selon sa destination, telle que poudre, grains...The term “biochar” according to the invention is understood to mean a solid rich in carbon, stable, resulting from a heat treatment of biomass suitable for numerous industrial applications. Thus, and in a nonlimiting manner, it constitutes a fuel with a high calorific value, representing a new alternative in the field of renewable energies. It is also a fertilizer for agricultural use for soil amendment. It is also a product intended for the chemical industry, for example as a catalyst. It is also an excellent adsorbent and constitutes an agent for purification, discoloration, decontamination and / or deodorization, which can be used in many industrial fields. It can be shaped in any presentation according to its destination, such as powder, grains ...

Le procédé de l’invention est plus spécifiquement décrit en référence à une biomasse lignocellulosique, mais par analogie, il peut être appliqué à d’autres biomasses.The method of the invention is more specifically described with reference to a lignocellulosic biomass, but by analogy, it can be applied to other biomasses.

Des procédés de transformation de biomasse lignocellulosique en combustibles sont déjà connus mettant notamment en jeu une étape de torréfaction. La torréfaction d’une biomasse consiste à la chauffer graduellement à température modérée, généralement entre 190°C et 250°C, dans une atmosphère dépourvue d'oxygène, et éventuellement sous pression. Ce traitement entraîne une élimination quasi complète de l’eau de la biomasse et une modification partielle de sa structure moléculaire, provoquant un changement de certaines de ses propriétés. En particulier, ce traitement thermique produit une dépolymérisation de l’hémicellulose, rendant la biomasse torréfiée pratiquement hydrophobe et friable, tout en améliorant son pouvoir calorifique.Processes for transforming lignocellulosic biomass into fuels are already known involving in particular a roasting step. Roasting biomass involves heating it gradually at a moderate temperature, generally between 190 ° C and 250 ° C, in an atmosphere devoid of oxygen, and optionally under pressure. This treatment results in the almost complete elimination of water from the biomass and a partial modification of its molecular structure, causing a change in some of its properties. In particular, this heat treatment produces a depolymerization of the hemicellulose, making the torrefied biomass practically hydrophobic and friable, while improving its calorific value.

Ainsi, le document EP2287278A2 décrit un procédé de torréfaction d’une biomasse lignocellulosique comprenant une étape de séchage de la biomasse pour en retirer environ 95% d’humidité, puis une étape de torréfaction dans un réacteur porté à une température en théorie de 1001000°C, en pratique de 220-300°C, à une pression de 1-50 bar, de préférenceThus, document EP2287278A2 describes a process for the torrefaction of a lignocellulosic biomass comprising a stage of drying the biomass in order to remove approximately 95% of moisture therefrom, then a stage of torrefaction in a reactor brought to a temperature in theory of 1001000 ° C, in practice 220-300 ° C, at a pressure of 1-50 bar, preferably

5-20 bar, dans une atmosphère exempte d’oxygène, et enfin une étape de refroidissement de la biomasse torréfiée, ce procédé prévoyant un système de recyclage des gaz.5-20 bar, in an oxygen-free atmosphere, and finally a step of cooling the torrefied biomass, this process including a gas recycling system.

On connaît aussi selon le document W02013/003615A2, un dispositif pour torréfier une biomasse riche en hémicellulose comme le bois, et un procédé de traitement de cette biomasse mis en œuvre dans ce dispositif, comprenant une étape de séchage de la biomasse, une étape de torréfaction réalisée à une température de 200-250°C, sous une pression d’au moins 3 bar, en atmosphère inerte, et une étape de refroidissement. Le dispositif est constitué d’un corps vertical dans lequel est disposée une superposition de plateaux constituant des compartiments de traitement de la biomasse. Ces compartiments sont équipés d’ouvertures pour laisser s’écouler la biomasse en cours de traitement ou traitée, et les gaz de traitement ou produits peuvent être évacués par des tubulures pour être recyclés.Also known according to document WO2013 / 003615A2, a device for torrefying a biomass rich in hemicellulose such as wood, and a process for treating this biomass implemented in this device, comprising a step of drying the biomass, a step of roasting carried out at a temperature of 200-250 ° C, under a pressure of at least 3 bar, in an inert atmosphere, and a cooling step. The device consists of a vertical body in which is arranged a superposition of trays constituting biomass processing compartments. These compartments are equipped with openings to let out the biomass being treated or treated, and the treatment gases or products can be evacuated through pipes for recycling.

Selon l’article J. Wannapeera et N. Worasuwannarak, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 96 (2012) 173-180, les auteurs ont étudié, à l’échelle du laboratoire, soit sur quelques grammes, l’influence de la pression dans un procédé de transformation par torréfaction d’une biomasse à base de Leucaena leucocephala, un arbre tropical. Ce procédé comprend les étapes suivantes ;According to the article J. Wannapeera and N. Worasuwannarak, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 96 (2012) 173-180, the authors studied, on a laboratory scale, i.e. on a few grams, the influence of pressure in a process for transforming by roasting a biomass based on Leucaena leucocephala, a tropical tree. This method comprises the following steps;

- La biomasse est déchiquetée puis broyée en particules d’une taille <75pm ;- The biomass is shredded and then crushed into particles with a size of <75 pm;

- Les particules sont ensuite séchées dans un four sous vide à 70°C pendant 24h ;- The particles are then dried in a vacuum oven at 70 ° C for 24 hours;

- Les particules sont placées dans un réacteur sous atmosphère inerte, qui est alors introduit et maintenu dans un fourneau à une température de 200- 250°C et une pression de 1-40 bar, pendant 30 min ;- The particles are placed in a reactor under an inert atmosphere, which is then introduced and maintained in a furnace at a temperature of 200-250 ° C and a pressure of 1-40 bar, for 30 min;

- Au bout de ces 30 min, le réacteur est immergé dans de l’eau pour stopper la réaction ;- At the end of these 30 min, the reactor is immersed in water to stop the reaction;

- Le produit issu de cette carbonisation est séché dans un four pendant 23h puis analysé.- The product resulting from this carbonization is dried in an oven for 23 hours and then analyzed.

Les valeurs de pouvoir calorifique supérieur (PCS) les plus élevées sont obtenues pour un solide issu d’une torréfaction à une température de l’ordre de 250°C et une pression de 40 bar. Ces travaux ont mis en évidence l’effet favorable de la pression sur les réactions de torréfaction dans ces conditions.The highest gross calorific value (HCP) values are obtained for a solid resulting from a roasting at a temperature of around 250 ° C and a pressure of 40 bar. This work has demonstrated the favorable effect of pressure on roasting reactions under these conditions.

Les traitements de torréfaction sous pression connus tels que ceux décrits précédemment produisent des solides possédant un pouvoir calorifique inférieur (PCI) élevé, généralement de l’ordre de 19 â 23 MJ/kg. Le pci d’un solide obtenu selon le procédé décrit dans EP2287278A2 est effectivement de cet ordre Les auteurs y déclarent que leur procédé de torréfaction entraînerait une réduction de la masse de 30% avec une perte de 10% de l’énergie globale, ce qui signifie que l’énergie du solide obtenu, correspondant à 90% de l’énergie de la biomasse séchée de départ, est concentrée dans 70% de la masse de la biomasse séchée de départ, ce qui conduit à une concentration du PCI par unité de masse de 0,9/0,7, soit de 1,28. Le taux annoncé de séchage de la biomasse étant de 5%, équivalant à celui d’un granulé de bois du commerce dont le PCI est de l’ordre de 15 à 18 MJ/kg, le PCI du solide obtenu selon EP2287278A2 est de l’ordre de 19 à 23 MJ/kg. Ces valeurs sont d’ailleurs celles annoncées par de nombreux développeurs dans ce domaine.Known pressure roasting treatments such as those described above produce solids with a high lower calorific value (NCV), generally in the range of 19 to 23 MJ / kg. The pci of a solid obtained according to the process described in EP2287278A2 is indeed of this order The authors state there that their roasting process would lead to a reduction in mass of 30% with a loss of 10% of the overall energy, which means that the energy of the solid obtained, corresponding to 90% of the energy of the starting dried biomass, is concentrated in 70% of the mass of the starting dried biomass, which leads to a concentration of PCI per unit of mass of 0.9 / 0.7, i.e. 1.28. The announced rate of biomass drying is 5%, equivalent to that of a commercial wood pellet whose PCI is of the order of 15 to 18 MJ / kg, the PCI of the solid obtained according to EP2287278A2 is l 'order of 19 to 23 MJ / kg. These values are also those announced by many developers in this field.

Le besoin est cependant toujours grandissant de développer des procédés plus performants, moins énergivores, dont les investissements sont moins coûteux, plus aisés à maîtriser et permettant d’obtenir un combustible de meilleure qualité.However, the need is still growing to develop more efficient, less energy-consuming processes, the investments of which are less costly, easier to control and allowing to obtain a better quality fuel.

Les auteurs de la présente invention ont découvert que la mise en œuvre d’une torréfaction dans des conditions spécifiques permettait d’initier un phénomène exothermique spontané, produisant un solide combustible dont le PCI est très élevé, bien supérieur à celui des combustibles résultant des procédés de transformation discutés précédemment. Par ailleurs, ce solide combustible possède une teneur en carbone très élevée, généralement supérieure à 80% massiques et une teneur en oxygène réduite, de l’ordre de 10% massiques ou moins. Les auteurs ont aussi constaté que ce phénomène se manifestait avec de nombreux types de biomasse.The authors of the present invention discovered that the implementation of a torrefaction under specific conditions made it possible to initiate a spontaneous exothermic phenomenon, producing a solid fuel whose PCI is very high, much higher than that of the fuels resulting from the processes. transformation discussed previously. Furthermore, this combustible solid has a very high carbon content, generally greater than 80% by mass, and a reduced oxygen content, of the order of 10% by mass or less. The authors also found that this phenomenon occurs with many types of biomass.

Ce phénomène exothermique est empêché dans les procédés connus car il est considéré comme un facteur défavorable au bilan énergétique. Les auteurs de l’invention ont justement démontré que c’est le développement de ce phénomène qui permet de produire un biocharbon plus riche en carbone, et donc plus calorifique.This exothermic phenomenon is prevented in the known processes because it is considered to be an unfavorable factor for the energy balance. The authors of the invention have precisely demonstrated that it is the development of this phenomenon that makes it possible to produce a biochar that is richer in carbon, and therefore more calorific.

Deux conditions sont essentielles pour que se manifeste ce phénomène. Elles résident dans un contrôle précis de la granulométrie de la biomasse impliquée et dans le séchage de cettemfernfère^avafrt l’étape de torréfaction, celui-ci devant être complet. L’étape de séchage préalable doit donc retirer l’humidité totale de la biomasse, pour atteindre un taux d’humidité voisin de 0, et toujours inférieur à 10% massique. Plus on se rapproche de l’état anhydre de la biomasse traitée, plus le procédé est efficace.Two conditions are essential for this phenomenon to appear. They lie in precise control of the particle size of the biomass involved and in the drying of this ferment before the roasting stage, which must be complete. The preliminary drying step must therefore remove the total moisture from the biomass, to reach a moisture level close to 0, and always less than 10% by mass. The closer you get to the anhydrous state of the treated biomass, the more efficient the process.

Ainsi, l’invention concerne un procédé de transformation d’une biomasse en au moins un biocharbon, comprenant les étapes suivantes :Thus, the invention relates to a process for transforming a biomass into at least one biochar, comprising the following steps:

(a) On dispose d’une biomasse broyée et séchée, ladite biomasse contenant au moins 30% d’une biomasse lignocellulosique, en masse par rapport à la masse sèche de ladite biomasse broyée et séchée, ;(a) A crushed and dried biomass is available, said biomass containing at least 30% of a lignocellulosic biomass, by mass relative to the dry mass of said crushed and dried biomass;

(b) On chauffe progressivement cette biomasse à une température supérieure à 140°C et inférieure à 350°C, dans un flux gazeux inerte dépourvu d’oxygène, sous une pression comprise entre 1 à 40 bar ;(b) This biomass is gradually heated to a temperature above 140 ° C and below 350 ° C, in an inert gas flow devoid of oxygen, under a pressure of between 1 to 40 bar;

(c) On laisse la réaction se dérouler en maintenant la température dans l’intervalle de 300-700°C et la pression dans l’intervalle de(c) The reaction is allowed to proceed while maintaining the temperature in the range of 300-700 ° C and the pressure in the range of

1-40 bar,1-40 bar,

Et optionnellement, (d) On refroidit à une température d’au plus 100°C, la biomasse issue de (d), dans un flux gazeux inerte dépourvu d’oxygène, et (e) On récupère le biocharbon.And optionally, (d) The biomass obtained from (d) is cooled to a temperature of not more than 100 ° C, in an inert gas stream devoid of oxygen, and (e) The biochar is recovered.

Ce procédé permet d’obtenir un solide présentant des caractéristiques qui en font notamment un combustible performant, dont la concentration en carbone est supérieure à 85% massiques et dont le PCI est compris entre 25 et 35 MJ/kg, à partir d’un bois dont la concentration en carbone est de l’ordre de 45% massiques, dont la concentration en oxygène est de l’ordre de 45% massiques et dont le PCI est de l'ordre de 17 MJ/kg. Ce procédé conduit aussi à une très forte réduction de la teneur en oxygène, qui atteint des valeurs de l’ordre de 10% massiques, entraînant une réduction équivalente de la masse globale du produit combustible.This process makes it possible to obtain a solid exhibiting characteristics which make it in particular a high-performance fuel, the carbon concentration of which is greater than 85% by mass and whose PCI is between 25 and 35 MJ / kg, from a wood the carbon concentration of which is of the order of 45% by mass, of which the oxygen concentration is of the order of 45% by mass and of which the PCI is of the order of 17 MJ / kg. This process also leads to a very strong reduction in the oxygen content, which reaches values of the order of 10% by mass, resulting in an equivalent reduction in the overall mass of the fuel product.

Par transformation d’une biomasse en au moins un biocharbon, on entend selon l’invention, qu’un ou des gaz combustibles sont coproduits. Ils peuvent être injectés à l’étape (b) du procédé, et aussi être utilisés pour alimenter toute autre installation thermique ou chimique.By transformation of a biomass into at least one biochar, is meant according to the invention, that one or more combustible gases are co-produced. They can be injected in step (b) of the process, and also be used to supply any other thermal or chemical installation.

L’étape (b) du procédé porte la matière à une température au moins supérieure à la température d’ébullition de l’eau à la pression de travail, le taux d’humidité de la matière traitée dans les étapes subséquentes est donc pratiquement nul, de préférence nul.Step (b) of the process brings the material to a temperature at least above the boiling point of water at the working pressure, the moisture content of the material treated in the subsequent steps is therefore practically zero , preferably zero.

Avant d’exposer plus en détail l’invention, certains termes employés dans le texte sont ci-après définis et les méthodes d’analyse des différents paramètres mesurés ci-après renseignées.Before explaining the invention in more detail, certain terms used in the text are defined below and the methods of analysis of the various parameters measured are given below.

Par biomasse lignocellulosique selon l’invention, on entend des matières organiques d’origine essentiellement végétale comprenant au moins un constituant choisi parmi l’hémicellulose, ia cellulose, la lignine, des hydrates de carbone et des oligo-saccharides. A titre d’exemple, une biomasse selon l'invention est choisie parmi ou issue des produits et sous-produits des activités de foresterie, de l’agriculture et l’agroalimentaire.By lignocellulosic biomass according to the invention is meant organic materials of essentially plant origin comprising at least one constituent selected from hemicellulose, cellulose, lignin, carbohydrates and oligosaccharides. By way of example, a biomass according to the invention is chosen from or resulting from the products and by-products of forestry, agriculture and agri-food activities.

Les températures indiquées, sauf stipulation contraire, sont les températures à cœur de la biomasse traitée.The temperatures indicated, unless otherwise specified, are the core temperatures of the treated biomass.

Le taux d’humidité de la biomasse représente sa teneur en eau ; il est exprimé en pourcentage en masse d’eau par rapport à la masse de la biomasse brute. Plusieurs méthodes permettent de le mesurer, celle retenue par les auteurs de la présente invention est la méthode de Karl-Fisher, bien connue de l’homme du métier. Un échantillon de biomasse broyé est maintenu pendant 24 heures dans du méthanol déshydraté sous agitation puis le taux d’humidité est déterminé à l’aide de l’appareil de titration volumétrique Metrohm 870KF Trinito plus.The moisture content of biomass represents its water content; it is expressed as a percentage by mass of water relative to the mass of the raw biomass. Several methods are used to measure it, the one used by the authors of the present invention is the Karl-Fisher method, well known to those skilled in the art. A sample of crushed biomass is kept for 24 hours in dehydrated methanol with stirring, then the humidity level is determined using the Metrohm 870KF Trinito plus volumetric titration apparatus.

Dans le cadre de ce procédé, des caractéristiques essentielles d’un biocharbon, par exemple quand il est utilisé comme produit combustible sont son taux d’humidité, son pouvoir calorifique inférieur (PCI), son taux de cendres et sa composition élémentaire (analyse ultime).In the context of this process, essential characteristics of a biochar, for example when it is used as a combustible product, are its moisture content, its lower calorific value (NCV), its ash content and its elemental composition (ultimate analysis ).

Son taux d’humidité est mesuré à l’aide de la méthode décrite ci-dessus.Its humidity level is measured using the method described above.

Le pouvoir calorifique d’un combustible représente la quantité d’énergie contenue dans une unité de masse de combustible. On distingue le pouvoir calorifique inférieur (PCI) et le pouvoir calorifique supérieur (PCS). Ils répondent aux définitions et sont mesurés, conformément à la norme ISO 1928.The calorific value of a fuel is the amount of energy contained in a unit mass of fuel. A distinction is made between lower calorific value (PCI) and higher calorific value (PCS). They meet the definitions and are measured in accordance with ISO 1928.

Le PCS est mesuré dans un calorimètre à combustion IKA C 5000.The PCS is measured in an IKA C 5000 combustion calorimeter.

Le PCI est calculé ensuite à partir d’une composition élémentaire de la biomasse. Une analyse élémentaire de cette biomasse est réalisée dans un appareil FISONS EA 1108.The PCI is then calculated from an elemental composition of the biomass. An elemental analysis of this biomass is carried out in a FISONS EA 1108 apparatus.

Le taux de cendres du combustible est obtenu par incinération de l’échantillon broyé. Le chauffage est réalisé par paliers jusqu’à 815°C et maintenu à cette température jusqu’à l’obtention de cendres qui sont ensuite pesées. Le taux de cendres est exprimé en pourcentage en masse par rapport à la masse de l’échantillon.The ash content of the fuel is obtained by incineration of the ground sample. Heating is carried out in stages up to 815 ° C and maintained at this temperature until the ash is obtained which is then weighed. The ash content is expressed as a percentage by mass relative to the mass of the sample.

Comme dit précédemment, les auteurs ont observé que l’état physique de la biomasse soumise à l'étape de chauffage (b) est important pour atteindre les performances du procédé de l’invention. Ils ont en outre constaté qu’il était préférable d’alimenter le procédé par une matière présentant une faible dispersion granulométrique. La biomasse doit donc être préalablement broyée et se présente avantageusement sous la forme de particules de formes diverses, mais de dimensions homogènes. Ainsi, les particules issues de ce broyage peuvent se présenter sous la forme de grains, de copeaux, de bâtonnets, d’aiguilles et/ou tout autre aspect. Quelles que soient leurs formes, il est important que les dimensions des particules soient sensiblement homogènes. Par particules de dimensions homogènes, on entend qu’au moins 50%, de préférence au moins 60%, mieux encore au moins 70% et plus, des particules, en poids par rapport à la masse séchée, sont constitués de particules dont la plus petite dimension est d’au moins 0,5 mm. Cette plus petite dimension correspond à l’épaisseur. De préférence, la plus grande dimension desdites particules dont la plus petite dimension est d’au moins 0,5 mm, est d’au plus 40 mm. A titre d’illustration, les particules peuvent prendre la forme de grains dont les dimensions varient de 0,5-5 mm, de copeaux ou d’aiguilles de 0,5-3 mm d’épaisseur et d’au plus 40 mm de longueur, mieux encore de 10-25 mm de longueur. II est préférable que les particules soient aussi homogènes que possible, en termes de dimensions comme dit précédemment, mais aussi de forme. Ainsi, on optera pour un broyage qui produit une matière se présentant majoritairement sous forme de grains et, de préférence, dont au moins 50% de la masse rapport à la masse de la biomasse sèche ont une taille variant de 0,5-4 mm. Dans une autre variante, on retiendra un broyage qui produit une matière se présentant majoritairement sous forme de copeaux et/ou d’aiguilles et, de préférence, dont au moins 50% en masse par rapport à la masse de la biomasse sèche ont une épaisseur d’au moins 0,5 mm et une longueur d’au plus 40 mm ; avantageusement, la matière sous forme de copeaux et/ou d’aiguilles dont au moins 50% ont une épaisseur variant de 0,5-3 mm et/ou une longueur de 10-25 mm.As said previously, the authors observed that the physical state of the biomass subjected to the heating step (b) is important to achieve the performance of the process of the invention. They further found that it was preferable to feed the process with a material having a low particle size dispersion. The biomass must therefore be ground beforehand and is advantageously in the form of particles of various shapes, but of homogeneous dimensions. Thus, the particles resulting from this grinding can be in the form of grains, chips, sticks, needles and / or any other aspect. Whatever their shapes, it is important that the dimensions of the particles are substantially homogeneous. By particles of homogeneous dimensions is meant that at least 50%, preferably at least 60%, better still at least 70% and more, of the particles, by weight relative to the dried mass, consist of particles of which the most small dimension is at least 0.5mm. This smaller dimension corresponds to the thickness. Preferably, the largest dimension of said particles, the smallest dimension of which is at least 0.5 mm, is at most 40 mm. By way of illustration, the particles may take the form of grains whose dimensions vary from 0.5-5 mm, chips or needles 0.5-3 mm thick and not more than 40 mm in thickness. length, better still 10-25 mm in length. It is preferable that the particles are as homogeneous as possible, in terms of dimensions as said previously, but also of shape. Thus, one will opt for a grinding which produces a material which is predominantly in the form of grains and, preferably, at least 50% of the mass relative to the mass of the dry biomass have a size varying from 0.5-4 mm. . In another variant, grinding will be used which produces a material which is predominantly in the form of chips and / or needles and, preferably, of which at least 50% by mass relative to the mass of the dry biomass has a thickness at least 0.5 mm and a length of at most 40 mm; advantageously, the material in the form of chips and / or needles of which at least 50% have a thickness varying from 0.5-3 mm and / or a length of 10-25 mm.

Une trop grande proportion de fines particules entraîne une forte production de goudrons qui pourrait être préjudiciable à l’efficacité du procédé. Une trop grande proportion de grosses particules affaiblit le rendement du procédé en ce que ces particules ne pourront pas être converties efficacement en biocharbon.Too high a proportion of fine particles results in a high production of tar which could be detrimental to the efficiency of the process. Too large a proportion of coarse particles weakens the efficiency of the process in that these particles cannot be efficiently converted into biochar.

Le procédé de l’invention répond avantageusement aux caractéristiques décrites ci-après, considérées seules ou en combinaison. Elles concourent à une augmentation de l’efficacité du procédé.The method of the invention advantageously meets the characteristics described below, considered alone or in combination. They contribute to an increase in the efficiency of the process.

L’étape (b) peut être réalisée en deux étapes, une étape (b1) selon laquelle la biomasse est préchauffée à une température d’au moins 120°C, de préférence d’au moins 130°C et mieux encore d’au moins 140°C, et une étape (b2) selon laquelle la biomasse préchauffée à l’étape (b1) est chauffée à une température d’au moins 220°C, de préférence 230°C, voire d’au moins 240°C.Step (b) can be carried out in two steps, one step (b1) according to which the biomass is preheated to a temperature of at least 120 ° C, preferably at least 130 ° C and better still at at least 140 ° C, and a step (b2) according to which the biomass preheated in step (b1) is heated to a temperature of at least 220 ° C, preferably 230 ° C, or even at least 240 ° C .

A l’étape (b1), de préférence, la température est réglée entre 180 et 220°C et/ou la pression est réglée entre 3 et 14 bar.In step (b1), preferably, the temperature is set between 180 and 220 ° C and / or the pressure is set between 3 and 14 bar.

A l’étape (b2), de préférence, la température est réglée entre 240 et 300°C et/ou la pression est réglée entre 3 et 14 bar.In step (b2), preferably, the temperature is set between 240 and 300 ° C and / or the pressure is set between 3 and 14 bar.

Les étapes (b1) et (b2) peuvent partiellement se chevaucher.Steps (b1) and (b2) may partially overlap.

En fin de l’étape (b), le solide se trouve dans les conditions de déclenchement d’une réaction de carbonisation spontanée. A l’étape (c), la température est contrôlée pour être maintenue entre 300 et 700°C, de préférence, elle est maintenue entre 350 et 500°C, mieux encore entre 350 et 400°C.At the end of step (b), the solid is in the conditions for triggering a spontaneous carbonization reaction. In step (c), the temperature is controlled to be maintained between 300 and 700 ° C, preferably, it is maintained between 350 and 500 ° C, more preferably between 350 and 400 ° C.

Le procédé de l’invention peut être conduit en batch ou en continu. En batch, les étapes (b) et (c) sont réalisées dans la même enceinte. De préférence, le procédé est mise en œuvre en continu, les étapes (b) ou (b1) et (b2), (c), et (d) étant effectuées dans au moins deux compartiments différents. Selon une variante du procédé de l’invention, les étapes (b) ou (b1) et (b2), (c), et (d) sont réalisés dans des compartiments différents, respectivement, un premier, et éventuellement un second, un troisième et un quatrième compartiments. Cette variante est a priori plus performante et économique, notamment elle permet de récupérer la chaleur des gaz produits aux étapes (b) et (c), et éventuellement les recycler, vers l’amont du procédé. Elle permet de plus un fonctionnement plus régulier des installations où l’on met en œuvre le procédé avec une régulation plus constante. Alternativement, les étapes (b) et (c) peuvent être effectuées dans un même compartiment. Aussi, l’étape (b) peut être réalisée à l’intérieur d’une chaudière d’une unité de génération électrique et/ou thermique.The process of the invention can be carried out in batch or continuously. In batch, steps (b) and (c) are carried out in the same enclosure. Preferably, the method is carried out continuously, steps (b) or (b1) and (b2), (c), and (d) being carried out in at least two different compartments. According to a variant of the method of the invention, steps (b) or (b1) and (b2), (c), and (d) are carried out in different compartments, respectively, a first, and optionally a second, a third and fourth compartments. This variant is a priori more efficient and economical, in particular it makes it possible to recover the heat from the gases produced in stages (b) and (c), and possibly to recycle them, upstream of the process. It also allows more regular operation of the facilities where the process is implemented with more constant regulation. Alternatively, steps (b) and (c) can be carried out in the same compartment. Also, step (b) can be carried out inside a boiler of an electrical and / or thermal generation unit.

Les différents compartiments sont avantageusement équipés des moyens suivants :The various compartments are advantageously equipped with the following means:

Le premier compartiment, pour la mise en œuvre de l’étape (b1 ), est équipé de moyens de préchauffage par convection et/ou par lit fluidisé et de moyens de contrôle de la température ; de préférence, le transfert de chaleur est effectué par convection.The first compartment, for the implementation of step (b1), is equipped with means for preheating by convection and / or by a fluidized bed and with means for controlling the temperature; preferably, the heat transfer is carried out by convection.

Le second compartiment, pour la mise en œuvre de l’étape (b2), est équipé de moyens de chauffage par convection, conduction et/ou rayonnement et de moyens de contrôle de la température ; de préférence, le transfert de chaleur est effectué par rayonnement.The second compartment, for the implementation of step (b2), is equipped with means of heating by convection, conduction and / or radiation and means of temperature control; preferably, the heat transfer is effected by radiation.

Le troisième compartiment, pour la mise en œuvre de l’étape (c), est équipé de moyens de contrôle de la température et de la pression. En particulier, tous les moyens de contrôle de la température utiles sont éligibles pour équilibrer la quantité de chaleur produite par les réactions avec la charge thermique.The third compartment, for carrying out step (c), is equipped with temperature and pressure control means. In particular, all useful temperature control means are eligible to balance the amount of heat produced by the reactions with the heat load.

Le quatrième compartiment, pour la mise en oeuvre de l’étape (d), est équipé de moyens de refroidissement par convection et/ou conduction.The fourth compartment, for the implementation of step (d), is equipped with cooling means by convection and / or conduction.

Comme indiqué précédemment, dans une mise en œuvre en continu du procédé, les gaz sont recyclés ; ainsi la chaleur émise par le phénomène exothermique à l'étape (c) dans le troisième compartiment est récupérée et est recyclée dans l’un et/ou l’autre des premier et second compartiments et/ou pour sécher la biomasse nécessaire à l’étape (a). II est aussi possible d’organiser une circulation, à contre-courant de la matière, des gaz générés par les étapes (b2) et (c).As indicated above, in a continuous implementation of the process, the gases are recycled; thus the heat emitted by the exothermic phenomenon in step (c) in the third compartment is recovered and is recycled in one and / or the other of the first and second compartments and / or to dry the biomass necessary for the step (a). It is also possible to organize a circulation, against the current of the material, of the gases generated by steps (b2) and (c).

Dans une telle variante, le procédé peut être mis en œuvre en l’absence de tout apport de gaz inerte extérieur. On peut ainsi envisager qu’il soit totalement autonome en terme d’énergie, depuis les étapes en amont, dont traitement de la biomasse fraîche jusqu’aux étapes en aval, dont la mise en forme du solide combustible et dans ce cas, une unité de cogénération sera de préférence installée.In such a variant, the method can be implemented in the absence of any external inert gas supply. It can thus be envisaged that it is completely autonomous in terms of energy, from the upstream stages, including treatment of the fresh biomass to the downstream stages, including the shaping of the solid fuel and in this case, a unit cogeneration will preferably be installed.

Dans le procédé de l’invention, à l’étape d), le temps de traitement varie de l’ordre de 50 secondes à 3 minutes. Les temps courts de réaction sont donc un autre avantage du procédé de l’invention.In the method of the invention, in step d), the processing time varies from about 50 seconds to 3 minutes. Short reaction times are therefore another advantage of the process of the invention.

Le procédé de l’invention s’applique à la transformation de toute biomasse. De préférence, la biomasse est lignocellulosique. II est notamment destiné à la conversion de toute biomasse lignocellulosique issue des produits et sous-produits des activités de foresterie, de l’agriculture et de l’agroalimentaire.The process of the invention is applicable to the transformation of any biomass. Preferably, the biomass is lignocellulosic. It is intended in particular for the conversion of any lignocellulosic biomass from the products and by-products of forestry, agriculture and agrifood activities.

L’invention concerne aussi le biocharbon susceptible d’être obtenu par le procédé défini ci-dessus. En particulier, il présente un pouvoir calorifique inférieur (PCI) d’au moins 25 MJ/kg, de préférence d’au moins 30 MJ/kg, qui peut atteindre 35 MJ/kg et en cela, il constitue un combustible très calorifique.The invention also relates to the biochar capable of being obtained by the process defined above. In particular, it has a lower calorific value (NCV) of at least 25 MJ / kg, preferably at least 30 MJ / kg, which can reach 35 MJ / kg and as such it constitutes a very calorific fuel.

L’invention est ci-après illustrée par des exemples de traitement de biomasses d’origines diverses, par un procédé de transformation en batch.The invention is illustrated below by examples of the treatment of biomasses of various origins, by a batch transformation process.

Préalablement à l’étape c), c’est-à-dire à l’entrée du réacteur, tous les exemples sont réalisés dans les conditions suivantes.Prior to step c), that is to say at the inlet of the reactor, all the examples are carried out under the following conditions.

à 15 kg de biomasse, broyée et séchée, sont chargés dans un tube en acier inoxydable de type AISI 31 OS, de 200 mm de diamètre et de 1800 mm de hauteur. Le tube est rempli d’azote et son inertage (absence totale d’oxygène) est contrôlé. Ensuite, on fait passer un courant gazeux d’azote préchauffé à une température de 200°C environ pour sécher totalement les matières, ce qui est vérifié d’une part par une mesure de température au sein de la matière, qui doit être supérieure en tout cas à la température d’ébullition de l’eau, et d’autre part par une mesure de la composition du gaz. Le temps de séchage varie de 1h à 1h30, il permet d’atteindre un taux d’humidité de 0.15 kg of biomass, crushed and dried, are loaded into a stainless steel tube of the AISI 31 OS type, 200 mm in diameter and 1800 mm high. The tube is filled with nitrogen and its inerting (total absence of oxygen) is checked. Then, a stream of nitrogen gas preheated to a temperature of about 200 ° C is passed in order to completely dry the materials, which is verified on the one hand by a temperature measurement within the material, which must be higher in in any case at the boiling temperature of water, and on the other hand by measuring the composition of the gas. The drying time varies from 1h to 1h30, it allows to reach a humidity level of 0.

Enfin, on met le réacteur sous pression d’azote et on entame le chauffage progressif des parois du réacteur, ce qui initie la transformation réactive.Finally, the reactor is placed under nitrogen pressure and the gradual heating of the reactor walls is started, which initiates the reactive transformation.

Exemple 1 : Procédé de transformation de planures et de sciures de résineux selon l’invention - Pression 40 barExample 1: Process for transforming softwood planings and sawdust according to the invention - Pressure 40 bar

Des planures provenant d’une fabrique de charpentes, dont au moins 70 à 80% sont sous forme d’aiguilles de 1 mm d’épaisseur et de 20 mm de longueur, et des sciures fines de résineux de granulométrie 0,2-0,5 mm sont soumises au protocole de préparation ci-dessus.Planings from a frame factory, at least 70 to 80% of which are in the form of needles 1 mm thick and 20 mm long, and fine resinous sawdust with a grain size of 0.2-0, 5 mm are subjected to the above preparation protocol.

Les résistances du réacteur sont ensuite progressivement portées à une température de 250°C, puis de 270°C. Dès 160°C, on observe une légère exothermicité globale, puis le phénomène exothermique s’emballe à partir de 270°C provoquant une élévation spontanée de la température jusqu’à 700°C.The resistances of the reactor are then gradually brought to a temperature of 250 ° C., then to 270 ° C. From 160 ° C, a slight overall exothermicity is observed, then the exothermic phenomenon is carried away from 270 ° C causing a spontaneous rise in temperature to 700 ° C.

Le produit est ensuite refroidi à une température inférieure à 100°C ; environ 30 minutes sont nécessaires.The product is then cooled to a temperature below 100 ° C; about 30 minutes are needed.

Le produit issu de cette transformation ressemble à une mousse de carbone très poreuse et très friable. Ces caractéristiques sont les suivantes :The product resulting from this transformation looks like a very porous and very friable carbon foam. These characteristics are as follows:

Le PCI moyen obtenu est de 32,5 MJ/kg, atteignant localement 35 MJ/kg. La variation du PCI que l’on peut observer résulte de la mise en œuvre en batch du procédé.The average PCI obtained is 32.5 MJ / kg, reaching locally 35 MJ / kg. The variation in PCI that can be observed results from the batch implementation of the process.

Le rendement énergétique global obtenu est de 84,8 %, dont 20 % dans le flux gazeux et 80 % dans le flux solide. Le rendement massique obtenu sur masse anhydre est de 46,2 %.The overall energy yield obtained is 84.8%, of which 20% in the gas stream and 80% in the solid stream. The mass yield obtained on anhydrous mass is 46.2%.

Exemple 2 : Procédé de transformation de planures et des sciures de résineux selon l’invention - Pression 10 barExample 2: Process for transforming softwood planings and sawdust according to the invention - Pressure 10 bar

Des planures provenant d'une fabrique de charpentes, dont au moins 70 à 80% sont sous forme d’aiguilles de 1 mm d’épaisseur et de 20 mm de longueur, et des sciures fines de résineux de granulométrie 0,2-0,5 mm sont soumises au protocole de préparation ci-dessus.Planings from a frame factory, at least 70 to 80% of which are in the form of needles 1 mm thick and 20 mm long, and fine resinous sawdust with a grain size of 0.2-0, 5 mm are subjected to the above preparation protocol.

Les résistances du réacteur sont ensuite progressivement portées à une température de 250°C, puis de 270°C. Dès 160°C, on observe une légère exothermicité globale, puis le phénomène exothermique s’emballe à partir de 270°C provoquant une élévation de la température jusqu’à 400°C.The resistances of the reactor are then gradually brought to a temperature of 250 ° C., then to 270 ° C. From 160 ° C, a slight overall exothermicity is observed, then the exothermic phenomenon is carried away from 270 ° C causing a rise in temperature to 400 ° C.

Le produit est ensuite refroidi à une température inférieure à 100°C; environ 30 minutes sont nécessaires.The product is then cooled to a temperature below 100 ° C; about 30 minutes are needed.

Les caractéristiques du produit combustible ainsi obtenues sont les suivantes :The characteristics of the fuel product thus obtained are as follows:

Le PCI moyen obtenu est de 32,5 MJ/kg, atteignant localementThe average PCI obtained is 32.5 MJ / kg, reaching locally

34,7 MJ/kg.34.7 MJ / kg.

Le rendement énergétique global obtenu est de 86,5% et le rendement massique obtenu sur masse anhydre est de 51,6 %.The overall energy yield obtained is 86.5% and the mass yield obtained on anhydrous mass is 51.6%.

Exemple 3 : Procédé de transformation de sciures de bois dur Pression 5 barExample 3: Hardwood sawdust transformation process Pressure 5 bar

Des sciures de bois dur, à savoir d’un mélange hêtre et chêne 80/20, provenant d’une fabrique d’escaliers et de portes, d’une granulométrie de 0,ΙΟ,8 mm, sont soumises au protocole de préparation ci-dessus.Hardwood sawdust, namely a mixture of beech and oak 80/20, from a factory of stairs and doors, with a grain size of 0, ΙΟ, 8 mm, are subject to the preparation protocol below. -above.

Les résistances du réacteur sont ensuite progressivement portées à une température de 250°C, puis de 280°C. Dès 280°C, on observe une réaction exothermique spontanée très marquée. La réaction porte la température à 51O°C.The resistances of the reactor are then gradually brought to a temperature of 250 ° C., then to 280 ° C. From 280 ° C, a very marked spontaneous exothermic reaction is observed. The reaction brings the temperature to 51O ° C.

Le PCI moyen obtenu est de 33,1 MJ/kg, atteignant localementThe average PCI obtained is 33.1 MJ / kg, reaching locally

33,7 MJ/kg.33.7 MJ / kg.

On obtient par cette transformation un rendement énergétique global de 77,0 %, et un rendement massique sur masse anhydre de 43,3 %.This conversion gives an overall energy yield of 77.0%, and a mass yield on anhydrous mass of 43.3%.

Les auteurs ont constaté une forte production de goudrons induite par une présence importante de matière de fine granulométrie.The authors noted a strong production of tar induced by a significant presence of material of fine particle size.

Exemple 4 : Procédé de transformation de matières fraîches « tout venant » - Pression 10 barExample 4: Process for transforming "all-round" fresh materials - Pressure 10 bar

Une biomasse fraîche, essentiellement constituée de bouleau fraîchement coupé et déchiqueté avec feuilles, branchettes et écorces, est séchée à l'air libre, puis broyée et séchée. Son épaisseur moyenne est de l’ordre de 15 mm, pour une longueur de 25 mm. Elle est soumise au protocole de préparation ci-dessus.A fresh biomass, essentially made up of freshly cut and shredded birch with leaves, twigs and bark, is dried in the open air, then crushed and dried. Its average thickness is around 15 mm, for a length of 25 mm. It is subject to the preparation protocol above.

Les résistances du réacteur sont ensuite progressivement portées à une température de 250°C, puis de 270°C. Le phénomène exothermique s’emballe à partir de 270°C, provoquant une élévation de la température jusqu’à 500°C.The resistances of the reactor are then gradually brought to a temperature of 250 ° C., then to 270 ° C. The exothermic phenomenon is carried away from 270 ° C, causing a rise in temperature up to 500 ° C.

Le PCI moyen obtenu est de 30,5 MJ/kg, atteignant localement 31,1 MJ/kg.The average PCI obtained is 30.5 MJ / kg, reaching locally 31.1 MJ / kg.

On obtient par cette transformation un rendement énergétique global deThis transformation gives an overall energy yield of

65,3 %, et un rendement massique sur masse anhydre de 42,1 %.65.3%, and a mass yield on anhydrous mass of 42.1%.

En conclusion, alors que l’ensemble des technologies de torréfaction, telles que celle qui fait l’objet du document EP 287278A2, annonce les résultats obtenus suivants pour un bois à 95% de matière sèche et un PCI de 17MJ/K: une réduction de masse de 30%, un PCI obtenu de 21MJ/K et un facteur de concentration d’énergie par unité de masse globale de 1,28, le procédé de l’invention montre une réduction de masse de 55%, un PCI obtenu d’au moins 30 MJ/K, ce qui donne une concentration de l’énergie par unité de masse globale de 1,76.In conclusion, while all the roasting technologies, such as that which is the subject of document EP 287278A2, announce the following results obtained for a wood with 95% dry matter and a PCI of 17MJ / K: a reduction of mass of 30%, a PCI obtained of 21MJ / K and an energy concentration factor per unit of overall mass of 1.28, the method of the invention shows a reduction in mass of 55%, a PCI obtained d 'at least 30 MJ / K, which gives a concentration of energy per unit mass overall of 1.76.

Claims

1. Process for transforming a biomass into at least one biochar, comprising the following steps:

(a) There is a crushed and dried biomass, said biomass containing at least 30% of a lignocellulosic biomass, by mass relative to the dry mass of the crushed and dried biomass;

(b) This biomass is gradually heated to a temperature above 140 ° C and below 350 ° C, in a gas stream devoid of oxygen, under a pressure of between 1 and 40 bar;

(c) The reaction is allowed to proceed while maintaining the temperature in the range of 300-700 ° C and the pressure in the range of 1-40 bar, (d) It is cooled to a temperature of not more than 100 ° C, the biomass resulting from (c), in a gas stream devoid of oxygen, and (e) The biochar is recovered.

2. Method according to claim 1, characterized in that a combustible gas is obtained as a by-product.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the crushed biomass is in the form of particles of which at least 50% by weight relative to the dried mass consists of particles whose smallest dimension is at least 0 , 5 mm.

4. Method according to claim 3, characterized in that the crushed biomass is in the form of particles of which at least 50% by weight relative to the dried mass consists of particles whose smallest dimension is at least 0.5 mm and the largest dimension of which is not more than 40 mm.

5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that step (b) is carried out in two sub-steps, a step (b1) according to which the biomass is preheated to a temperature greater than 120 ° C and a step (b2) according to which the biomass preheated in step (b1) is heated to a temperature above 220 ° C.

6. Method according to claim 5, characterized in that step (b1) is carried out at a temperature set between 180 and 220 ° C.

7. Method according to claim 5 or 6, characterized in that step (b2) is carried out at a temperature set between 240 and 300 ° C.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that step (b) is carried out at a pressure varying from 3 to 14 bar.

9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step (c), the temperature is maintained between 350 and 500 ° C, preferably between 350 and 400 ° C.

10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that steps (b) or (b1) and (b2), (c) and (d) are carried out in at least two different compartments and the process is continuous .

11. The method of claim 10, characterized in that step (b1) is carried out in a first compartment, said first compartment being equipped with means for preheating by convection and / or by a fluidized bed.

12. The method of claim 11, characterized in that step (b2) is performed in a second compartment, said second compartment being equipped with radiant heating means.

13. The method of claim 12, characterized in that step (c) is carried out in a third compartment, said compartment being equipped with temperature and pressure control means.

14. The method of claim 13, characterized in that step (d) is carried out in a fourth compartment, said compartment being equipped with cooling means by convection and / or by conduction.

15. The method of claim 13 or 14, characterized in that the heat emitted by the reaction in step (c) in the third compartment is recovered and is recycled in one and / or the other of the first and second compartments and / or for drying the biomass required in step (a).

16. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gases generated in steps (b) and (c) are recirculated upstream of the process, against the current of the material.

17. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the biomass is a lignocellulosic biomass comprising at least one constituent selected from hemicellulose, cellulose, lignin, carbohydrates and oligosaccharides.

18. Method according to any preceding claim, characterized in that step (b) is carried out inside a boiler of an electrical and / or thermal generation unit.

19. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it can be implemented in the absence of any external inert gas supply.

20. Biochar obtainable by the process according to any one of claims 1 to 19.

21. Biochar according to claim 20, characterized in that it has a lower calorific value (NCV) of at least 25 MJ / kg.