WO2015091492A1 - Method for roasting a carbonaceous feedstock comprising an optimised drying step - Google Patents

Method for roasting a carbonaceous feedstock comprising an optimised drying step Download PDF

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WO2015091492A1
WO2015091492A1 PCT/EP2014/077975 EP2014077975W WO2015091492A1 WO 2015091492 A1 WO2015091492 A1 WO 2015091492A1 EP 2014077975 W EP2014077975 W EP 2014077975W WO 2015091492 A1 WO2015091492 A1 WO 2015091492A1
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WO
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roasting
drying
gases
temperature
biomass
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/077975
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French (fr)
Inventor
Jeremy Gazarian
Laurent Bournay
Raphaël LEMAIRE
Norbert Ullrich
Original Assignee
Axens
Bionext
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
IFP Energies Nouvelles
Sofiproteol
Thyssenkrupp Uhde Gmbh
Total Raffinage Chimie
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/083Torrefaction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00Solid fuels
    • C10L5/40Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
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    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method of roasting a biomass feedstock.
  • thermochemical treatment processes have been developed to use biomass as a source of energy, such as for example biofuel production, power generation in coal or petroleum coke plants, heat generation. by means of steam boilers ....
  • the roasting process makes it possible to substantially increase the heating value of the biomass and to modify some of its properties, in particular the ability of this material to be crushed into fines. particles easily and economically but also storage stability thanks to the hydrophobic character conferred by the roasting.
  • the roasted biomass has characteristics close to those of coal and petroleum coke, which allows the operator of this type of plant to mix this feedstock with the fossil fuel initially used without any modification of the process. investment in specific equipment such as a shredder or infrastructure such as the stockyard.
  • the biomass is roasted and crushed and then undergoes a gasification step to produce a synthesis gas.
  • the preferred gasification technology is a high temperature and high pressure driven flow reactor, to ensure very high carbon conversion and avoid expensive recompression steps of the synthesis gas.
  • the preferred system for injecting solid feed into the gasifier is by pneumatic transport of a finely divided feed by means of a carrier gas.
  • the synthesis gas after thorough purification then allows to recompose a set of hydrocarbon cuts, including a gasoline cut, a diesel cut and a kerosene cut using Fischer-Tropsch synthesis. These cuts, and in particular the diesel cut, must undergo a hydrotreating step to meet the fuel specifications.
  • Roasting is a method of heat treating the biomass at temperatures between 200 ° C and 300 ° C in the absence of oxygen. In this temperature range, reactions take place and modify the chemical and physical properties of the biomass. Under these operating conditions, biomass begins to undergo extensive drying followed by partial destructuring of part of its lignocellulosic material. This transformation is accompanied by a loss of its mechanical strength and a decrease in its elasticity. It becomes easier to grind. Its calorific value is also increased due to an increase in the amount of carbon per unit mass.
  • the products of the roasting operation are a solid, called roasted biomass and roasting gases. The roasted biomass is milled to obtain particles of desired particle size for subsequent gasification.
  • the entire biofuel production chain (roasting, grinding, gasification, purification, Fischer-Trospch synthesis and hydrotreating) must have a high mass yield in order to maximize the production of biofuels.
  • the biomass is heated below 150 ° C, the water in the biomass evaporates and the biomass dehydrates, but the degradation reactions do not take place.
  • the biomass is then simply dried and not roasted. However, drying alone does not make it possible to obtain the properties under consideration (loss of mechanical strength, reduction in elasticity) leading to an easy grinding operation and producing a powder suitable for the gasification process.
  • the dried biomass is heated to a temperature above 300 ° C, the reactions become exothermic. The temperature increases, leading to an acceleration of the kinetics of the chemical reactions. This phenomenon of runaway reactions leads to a very strong loss of mass of the solid fraction. However, this loss of mass reduces the material yield of the complete chain for the production of synthetic biofuels.
  • biomass will be most often divided into solid particles whose characteristic dimension is of the order of one centimeter by a primary grinding operation.
  • One of the key points of the roasting step will therefore be to ensure thermal transfer conditions that ensure homogeneous treatment of the charge not only between the particles but also within a particle.
  • the roasting of the biomass comprising a drying step and a roasting step requires a high heat input to first raise the temperature of the biomass to an appropriate level for the drying phase, then remove the water present. in the biomass, finally raise and maintain the temperature of the dry biomass at a level adequate for the roasting operation.
  • This heat input is generally done by contact of the biomass with a hot gas flow.
  • Roasting gases, fuels, are usually burned to provide some of the heat needed for the roasting process. This thermal integration of the process is particularly important because, whatever the technology chosen to implement the roasting operation, the way in which the energy provided by the roasting gases is used directly influences the energy efficiency of the process as a whole. and therefore its economic and environmental performance.
  • the patent application US2010 / 0083530 (Wyssmont) describes a device and a method for roasting a lignocellulosic material containing water, said method using a single gas circulation loop for the drying and roasting operations.
  • the raw biomass is introduced at the top of the oven and flows gravity towards the bottom of the oven.
  • the drying operation is carried out in the first section of the oven.
  • the temperature of this zone at the top of the oven is between 200 ° C. and 260 ° C.
  • the roasting operation takes place on the lower trays and the roasting gases and the drying water are extracted at the top of the oven.
  • the temperature of the zone of the furnace in which the roasting operation is carried out is typically between 200 ° C and 300 ° C and preferably between 260 ° C and 280 ° C.
  • Part of the gases extracted at the top of the furnace is recycled to the bottom of the furnace after reheating of the latter by passing through a heat exchanger.
  • the other part of said gases is first sent to an area where the drying water is condensed.
  • the gases leaving this section are then sent to a zone of combustion for their recovery and generating combustion gases or hot fumes.
  • the fumes then pass into the heat exchanger thus allowing the part of the roasting gases recycled to be recycled both at the top and at the bottom of the oven, in the drying and roasting zones.
  • the energy supplied to the furnace therefore comes from the combustion of these roasting gases.
  • the roasted biomass is extracted at the bottom of the oven.
  • the combustion gases or hot fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases are only used to heat the other part of the roasting gas recycled in the furnace, said combustion gases or hot flue gases. being neither recycled at the top of the oven in the drying zone, nor at the bottom of the oven, in the roasting zone.
  • the patent application US2013 / 228443 proposes to implement a thermochemical treatment of biomass in a vertical multi-stage furnace having several independent chambers with a controlled environment in terms of temperature and pressure.
  • Each chamber can be connected to a control zone containing at least one combustion zone, a valve and a pump, the control zone being connected to an inlet and a gas outlet of each chamber.
  • the control zone or zones therefore make it possible to supply the energy required within each chamber by supplying a hot gas generated in the control zone via the combustion zone, and reintroduced at the entrance of the chamber or chambers to a temperature ranging from 40 to 370 ° C.
  • FIG. 4 more particularly describes a multi-stage oven having 5 independent chambers, each of the chambers being connected to a control unit of its own.
  • Each control unit has the above characteristics.
  • the biomass is introduced into the first chamber operating under aerobic atmosphere to be dried by a flow of heated gas in the control zone connected to said chamber and introduced into said chamber at a temperature between 94 and 204 ° C.
  • the dried biomass is then transferred from one chamber to the other via a gastight valve with respect to the gas phase and is heated to higher and higher temperatures favoring the roasting operation as and when required. as it is transferred to the different chambers operating under anaerobic atmosphere.
  • each chamber within the furnace is independent on the gas phase.
  • the patent application WO05 / 056723 (ECN) describes a process for the production of solids from raw material consisting of biomass and preferably lignocellulosic biomass in which the biomass whose moisture is generally between 30% and 60% by weight is sent in a drying step so as to reduce its moisture to contents of less than 15% by weight.
  • the dry biomass is then sent to a roasting zone from which are extracted gases called roasting gas and a solid called roasted biomass which is then cooled and which can be packaged in a pelletizing step before transport and / or storage.
  • Part of the roasting gases emitted during the roasting operation is sent to a heat exchanger after a step intended to increase their pressure.
  • the other part of the roasting gases is recovered in a combustion chamber so as to generate combustion gases or hot fumes which are cooled by passing through a heat exchanger before being recycled in the drying stage so as to bring the required energy.
  • the part of the roasting gases compressed at the end of the step intended to increase their pressure is then sent into the exchanger to be heated by heat exchange with the hot flue gases from the combustion chamber.
  • the hot roasting gases leaving the exchanger are then recycled to the roasting zone to provide the thermal energy required for this operation.
  • the hot fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases are used to heat the other part of the roasting gases before their recycling in the roasting zone and the fumes, cooled, are then recycled, alone in the drying step.
  • the patent application US2012 / 137538 (Polysius) describes a device and a method for drying and roasting a material comprising carbon and preferably biomass in a multi-stage oven comprising a drying zone and a roasting zone. said zones having two separate gas circulation loops.
  • the biomass is sent to a drying zone located in the upper section of the furnace in order to eliminate almost all the water it contains, the dried biomass is then sent to the roasting zone from which are extracted gases called roasting gas and roasted biomass.
  • the drying gases containing mainly water vapor, withdrawn from the drying zone circulate in an independent circulation loop and are sent to a heat exchanger in which they are heated to a temperature between 150 and 300 ° C before being recycled in said drying zone to provide the thermal energy necessary for this operation.
  • the roasting gases withdrawn from the roasting zone are sent into a combustion chamber so as to generate combustion gases or hot fumes which are cooled to a temperature greater than 300 ° C. by passing through said heat exchanger by heat exchange. with the drying gases circulating in the drying loop, before being partly recycled in the roasting zone so as to provide the required energy.
  • the other part of the fumes cooled to a temperature above 300 ° C is recycled to the drying zone in admixture with the drying gases.
  • the heat exchanger thus allows the heating of the recycle gas of the drying loop and the cooling of the gas of the roasting loop.
  • the energy required within the drying zone is therefore provided on the one hand by the recycle of the drying gases containing predominantly water vapor after reheating by passage through a heat exchanger, and on the other hand by a part of the combustion gases cooled after passage through said exchanger, originating from the roasting gas circulation loop, the mixture of the recycled gases having a temperature of between 150 ° C. and 300 ° C.
  • the combustion gases or fumes generated by the combustion of the roasting gases are thus cooled by passing through an exchanger before being recycled as a mixture with the drying gases heated in the drying zone.
  • the temperature of the gases sent to the drying zone is never greater than a temperature of the order of 400 ° C.
  • Processes according to the prior art are always forced to have a drying zone whose conditions are not optimal if we consider a sequence: drying zone and roasting zone.
  • the Applicant has implemented a novel process for roasting a carbonaceous feed and preferably the biomass comprising a step of drying said feedstock and a step of roasting the dried carbonaceous feed producing a fuel gas and a feedstock.
  • the method according to the invention proposes to send, within the drying stage, at least a portion of the combustion gases or hot fumes originating from the combustion of a portion of the roasting gases, without an intermediate cooling step. said combustion gases or fumes, mixed with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture being between 200 and 900 ° C.
  • the contacting of the mixture comprising fumes, uncooled, at a very high temperature, in particular at least 700 ° C and at least one other gaseous effluent, said mixture having a temperature of between 200 and 900 ° C, with the charge carbonaceous and preferably biomass whose water content is generally between 5% and 70% by weight makes it possible to increase the efficiency of the drying step in a very significant manner.
  • An advantage of the present invention is therefore to reduce the contact area between the carbonaceous feedstock and preferably the biomass and the hot gas sent in the drying step, which thus makes it possible to reduce the flow of drying gas by a factor at least 1, 1.
  • Another advantage of the present invention is to increase the charge rate by a factor of at least 1.1.
  • Another advantage of the present invention is to allow the treatment of a filler having a moisture content greater than 0.5 wt%.
  • the drying step in the sense of the present invention is defined as a step in which the carbonaceous feedstock and preferably the biomass is injected at a temperature close to room temperature and in which it is heated to its wet temperature. When this temperature is reached, the water contained in said solid charge evaporates and during this process, the solid temperature remains constant and equal to the wet temperature.
  • wet temperature is meant the constant temperature reached by the liquid film present on the surface of the solid to be dried when, during drying, a stationary equilibrium is reached between the heat flux coming from the hotter gas phase and the heat flux. latent heat of evaporation of water. The concept of wet temperature is also described in the Handbook of industrial drying. OBJECT OF THE INVENTION
  • the present invention relates to a process for roasting a carbonaceous feedstock comprising at least one step of drying said carbonaceous feedstock and a step of roasting said dried carbonaceous feedstock producing roasting gases and roasted biomass, wherein at least one a portion of the roasting gases from the roasting stage is sent to a combustion stage producing combustion gases at a temperature of at least 700 ° C., at least a portion of which is recycled, without an intermediate cooling stage, in the drying step, mixed with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step being between 200 and 900 ° C.
  • the carbonaceous feed used in the roasting process according to the present invention is preferably a biomass feedstock.
  • the biomass feedstock treated in the roasting process according to the invention may advantageously vary according to its origin. It can be wood or wood by-products, such as waste produced by logging (logging remnants), sawmills, wood-processing industries. It can also come from industry by-products such as sludge or agro-food waste. Biomass can also come from traditional agriculture and consist of residues such as straw, coppice, bagasse, as well as dedicated energy crops (miscanthus, short rotation coppice ). Finally, organic waste, such as urban waste including sewage sludge, household waste can also be the burden.
  • the biomass feedstock used in the present invention is lignocellulosic biomass or cellulose and preferably lignocellulosic biomass.
  • the lignocellulosic biomass essentially contains three natural constituents present in variable quantities according to its origin: cellulose, hemicellulose and lignin.
  • the lignocellulosic biomass feedstock is preferably used in its raw form, that is to say in its entirety of these three constituents cellulose, hemicellulose and lignin.
  • the lignocellulosic biomass feedstock comprises a water content of between 5 and 70% by weight relative to the total mass of the biomass.
  • said carbonaceous feed is sent in a roasting process comprising at least one drying step within the meaning of the invention of said feedstock and a step of roasting the dried carbonaceous feed producing roasting gases and the feedstock.
  • roasted carbon Said drying step in the sense of the invention and said roasting step comprise respectively at least one drying zone and at least one roasting zone which may advantageously be a multi-stage oven in which the carbonaceous feedstock and preferably the biomass is introduced and flows gravitationally from an upper tray to the lower trays or other apparatus to ensure a sufficient residence time of the biomass load in this area.
  • the biomass feedstock comprising a water content advantageously between 5 and 70% by weight is thus introduced into said drying step so as to reduce its water content to contents generally less than 10% by weight and preferably less than 5%. weight.
  • Said filler is introduced into the drying step at a temperature advantageously between 10 and 30 ° C.
  • drying gases mainly contain water vapor from the vaporization of the water contained in the biomass.
  • said drying gases mainly comprise water, nitrogen, and CO 2 and also contain minor compounds such as oxygen, and volatile compounds.
  • said drying step in the sense of the invention is carried out using a gaseous mixture entering said drying step at a temperature of between 200 and 900 ° C., preferably between 300 and 900 ° C. ° C, preferably between 350 ° C and 900 ° C, very preferably between 370 and 900 ° C, more preferably between 400 and 900 ° C and even more preferably between 450 and 900 ° C.
  • the residence time of the carbonaceous feed and preferably of the solid biomass introduced into said drying step is between 5 minutes and 3 hours, preferably between 5 minutes and 2 hours, preferably between 5 minutes and 1 hour. hour and very preferably between 5 minutes and 30 minutes.
  • said drying step is carried out at an absolute pressure of between 0.05 and 0.2 MPa and preferably between 0.08 and 0.15 MPa.
  • the carbonaceous feed and preferably the biomass introduced into the drying step at a temperature advantageously between 10 and 30 ° C. is therefore brought into contact with a gaseous mixture having a temperature of between 200 ° and 900 ° C.
  • the energy required at said drying step in the sense of the invention is provided by injecting a very hot gaseous mixture at a temperature between 200 and 900 ° C and consisting of a part of combustion gases or fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases alone or in mixture with other fuels and a gaseous effluent preferably heated by passage through at least one heat exchanger.
  • the contacting of the fumes that have not undergone an intermediate cooling step and therefore at a very high temperature and in particular at least 700 ° C and at least one other gaseous effluent, the mixture having a temperature between 200 and 900 ° C, with the carbonaceous charge makes it possible to increase the efficiency of the drying zone in a very significant manner and in particular to intensify the heat transfer and to increase the drying speed.
  • the increase of the effectiveness of said drying step in the sense of the invention can be declined in different ways.
  • the introduction of a mixture of hot gases in the temperature range claimed in said drying step makes it possible, for example, to reduce the flow rates of the recycled dry gases by at least one factor. equal to 1, 1, which reduces the size of the pipes and compression steps related to the circulation of drying gas.
  • the introduction of a mixture of hot gases in the temperature range claimed in the drying step also makes it possible to increase the amount of dried carbonaceous filler per unit of time by a factor. at least 1, 1.
  • the method according to the invention is capable of processing a larger charge rate.
  • the introduction of a mixture of hot gases in the range of The temperature claimed in the drying step within the meaning of the invention also makes it possible to reduce the use of the addition of expensive combustible gases by a factor of at least 1, 1 by improving the use of thermal energy.
  • the dried carbonaceous feed and preferably the dried biomass is then introduced into a roasting step advantageously comprising at least one roasting zone and producing roasting gases and roasted biomass.
  • said roasting step is carried out at a temperature of the incoming gas phase of between 200 and 450 ° C, preferably between 250 ° C and 400 ° C and preferably between 270 and 350 ° C.
  • the residence time of the dried biomass in said roasting step is advantageously between 5 and 600 minutes and preferably between 10 and 180 min and even more preferably between 10 and 90 minutes.
  • roasting gases combustible gases
  • a solid called roasted biomass in the case where the carbonaceous feedstock is a biomass feedstock
  • the roasting gases are rich in combustible material and preferably comprise carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), acetic acid, methanol, furfural, nitrogen, and also oxygen.
  • At least a part of said combustible roasting gases are recovered and sent to a combustion stage producing flue gases or fumes, having a temperature of at least 700 ° C., preferably greater than 750 ° C. preferably above 800 ° C, very preferably above 850 ° C and more preferably above 900 ° C.
  • said roasting gases are sent to a combustion step, alone or in admixture with at least one other fuel.
  • a fuel booster is introduced into said combustion step in order to cover the roasting operation. energy needs of the system and in particular to provide the required energy for the drying zone and the roasting zone.
  • the fuel is natural gas.
  • At least a portion of said combustion gases or fumes is recycled, without an intermediate cooling step, in the drying step, mixed with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step being between 200 and 900 ° C, preferably between 300 and 900 ° C, preferably between 350 ° C and 900 ° C, very preferably between 370 and 900 ° C, more preferably between 400 and 900 ° C and 900 ° C and even more preferably between 450 and 900 ° C.
  • the part of the combustion gases or fumes recycled in the drying step is sent in said drying step without prior passage in a heat exchanger.
  • the gaseous mixture sent in said drying step comprising at least a portion of said combustion gases or fumes and at least one gaseous effluent does not undergo any cooling step, preferably by passing through a heat exchanger before recycling in said drying step.
  • the gaseous effluent injected mixed with at least a part of said combustion gases or fumes in the drying step advantageously has a temperature between 120 and 550 ° C and preferably between 120 and 400 ° C so that the injected mixture in the drying step has a temperature between 200 and 900 ° C.
  • said gas having previously been heated preferably by passing through a heat exchanger.
  • said gaseous effluent is preheated in a heat exchanger preferably by heat exchange with at least a portion of the combustion gases or fumes not recycled in said drying step.
  • Said drying step and said roasting step can advantageously be implemented in the same enclosure or in two different enclosures.
  • drying and roasting steps and preferably said drying and roasting zones may optionally be independent of one another or not.
  • drying and roasting steps and preferably said drying and roasting zones are independent.
  • operating conditions specific to each step can be applied independently.
  • a means for transferring the biomass feed such as for example a rotary valve is advantageously implemented between said drying and roasting steps and preferably between said drying and roasting zones.
  • said drying and roasting steps comprise two separate gas circulation loops.
  • Drying gases containing mainly water vapor are advantageously extracted from the drying step and circulate in a gas circulation loop called drying gas loop.
  • the drying gases are sent to a heat exchanger in which they are heated by heat exchange with at least a portion of the combustion gases generated by the combustion of at least a part and possibly all of the roasting gases extracted from the roasting step.
  • roasting gases are advantageously extracted from the roasting step and circulate in a gas circulation loop called roasting gas loop.
  • At least a portion and possibly all of the roasting gases are sent to a combustion chamber with possibly a supplement of fuel and the combustion gases or hot fumes generated are partly sent into a heat exchanger to be cooled before their recycling in the roasting step and the other part is sent directly without a previous cooling step by passing through a heat exchanger in the drying step, mixed with the heated drying gases circulating in the drying loop.
  • the gaseous effluent injected mixed with at least a portion of said combustion gases or fumes in the drying step consists of at least a portion of the drying gases, said gases having previously been heated. preferably by passing through a heat exchanger.
  • a part of the gases is advantageously sent to an outlet.
  • part of the gases may possibly be sent to an outlet.
  • the energy required at the roasting step is provided by the recycling of a part of the combustion gases or fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases after their cooling by exchange. of heat with the drying gases in a heat exchanger.
  • part of the fumes generated is advantageously sent to an outlet.
  • said drying and roasting steps and preferably said drying and roasting zones are not independent.
  • the biomass charge is introduced into a device and preferably a multistage furnace, comprising one or more trays through which the charge flows from an upper tray to the lower trays by gravity.
  • the step of drying the biomass feed preferably takes place in the upper part of the device and the roasting step takes place in the lower part.
  • the drying and roasting zones are differentiated by the temperature of the biomass.
  • the heat supplied by the hot gases is used to vaporize this water and the temperature of the solid biomass particles remains at the wet temperature.
  • the heat provided by the hot gases makes it possible to increase the temperature of the biomass to levels allowing the destructuring reactions that are suitable for roasting and to maintain this temperature for the necessary time.
  • said drying and roasting steps comprise a single gas circulation loop called a roasting gas loop.
  • the drying gases mainly comprising steam and the roasting gases generated are advantageously collected and extracted simultaneously at the top of the device.
  • the roasting gas is also called this mixture of gas extracted at the end of the drying and roasting steps operating within the same device.
  • they have a different composition of the roasting gases extracted from the roasting step of the first embodiment according to the invention because they consist both of the gases generated. during roasting reactions and drying gases mainly comprising water vapor.
  • At least a part of said roasting gas may optionally be sent to a condenser making it possible to extract at least a portion and preferably all of the water vapor in the form of liquid water from the roasting gases.
  • a part of the roasting gas optionally freed of at least a portion and preferably all of the water vapor is then advantageously sent to a combustion stage. for generating combustion gases or fumes having a temperature of at least 700 ° C, at least a portion of which is recycled in the drying step, without prior cooling step by passage through an exchanger, preferably to the upper trays of the device implementing the method according to the invention.
  • the other part of the roasting gas that is not sent into the combustion stage is advantageously heated by heat exchange with the other part of the non-recycled fumes in the drying step, preferably by passing through a heat exchanger, and then recycled both in the drying step mixed with at least a portion of the fumes and in the roasting step.
  • the gaseous effluent injected mixed with at least a part of said combustion gases or fumes in the drying step consists of the part of the roasting gases not sent in a combustion step, said gases having previously been heated preferably by passing through a heat exchanger.
  • a portion of the generated drying gases comprising the drying water and hot gases from the roasting gas loop constituting the recycled mixture is preferably sent to an outlet.
  • FIG. 1 represents the first embodiment according to the invention in which the said drying steps within the meaning of the invention and of roasting are independent and whose separation is represented in the figure by line 20.
  • said drying and roasting steps comprise two separate gas circulation loops.
  • the drying gas loop is represented by the flows (4), (5) and (7) and the roasting gas loop is represented by the streams (8), (10), (1 1), (12) and ( 13).
  • the raw biomass load (1) containing a moisture generally of between 5 and 70% by weight enters a drying zone (A) in order to reduce its water content to levels generally less than 10% by weight and preferably less than 5% weight.
  • the dried biomass (2) is sent to a roasting zone (B) independent of the drying zone.
  • the drying gases generated and represented by the flow (5) in the drying zone (A) are extracted and sent into a heat exchanger (C) to be heated by heat exchange and are extracted from the exchanger and represented by the flow (7).
  • the heated gases are then mixed with a portion of the combustion fumes (13) and recycled to the drying zone (A).
  • the mixture is represented by the flow (4).
  • the roasting gases extracted from the roasting zone (B) and represented by the flow (8) are sent to a combustion chamber (D) with a fuel booster (9) to generate combustion gases or fumes (10). having a temperature above 700 ° C. At least a portion of the combustion gases represented by the stream (13) is recycled without a pre-cooling step in the drying zone (A) mixed with the heated drying gases (7).
  • the recycled gas mixture in the drying zone is represented by the flow (4).
  • the temperature of the drying zone is controlled by the direct injection of the combustion gases or fumes (13) from the combustion chamber mixed with the heated drying gases (7).
  • FIG. 2 represents the second embodiment according to the invention in which the said drying and roasting steps are not independent. Said drying and roasting steps comprise a single gas circulation loop called a roasting gas loop.
  • the raw biomass (1) enters a device in which it will be dried (zone (A)) and roasted (zone (B)).
  • drying gases containing mainly water vapor and roasting gases are generated and collected simultaneously. They are represented by the flow (4). At least a part of these gases (5) is sent into a condenser (E) so as mainly to eliminate the water represented by the flow (7).
  • part of the roasting gas (8) from the condenser is then sent to a combustion chamber (F) with a booster fuel (9) to generate combustion gases or fumes (10) having a temperature of at least 700 ° C.
  • At least a portion of the flue gases or fumes represented by the flow (12) is mixed, without prior cooling step by passage in an exchanger, with a portion of the heated roasting gas (1 1) by passage through the exchange ( D) to the zone (A) corresponding to the drying zone, at the head of the device implementing the method according to the invention.
  • the other part of the roasting gas (6) not sent into the combustion stage is heated by heat exchange with the other part of the non-recycled fumes (14) in the drying step, by passing through a heat exchanger. heat (D), then recycled (1 1) both in the drying zone (A) (13) mixed with at least a portion of the uncooled fumes (12) and in the roasting zone (B).
  • the fumes cooled in the heat exchanger (D) are extracted from the exchanger is represented by the flow (15).
  • a wood wafer flow rate comprising 30% moisture is sent to a drying step and then to a roasting step. Said steps comprising two separate gas circulation loops.
  • the wet biomass is sent to a drying stage in order to eliminate almost all the water it contains, the dried biomass is then sent to the roasting zone from which gases called roasting gas are extracted and the roasted biomass.
  • Table 1 below gives an example of the flow rate and moisture content of the biomass through the different stages of drying and roasting.
  • the gases withdrawn from the drying stage and containing mainly water vapor circulate in an independent circulation loop and are sent to a heat exchanger in which they are heated and then mixed with a cooled flue gas flow rate.
  • the mixture is then recycled in said drying step to provide the thermal energy necessary for this operation.
  • a portion of the gases leaving the drying step is sent to an outlet.
  • the gases withdrawn from the roasting zone are recovered in a combustion chamber so as to generate combustion gases or hot fumes.
  • the fumes are cooled by passing through a heat exchanger by heat exchange with the drying gases circulating in the drying loop, before being partly recycled in the roasting zone so as to provide the energy required.
  • the energy required within the drying zone is therefore provided on the one hand by the recycling of drying gases containing mainly water vapor after reheating by passage through a heat exchanger, and on the other hand by a part of the combustion gases cooled after passage through said exchanger, originating from the circulation loop of the roasting gases.
  • the combustion gases or fumes generated by the combustion of the roasting gases are thus cooled by passing through an exchanger before being recycled as a mixture with the drying gases heated in the drying zone.
  • the mixture of the flow of part of the cooled fumes and the recycling of the drying gases makes it possible to reach the temperature of 250 ° C. at the inlet of the drying step.
  • the energy required for the drying operation is about 2150 kW and is provided by the drying loop whose temperature goes from 250 ° C to 1 10 ° C.
  • the residence time required for this drying step is 30 minutes.
  • the required drying gas flow rate is 43,000 Nm 3 / h.
  • the method according to the invention is implemented with reference to FIG.
  • the same flow rate of wood chips (1) is sent in a drying step (A) in order to eliminate almost all the water it contains, the dried biomass (2) is then sent to the zone of roasting not shown in Figure 3.
  • Table 3 below gives the properties of the biomass through the different stages of drying and roasting.
  • the drying gases (5) containing mainly water vapor, withdrawn from the drying zone (A) circulate in an independent circulation loop and are sent into a heat exchanger (C). These gases are then heated by cooling a gas stream (1 1) and (12) before being recycled (7) in said drying step (A) to provide the thermal energy required for this operation.
  • Fumes (13) at high temperature from the combustion of roasting gases from the roasting zone not shown in Figure 3 and a makeup of natural gas are mixed with the recycle gas (7) exiting the exchanger heat source (C) producing the gas mixture (4) which is recycled at high temperature to the drying zone (A).
  • a portion of the gases leaving the drying step is sent to an outlet (6).
  • Table 4 summarizes the characteristics of the different flows.
  • the mixture of hot flue gas at a temperature of 900 ° C. (13) and heated drying gases (7) makes it possible to reach the temperature of 600 ° C. at the inlet of the drying zone (4).
  • the energy required for the drying operation is about 2150 kW and is provided by the drying loop whose temperature goes from 600 ° C to 1 10 ° C.
  • the residence time required for this drying step is 15 min, hence a decrease of a factor 2 on the residence time compared to the previous example.
  • the required drying gas flow rate is 13,000 Nm 3 / h resulting in a decrease of about 3 by factor.
  • the invention thus makes it possible to reduce the residence time required within the drying step within the meaning of the invention, allowing a reduction in the investment on the drying equipment as well as on all the gas lines and drying loop equipment due to the reduced flow required for the operation.
  • the invention also reduces by a factor 3 the electrical consumption of equipment for ensuring the flow of gas in the drying loop.

Abstract

The present invention concerns a method for roasting a carbonaceous feedstock comprising at least one step of drying the carbonaceous feedstock and one step of roasting the dried carbonaceous feedstock, producing roasting gases and roasted biomass, in which at least a portion of the roasting gases originating in the roasting step is sent to a combustion step producing a combustion gas at a temperature greater than or equal to 700°C, at least a portion of which is recycled in the drying step, mixed with at least a gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step being between 200 and 900°C.

Description

PROCEDE DE TORREFACTION D'UNE CHARGE CARBONEE COMPRENANT UNE ETAPE  METHOD FOR TORREFACTING A CARBON CHARGE COMPRISING A STEP
DE SECHAGE OPTIMISEE  OPTIMIZED DRYING
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé de torréfaction d'une charge de biomasse. The present invention relates to a method of roasting a biomass feedstock.
On connaît depuis longtemps l'intérêt potentiel présenté par le bois torréfié. Celui-ci était utilisé au début du XXième siècle dans le domaine des gazogènes. Ces anciens procédés ne permettaient pas d'obtenir du bois torréfié dans des conditions économiques avantageuses et reproductibles.  The potential value of roasted wood has long been known. It was used in the early twentieth century in the field of gas generators. These old processes did not make it possible to obtain torrefied wood under advantageous and reproducible economic conditions.
Récemment, du fait du réchauffement climatique et des développements sur les énergies renouvelables non polluantes, des recherches importantes ont lieu pour valoriser la biomasse. Par exemple, des procédés de traitement thermochimique ont été développés pour utiliser la biomasse comme source d'énergie, tel que par exemple la production de biocarburants, la production d'électricité dans les centrales au charbon ou au coke de pétrole, la production de chaleur au moyen de chaudières à vapeur... . Dans le cadre de la production d'électricité dans des centrales au charbon, le procédé de torréfaction permet d'augmenter sensiblement le pouvoir calorifique de la biomasse et de modifier certaines de ses propriétés notamment l'aptitude de cette matière à être broyée en de fines particules de façon aisée et économique mais aussi une stabilité au stockage grâce au caractère hydrophobe conféré par la torréfaction. En ce sens la biomasse torréfiée présente des caractéristiques proches de celles de charbon et du coke de pétrole ce qui permet à l'opérateur de ce type d'installation de mélanger cette charge à la charge d'origine fossile initialement utilisée sans modification du procédé ni investissement en matériel spécifique tel qu'un broyeur ou des infrastructures tel que le parc de stockage. Dans le cadre de la production de biocarburants, la biomasse est torréfiée et broyée puis subit une étape de gazéification pour produire un gaz de synthèse. La technologie de gazéification préférée est un réacteur à flux entraîné opérant à haute température et haute pression, afin d'assurer une conversion très élevée du carbone et d'éviter des étapes de re-compression coûteuses du gaz de synthèse. Le système préféré d'injection de la charge solide dans le gazéifieur se fait par transport pneumatique d'une charge finement divisée au moyen d'un gaz vecteur. Le gaz de synthèse après une purification poussée permet ensuite de recomposer un ensemble de coupes d'hydrocarbures, notamment une coupe d'essence, une coupe de gazole et une coupe kérosène au moyen de la synthèse de Fischer-Tropsch. Ces coupes, et en particulier la coupe gazole, doivent subir une étape d'hydrotraitement pour atteindre les spécifications carburants. Recently, due to global warming and developments on non-polluting renewable energies, important research is taking place to valorize biomass. For example, thermochemical treatment processes have been developed to use biomass as a source of energy, such as for example biofuel production, power generation in coal or petroleum coke plants, heat generation. by means of steam boilers .... In the context of electricity production in coal-fired power plants, the roasting process makes it possible to substantially increase the heating value of the biomass and to modify some of its properties, in particular the ability of this material to be crushed into fines. particles easily and economically but also storage stability thanks to the hydrophobic character conferred by the roasting. In this sense, the roasted biomass has characteristics close to those of coal and petroleum coke, which allows the operator of this type of plant to mix this feedstock with the fossil fuel initially used without any modification of the process. investment in specific equipment such as a shredder or infrastructure such as the stockyard. As part of biofuel production, the biomass is roasted and crushed and then undergoes a gasification step to produce a synthesis gas. The preferred gasification technology is a high temperature and high pressure driven flow reactor, to ensure very high carbon conversion and avoid expensive recompression steps of the synthesis gas. The preferred system for injecting solid feed into the gasifier is by pneumatic transport of a finely divided feed by means of a carrier gas. The synthesis gas after thorough purification then allows to recompose a set of hydrocarbon cuts, including a gasoline cut, a diesel cut and a kerosene cut using Fischer-Tropsch synthesis. These cuts, and in particular the diesel cut, must undergo a hydrotreating step to meet the fuel specifications.
La torréfaction consiste en un procédé de traitement thermique de la biomasse à des températures comprises entre 200°C et 300°C en l'absence d'oxygène. Dans cette gamme de températures, des réactions ont lieu et modifient les propriétés chimiques et physiques de la biomasse. Soumises à ces conditions opératoires, la biomasse, commence par subir un séchage poussé suivis d'une déstructuration partielle d'une partie de sa matière ligno-cellulosique. Cette transformation s'accompagne d'une perte de sa résistance mécanique et d'une diminution de son élasticité. Elle devient alors plus facile à broyer. Son pouvoir calorifique est également augmenté du fait d'une augmentation de la quantité de carbone par unité de masse. Les produits de l'opération de torréfaction sont un solide, appelé biomasse torréfiée et des gaz de torréfaction. La biomasse torréfiée est broyée pour obtenir des particules de granulométrie souhaitée en vue de la gazéification ultérieure. L'ensemble de la chaîne de fabrication des biocarburants (torréfaction, broyage, gazéification, purification, synthèse Fischer-Trospch et hydrotraitement) doit avoir un rendement massique élevé de façon à maximiser la production de biocarburants.  Roasting is a method of heat treating the biomass at temperatures between 200 ° C and 300 ° C in the absence of oxygen. In this temperature range, reactions take place and modify the chemical and physical properties of the biomass. Under these operating conditions, biomass begins to undergo extensive drying followed by partial destructuring of part of its lignocellulosic material. This transformation is accompanied by a loss of its mechanical strength and a decrease in its elasticity. It becomes easier to grind. Its calorific value is also increased due to an increase in the amount of carbon per unit mass. The products of the roasting operation are a solid, called roasted biomass and roasting gases. The roasted biomass is milled to obtain particles of desired particle size for subsequent gasification. The entire biofuel production chain (roasting, grinding, gasification, purification, Fischer-Trospch synthesis and hydrotreating) must have a high mass yield in order to maximize the production of biofuels.
Si la biomasse est chauffée à une température inférieure à 150°C, l'eau contenue dans la biomasse s'évapore et la biomasse se déshydrate, mais les réactions de dégradation n'ont pas lieu. La biomasse est alors simplement séchée et non torréfiée. Or le séchage à lui seul ne permet pas d'obtenir les propriétés visées (perte de résistance mécanique, diminution de l'élasticité) conduisant à une opération de broyage facilitée et produisant une poudre adaptée au procédé de gazéification. De même, si la biomasse séchée est chauffée à une température supérieure à 300°C, les réactions deviennent exothermiques. La température augmente entraînant une accélération des cinétiques des réactions chimiques. Ce phénomène d'emballement des réactions conduit à une très forte perte de masse de la fraction solide. Or, cette perte de masse réduit le rendement matière de la chaîne complète pour la production des biocarburants de synthèse. Donc, dans un procédé de torréfaction en vue de l'utilisation de la biomasse pour produire des biocarburants, il est particulièrement important de contrôler constamment la température afin d'éviter les phénomènes de séchage seul ou les phénomènes d'emballement thermique. Par ailleurs, avant d'être torréfiée, la biomasse sera le plus souvent divisée en particules solides dont la dimension caractéristique est de l'ordre du centimètre par une opération de broyage primaire. Un des points clé de l'étape de torréfaction sera donc d'assurer des conditions de transfert thermique permettant d'assurer un traitement homogène de la charge non seulement entre les particules mais aussi au sein d'une particule. If the biomass is heated below 150 ° C, the water in the biomass evaporates and the biomass dehydrates, but the degradation reactions do not take place. The biomass is then simply dried and not roasted. However, drying alone does not make it possible to obtain the properties under consideration (loss of mechanical strength, reduction in elasticity) leading to an easy grinding operation and producing a powder suitable for the gasification process. Similarly, if the dried biomass is heated to a temperature above 300 ° C, the reactions become exothermic. The temperature increases, leading to an acceleration of the kinetics of the chemical reactions. This phenomenon of runaway reactions leads to a very strong loss of mass of the solid fraction. However, this loss of mass reduces the material yield of the complete chain for the production of synthetic biofuels. Therefore, in a roasting process for the use of biomass to produce biofuels, it is particularly important to constantly monitor the temperature to avoid drying phenomena alone or thermal runaway phenomena. Moreover, before being roasted, biomass will be most often divided into solid particles whose characteristic dimension is of the order of one centimeter by a primary grinding operation. One of the key points of the roasting step will therefore be to ensure thermal transfer conditions that ensure homogeneous treatment of the charge not only between the particles but also within a particle.
La torréfaction de la biomasse comprenant une étape de séchage et une étape de torréfaction, nécessite un apport de chaleur important pour, tout d'abord élever la température de la biomasse à un niveau adéquat pour la phase de séchage, ensuite éliminer l'eau présente dans la biomasse, enfin élever et maintenir la température de la biomasse sèche à un niveau adéquat pour l'opération de torréfaction. Cet apport de chaleur se fait généralement par contact de la biomasse avec un flux de gaz chaud. The roasting of the biomass comprising a drying step and a roasting step requires a high heat input to first raise the temperature of the biomass to an appropriate level for the drying phase, then remove the water present. in the biomass, finally raise and maintain the temperature of the dry biomass at a level adequate for the roasting operation. This heat input is generally done by contact of the biomass with a hot gas flow.
Les gaz de torréfaction, combustibles, sont généralement brûlés pour fournir une partie de la chaleur nécessaire au procédé de torréfaction. Cette intégration thermique du procédé est particulièrement importante car, quelle que soit la technologie choisie pour mettre en œuvre l'opération de torréfaction, la façon dont l'énergie apportée par les gaz de torréfaction est utilisée influence directement le rendement énergétique du procédé dans son ensemble et donc de sa performance économique et environnementale.  Roasting gases, fuels, are usually burned to provide some of the heat needed for the roasting process. This thermal integration of the process is particularly important because, whatever the technology chosen to implement the roasting operation, the way in which the energy provided by the roasting gases is used directly influences the energy efficiency of the process as a whole. and therefore its economic and environmental performance.
ART ANTERIEUR PRIOR ART
La demande de brevet US2010/0083530 (Wyssmont) décrit un dispositif et un procédé de torréfaction d'un matériau lignocellulosique contenant de l'eau, ledit procédé utilisant une seule boucle de circulation des gaz pour les opérations de séchage et de torréfaction. La biomasse brute est introduite en tête du four et s'écoule de façon gravitaire vers le fond du four. L'opération de séchage s'effectue dans la première section du four. La température de cette zone en tête du four est comprise entre 200°C et 260°C. Une fois la biomasse séchée, l'opération de torréfaction s'opère sur les plateaux inférieurs et les gaz de torréfaction et l'eau de séchage sont extraits en tête du four. La température de la zone du four dans laquelle l'opération de torréfaction est réalisée est typiquement comprise entre 200°C et 300°C et de préférence entre 260°C et 280°C. Une partie des gaz extraits en tête du four est recyclée en fond du four après réchauffage de ces derniers par passage dans un échangeur de chaleur. L'autre partie desdits gaz est d'abord envoyée dans une zone où l'eau de séchage est condensée. Les gaz en sortie de cette section sont ensuite envoyés dans une zone de combustion permettant leur valorisation et générant des gaz de combustion ou fumées chaudes. Les fumées passent ensuite dans l'échangeur de chaleur permettant ainsi le réchauffage de la partie des gaz de torréfaction recyclés à la fois en tête et en fond du four, dans les zones de séchage et de torréfaction. L'énergie apportée au four provient donc de la combustion de ces gaz de torréfaction. La biomasse torréfiée est extraite en fond du four. The patent application US2010 / 0083530 (Wyssmont) describes a device and a method for roasting a lignocellulosic material containing water, said method using a single gas circulation loop for the drying and roasting operations. The raw biomass is introduced at the top of the oven and flows gravity towards the bottom of the oven. The drying operation is carried out in the first section of the oven. The temperature of this zone at the top of the oven is between 200 ° C. and 260 ° C. Once the biomass is dried, the roasting operation takes place on the lower trays and the roasting gases and the drying water are extracted at the top of the oven. The temperature of the zone of the furnace in which the roasting operation is carried out is typically between 200 ° C and 300 ° C and preferably between 260 ° C and 280 ° C. Part of the gases extracted at the top of the furnace is recycled to the bottom of the furnace after reheating of the latter by passing through a heat exchanger. The other part of said gases is first sent to an area where the drying water is condensed. The gases leaving this section are then sent to a zone of combustion for their recovery and generating combustion gases or hot fumes. The fumes then pass into the heat exchanger thus allowing the part of the roasting gases recycled to be recycled both at the top and at the bottom of the oven, in the drying and roasting zones. The energy supplied to the furnace therefore comes from the combustion of these roasting gases. The roasted biomass is extracted at the bottom of the oven.
Dans ce procédé, les gaz de combustion ou fumées chaudes générés par la combustion d'une partie des gaz de torréfaction sont uniquement utilisés pour réchauffer l'autre partie des gaz de torréfaction recyclée dans le four, lesdits gaz de combustion ou fumées chaudes n'étant ni recyclés en tête du four dans la zone de séchage, ni en fond du four, dans la zone de torréfaction. In this process, the combustion gases or hot fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases are only used to heat the other part of the roasting gas recycled in the furnace, said combustion gases or hot flue gases. being neither recycled at the top of the oven in the drying zone, nor at the bottom of the oven, in the roasting zone.
La demande de brevet US2013/228443 propose de mettre en œuvre un traitement thermochimique de la biomasse au sein d'un four multi-étagé vertical présentant plusieurs chambres indépendantes avec un environnement contrôlé en terme de température et de pression. Chaque chambre peut être connectée à une zone de contrôle contenant au moins une zone de combustion, une vanne et une pompe, la zone de contrôle étant connectée à une entrée et à une sortie gaz de chaque chambre. La ou les zones de contrôle permettent donc d'apporter l'énergie nécessaire au sein de chaque chambre par apport d'un gaz chaud généré dans la zone de contrôle via la zone de combustion, et réintroduit en entrée de la ou les chambres à une température pouvant varier de 40 à 370°C. La figure 4 décrit plus particulièrement un four multi- étagé présentant 5 chambres indépendantes, chacune des chambres étant connectée à une unité de contrôle qui lui est propre. Chaque unité de contrôle présente les caractéristiques ci- dessus. La biomasse est introduite dans la première chambre opérant sous atmosphère aérobie pour y être séchée grâce à un flux de gaz chauffé dans la zone de contrôle connectée à ladite chambre et introduit dans ladite chambre à une température comprise entre 94 et 204°C. La biomasse séchée est ensuite transférée d'une chambre à l'autre par l'intermédiaire d'une vanne étanche vis à vis de la phase gaz et est chauffée à des températures de plus en plus élevées favorisant l'opération de torréfaction au fur et à mesure de son transfert dans les différentes chambres opérant sous atmosphère anaérobie. Dans cette configuration chaque chambre au sein du four est indépendante sur la phase gaz. La demande de brevet WO05/056723 (ECN) décrit un procédé de production de solides à partir de matière première constituée de biomasse et de préférence de biomasse lignocellulosique dans lequel la biomasse dont l'humidité est généralement comprise entre 30% et 60% poids est envoyée dans une étape de séchage de manière à réduire son humidité à des teneurs inférieures à 15% poids. La biomasse sèche est ensuite envoyée dans une zone de torréfaction de laquelle sont extraits des gaz appelés gaz de torréfaction et un solide appelé biomasse torréfiée qui est ensuite refroidi et qui peut être conditionné dans une étape de pelletisation avant transport et / ou stockage. Une partie des gaz de torréfaction émis lors de l'opération de torréfaction est envoyée vers un échangeur de chaleur après une étape destinée à augmenter leur pression. L'autre partie des gaz de torréfaction est valorisée dans une chambre de combustion de manière à générer des gaz de combustion ou fumées chaudes qui sont refroidis par passage dans un échangeur de chaleur avant d'être recyclés dans l'étape de séchage de manière à y apporter l'énergie requise. La partie des gaz de torréfaction comprimée à l'issue de l'étape destinée à augmenter leur pression est ensuite envoyée dans l'échangeur pour y être réchauffée par échange de chaleur avec les fumées chaudes issues de la chambre de combustion. Les gaz de torréfaction chauds sortant de l'échangeur sont ensuite recyclés dans la zone de torréfaction pour apporter l'énergie thermique nécessaire à cette opération. The patent application US2013 / 228443 proposes to implement a thermochemical treatment of biomass in a vertical multi-stage furnace having several independent chambers with a controlled environment in terms of temperature and pressure. Each chamber can be connected to a control zone containing at least one combustion zone, a valve and a pump, the control zone being connected to an inlet and a gas outlet of each chamber. The control zone or zones therefore make it possible to supply the energy required within each chamber by supplying a hot gas generated in the control zone via the combustion zone, and reintroduced at the entrance of the chamber or chambers to a temperature ranging from 40 to 370 ° C. FIG. 4 more particularly describes a multi-stage oven having 5 independent chambers, each of the chambers being connected to a control unit of its own. Each control unit has the above characteristics. The biomass is introduced into the first chamber operating under aerobic atmosphere to be dried by a flow of heated gas in the control zone connected to said chamber and introduced into said chamber at a temperature between 94 and 204 ° C. The dried biomass is then transferred from one chamber to the other via a gastight valve with respect to the gas phase and is heated to higher and higher temperatures favoring the roasting operation as and when required. as it is transferred to the different chambers operating under anaerobic atmosphere. In this configuration each chamber within the furnace is independent on the gas phase. The patent application WO05 / 056723 (ECN) describes a process for the production of solids from raw material consisting of biomass and preferably lignocellulosic biomass in which the biomass whose moisture is generally between 30% and 60% by weight is sent in a drying step so as to reduce its moisture to contents of less than 15% by weight. The dry biomass is then sent to a roasting zone from which are extracted gases called roasting gas and a solid called roasted biomass which is then cooled and which can be packaged in a pelletizing step before transport and / or storage. Part of the roasting gases emitted during the roasting operation is sent to a heat exchanger after a step intended to increase their pressure. The other part of the roasting gases is recovered in a combustion chamber so as to generate combustion gases or hot fumes which are cooled by passing through a heat exchanger before being recycled in the drying stage so as to bring the required energy. The part of the roasting gases compressed at the end of the step intended to increase their pressure is then sent into the exchanger to be heated by heat exchange with the hot flue gases from the combustion chamber. The hot roasting gases leaving the exchanger are then recycled to the roasting zone to provide the thermal energy required for this operation.
Dans ce cas, les fumées chaudes générées par la combustion d'une partie des gaz de torréfaction sont utilisées pour chauffer l'autre partie des gaz de torréfaction avant leur recyclage dans la zone de torréfaction et les fumées, refroidies, sont ensuite recyclées, seules, dans l'étape de séchage. In this case, the hot fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases are used to heat the other part of the roasting gases before their recycling in the roasting zone and the fumes, cooled, are then recycled, alone in the drying step.
La demande de brevet US2012/137538 (Polysius) décrit un dispositif et un procédé de séchage et de torréfaction d'un matériau comprenant du carbone et de préférence de la biomasse dans un four multi-étagé comprenant une zone de séchage et une zone de torréfaction, lesdites zones comportant deux boucles de circulation de gaz séparées. La biomasse est envoyée dans une zone de séchage située en section haute du four afin d'éliminer la quasi-totalité de l'eau qu'elle contient, la biomasse séchée est ensuite envoyée dans la zone de torréfaction de laquelle sont extraits des gaz appelés gaz de torréfaction et la biomasse torréfiée. Les gaz de séchage contenant majoritairement de la vapeur d'eau, soutirés de la zone de séchage circulent dans une boucle de circulation indépendante et sont envoyés dans un échangeur de chaleur dans lequel ils sont chauffés à une température comprise entre 150 et 300°C avant d'être recyclés dans ladite zone de séchage pour apporter l'énergie thermique nécessaire à cette opération. The patent application US2012 / 137538 (Polysius) describes a device and a method for drying and roasting a material comprising carbon and preferably biomass in a multi-stage oven comprising a drying zone and a roasting zone. said zones having two separate gas circulation loops. The biomass is sent to a drying zone located in the upper section of the furnace in order to eliminate almost all the water it contains, the dried biomass is then sent to the roasting zone from which are extracted gases called roasting gas and roasted biomass. The drying gases containing mainly water vapor, withdrawn from the drying zone, circulate in an independent circulation loop and are sent to a heat exchanger in which they are heated to a temperature between 150 and 300 ° C before being recycled in said drying zone to provide the thermal energy necessary for this operation.
Les gaz de torréfaction soutirés de la zone de torréfaction sont envoyés dans une chambre de combustion de manière à générer des gaz de combustion ou fumées chaudes qui sont refroidis à une température supérieure à 300°C par passage dans ledit échangeur de chaleur par échange de chaleur avec les gaz de séchage circulant dans la boucle de séchage, avant d'être en partie recyclés dans la zone de torréfaction de manière à y apporter l'énergie requise. L'autre partie des fumées refroidies à une température supérieure à 300°C est recyclée dans la zone de séchage en mélange avec les gaz de séchage. L'échangeur de chaleur permet ainsi le réchauffage du gaz de recycle de la boucle de séchage et le refroidissement du gaz de la boucle de torréfaction.  The roasting gases withdrawn from the roasting zone are sent into a combustion chamber so as to generate combustion gases or hot fumes which are cooled to a temperature greater than 300 ° C. by passing through said heat exchanger by heat exchange. with the drying gases circulating in the drying loop, before being partly recycled in the roasting zone so as to provide the required energy. The other part of the fumes cooled to a temperature above 300 ° C is recycled to the drying zone in admixture with the drying gases. The heat exchanger thus allows the heating of the recycle gas of the drying loop and the cooling of the gas of the roasting loop.
L'énergie requise au sein de la zone de séchage est donc apportée d'une part par le recycle des gaz de séchage contenant majoritairement de la vapeur d'eau après réchauffage par passage dans un échangeur de chaleur, et d'autre part par une partie des gaz de combustion refroidis après passage dans ledit échangeur, provenant de la boucle de circulation des gaz de torréfaction, le mélange des gaz recyclés ayant une température comprise entre 150°C et 300°C.  The energy required within the drying zone is therefore provided on the one hand by the recycle of the drying gases containing predominantly water vapor after reheating by passage through a heat exchanger, and on the other hand by a part of the combustion gases cooled after passage through said exchanger, originating from the roasting gas circulation loop, the mixture of the recycled gases having a temperature of between 150 ° C. and 300 ° C.
Les gaz de combustion ou fumées générés par la combustion des gaz de torréfaction sont donc refroidis par passage dans un échangeur avant d'être recyclés en mélange avec les gaz de séchage chauffés dans la zone de séchage.  The combustion gases or fumes generated by the combustion of the roasting gases are thus cooled by passing through an exchanger before being recycled as a mixture with the drying gases heated in the drying zone.
Tous les schémas décrits dans l'art antérieur proposent d'envoyer vers l'étape de séchage : All the schemes described in the prior art propose to send to the drying step:
- soit des gaz chauffés par échange avec les fumées provenant d'une étape de combustion des gaz de torréfaction ou tout autre moyen de chauffage connu de l'Homme du métier  or gases heated by exchange with the flue gases from a roasting gas combustion stage or any other heating means known to those skilled in the art
- soit d'envoyer des fumées issues de la combustion des gaz de torréfaction et/ou d'autres combustibles mais ayant préalablement subi au moins une étape de refroidissement.  - Or to send fumes from the combustion of roasting gases and / or other fuels but having previously undergone at least one cooling step.
La température des gaz envoyés dans la zone de séchage n'est jamais supérieure à une température de l'ordre de 400°C. Les procédés selon l'art antérieur sont toujours contraints d'avoir une zone de séchage dont les conditions ne sont pas optimales si l'on considère un enchaînement: zone de séchage et zone de torréfaction. Dans la présente invention, la demanderesse a mis en œuvre un nouveau procédé de torréfaction d'une charge carbonée et de préférence la biomasse comprenant une étape de séchage de ladite charge et une étape de torréfaction de la charge carbonée séchée produisant un gaz combustible et une charge carbonée torréfiée et de préférence de la biomasse torréfiée, permettant d'accroître l'efficacité de l'étape de séchage par une augmentation importante de la température des gaz envoyés au sein de ladite étape de séchage, et en particulier par une meilleure valorisation du niveau thermique des fumées générées par la combustion d'au moins une partie des gaz combustibles issus de la torréfaction, avec éventuellement un flux gazeux combustible d'appoint. En particulier, le procédé selon l'invention propose d'envoyer au sein de l'étape de séchage au moins une partie des gaz de combustion ou fumées chaudes provenant de la combustion d'une partie des gaz de torréfaction, sans étape intermédiaire de refroidissement desdits gaz de combustion ou fumées, en mélange avec au moins un effluent gazeux, la température du mélange gazeux étant comprise entre 200 et 900°C. La mise en contact du mélange comprenant des fumées, non refroidies, à très haute température en particulier d'au moins 700°C et au moins un autre effluent gazeux, ledit mélange ayant une température comprise entre 200 et 900°C, avec la charge carbonée et de préférence la biomasse dont la teneur en eau est généralement comprise entre 5% et 70% poids permet d'accroître l'efficacité de l'étape de séchage de manière très significative. The temperature of the gases sent to the drying zone is never greater than a temperature of the order of 400 ° C. Processes according to the prior art are always forced to have a drying zone whose conditions are not optimal if we consider a sequence: drying zone and roasting zone. In the present invention, the Applicant has implemented a novel process for roasting a carbonaceous feed and preferably the biomass comprising a step of drying said feedstock and a step of roasting the dried carbonaceous feed producing a fuel gas and a feedstock. roasted carbonaceous feed and preferably roasted biomass, to increase the efficiency of the drying step by a significant increase in the temperature of the gases sent within said drying step, and in particular by a better valuation of the thermal level of the fumes generated by the combustion of at least a portion of the combustible gases resulting from roasting, possibly with a supplementary fuel gas stream. In particular, the method according to the invention proposes to send, within the drying stage, at least a portion of the combustion gases or hot fumes originating from the combustion of a portion of the roasting gases, without an intermediate cooling step. said combustion gases or fumes, mixed with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture being between 200 and 900 ° C. The contacting of the mixture comprising fumes, uncooled, at a very high temperature, in particular at least 700 ° C and at least one other gaseous effluent, said mixture having a temperature of between 200 and 900 ° C, with the charge carbonaceous and preferably biomass whose water content is generally between 5% and 70% by weight makes it possible to increase the efficiency of the drying step in a very significant manner.
Un avantage de la présente invention est donc de réduire la surface de contact entre la charge carbonée et de préférence la biomasse et le gaz chaud envoyé dans l'étape de séchage ce qui permet ainsi de réduire le débit de gaz de séchage d'un facteur au moins égal à 1 ,1 . An advantage of the present invention is therefore to reduce the contact area between the carbonaceous feedstock and preferably the biomass and the hot gas sent in the drying step, which thus makes it possible to reduce the flow of drying gas by a factor at least 1, 1.
Un autre avantage de la présente invention est d'augmenter le débit de charge d'un facteur au moins égal à 1 ,1. Another advantage of the present invention is to increase the charge rate by a factor of at least 1.1.
Un autre avantage de la présente invention est de permettre le traitement d'une charge ayant une teneur en humidité supérieure à moins 0,5% poids. Dans toute la suite dans texte, il est important de noter que l'on définit l'étape de séchage au sens de la présente invention comme étant une étape dans laquelle la charge carbonée et de préférence la biomasse est injectée à une température proche de la température ambiante et dans laquelle elle est chauffée jusqu'à atteindre sa température humide. Lorsque cette température est atteinte, l'eau contenue dans ladite charge solide s'évapore et au cours de ce processus, la température du solide reste constante et égale à la température humide. Another advantage of the present invention is to allow the treatment of a filler having a moisture content greater than 0.5 wt%. In the rest of the text, it is important to note that the drying step in the sense of the present invention is defined as a step in which the carbonaceous feedstock and preferably the biomass is injected at a temperature close to room temperature and in which it is heated to its wet temperature. When this temperature is reached, the water contained in said solid charge evaporates and during this process, the solid temperature remains constant and equal to the wet temperature.
On entend par température humide, la température constante atteinte par le film liquide présent à la surface du solide à sécher lorsque, au cours du séchage, un équilibre stationnaire est atteint entre le flux de chaleur provenant de la phase gaz plus chaude et le flux de chaleur latente d'évaporation de l'eau. La notion de température humide est également décrite dans le Handbook of industrial drying. OBJET DE L'INVENTION By wet temperature is meant the constant temperature reached by the liquid film present on the surface of the solid to be dried when, during drying, a stationary equilibrium is reached between the heat flux coming from the hotter gas phase and the heat flux. latent heat of evaporation of water. The concept of wet temperature is also described in the Handbook of industrial drying. OBJECT OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé de torréfaction d'une charge carbonée comprenant au moins une étape de séchage de ladite charge carbonée et une étape de torréfaction de ladite charge carbonée séchée produisant des gaz de torréfaction et de la biomasse torréfiée, dans lequel, au moins une partie des gaz de torréfaction issus de l'étape de torréfaction est envoyé dans une étape de combustion produisant des gaz de combustion à une température au moins supérieure à 700°C dont au moins une partie est recyclée, sans étape de refroidissement intermédiaire, dans l'étape de séchage, en mélange avec au moins un effluent gazeux, la température du mélange gazeux recyclé dans l'étape de séchage étant comprise entre 200 et 900°C.  The present invention relates to a process for roasting a carbonaceous feedstock comprising at least one step of drying said carbonaceous feedstock and a step of roasting said dried carbonaceous feedstock producing roasting gases and roasted biomass, wherein at least one a portion of the roasting gases from the roasting stage is sent to a combustion stage producing combustion gases at a temperature of at least 700 ° C., at least a portion of which is recycled, without an intermediate cooling stage, in the drying step, mixed with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step being between 200 and 900 ° C.
Un avantage de la présente invention est donc de fournir un procédé permettant de traiter, dans une installation donnée, un débit horaire de charge carbonée plus important dans la zone de séchage. Un autre avantage de la présente invention est de fournir un procédé permettant de traiter, dans une installation donnée, une charge présentant une teneur en humidité augmentée sans changer le débit horaire de ladite charge. Un autre avantage de la présente invention est de fournir un procédé ayant un débit de gaz de séchage minimisé sans changer la qualité ni le débit horaire de la charge traitée. La taille de la boucle de séchage peut ainsi être diminuée et donc être moins encombrante et moins coûteuse. An advantage of the present invention is therefore to provide a method for treating, in a given installation, a higher hourly rate of carbonaceous load in the drying zone. Another advantage of the present invention is to provide a method for treating, in a given installation, a load having an increased moisture content without changing the hourly flow rate of said load. Another advantage of the present invention is to provide a method having a minimized drying gas flow rate without changing the quality or hourly flow rate of the treated feedstock. The size of the drying loop can thus be reduced and thus be less bulky and less expensive.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La charge carbonée utilisée dans le procédé de torréfaction selon la présente invention est de préférence une charge biomasse.  The carbonaceous feed used in the roasting process according to the present invention is preferably a biomass feedstock.
La charge biomasse traitée dans le procédé de torréfaction selon l'invention peut avantageusement varier selon son origine. Elle peut être du bois ou des sous-produits du bois, tels que les déchets produits par l'exploitation forestière (rémanents forestiers), les scieries, les industries de transformation du bois. Elle peut aussi provenir des sous-produits de l'industrie tels que les boues ou les déchets agroalimentaires. La biomasse peut aussi être issue de l'agriculture traditionnelle et être constituée de résidus tels que la paille, des taillis, la bagasse, ainsi que des cultures dédiées à vocation énergétique (miscanthus, taillis à courte rotation...). Enfin, les déchets organiques, tels que les déchets urbains comprenant les boues d'épuration, les ordures ménagères peuvent également constituer la charge.  The biomass feedstock treated in the roasting process according to the invention may advantageously vary according to its origin. It can be wood or wood by-products, such as waste produced by logging (logging remnants), sawmills, wood-processing industries. It can also come from industry by-products such as sludge or agro-food waste. Biomass can also come from traditional agriculture and consist of residues such as straw, coppice, bagasse, as well as dedicated energy crops (miscanthus, short rotation coppice ...). Finally, organic waste, such as urban waste including sewage sludge, household waste can also be the burden.
De préférence, la charge biomasse utilisée dans la présente invention est la biomasse lignocellulosique ou la cellulose et de manière préférée la biomasse lignocellulosique.  Preferably, the biomass feedstock used in the present invention is lignocellulosic biomass or cellulose and preferably lignocellulosic biomass.
La biomasse lignocellulosique contient essentiellement trois constituants naturels présents en quantités variables selon son origine : la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. The lignocellulosic biomass essentially contains three natural constituents present in variable quantities according to its origin: cellulose, hemicellulose and lignin.
La charge biomasse lignocellulosique est de préférence utilisée sous sa forme brute, c'est-à-dire dans son intégralité de ces trois constituants cellulose, hémicellulose et lignine. The lignocellulosic biomass feedstock is preferably used in its raw form, that is to say in its entirety of these three constituents cellulose, hemicellulose and lignin.
De préférence, la charge biomasse lignocellulosique comprend une teneur en eau comprise entre 5 et 70% poids par rapport à la masse totale de la biomasse. Preferably, the lignocellulosic biomass feedstock comprises a water content of between 5 and 70% by weight relative to the total mass of the biomass.
Conformément à l'invention, ladite charge carbonée est envoyée dans un procédé de torréfaction comprenant au moins une étape de séchage au sens de l'invention de ladite charge et une étape de torréfaction de la charge carbonée séchée produisant des gaz de torréfaction et la charge carbonée torréfiée. Ladite étape de séchage au sens de l'invention et ladite étape de torréfaction comprennent respectivement au moins une zone de séchage et au moins une zone de torréfaction qui peuvent avantageusement être un four multi-étagé dans lequel la charge carbonée et de préférence la biomasse est introduite et s'écoule de manière gravitaire d'un plateau supérieur vers les plateaux inférieurs ou tout autre appareil permettant d'assurer un temps de séjour suffisant de la charge biomasse dans cette zone. According to the invention, said carbonaceous feed is sent in a roasting process comprising at least one drying step within the meaning of the invention of said feedstock and a step of roasting the dried carbonaceous feed producing roasting gases and the feedstock. roasted carbon. Said drying step in the sense of the invention and said roasting step comprise respectively at least one drying zone and at least one roasting zone which may advantageously be a multi-stage oven in which the carbonaceous feedstock and preferably the biomass is introduced and flows gravitationally from an upper tray to the lower trays or other apparatus to ensure a sufficient residence time of the biomass load in this area.
La charge biomasse comprenant une teneur en eau avantageusement comprise entre 5 et 70% poids est ainsi introduite dans ladite étape de séchage de manière à réduire sa teneur en eau jusqu'à des teneurs généralement inférieures à 10% poids et de préférence inférieures à 5% poids. Ladite charge est introduite dans l'étape de séchage à une température avantageusement comprise entre 10 et 30°C. The biomass feedstock comprising a water content advantageously between 5 and 70% by weight is thus introduced into said drying step so as to reduce its water content to contents generally less than 10% by weight and preferably less than 5%. weight. Said filler is introduced into the drying step at a temperature advantageously between 10 and 30 ° C.
Au cours de l'étape de séchage, des gaz appelés gaz de séchage sont générés. Les gaz de séchage contiennent principalement de la vapeur d'eau provenant de la vaporisation de l'eau contenue dans la biomasse. En particulier, lesdits gaz de séchage comprennent principalement de l'eau, de l'azote, et du C02 et contiennent également des composés minoritaires tels que l'oxygène, et des composés volatils. During the drying step, gases called drying gases are generated. The drying gases mainly contain water vapor from the vaporization of the water contained in the biomass. In particular, said drying gases mainly comprise water, nitrogen, and CO 2 and also contain minor compounds such as oxygen, and volatile compounds.
Conformément à l'invention, ladite étape de séchage au sens de l'invention est réalisée à l'aide d'un mélange gazeux entrant dans ladite étape de séchage à une température comprise entre 200 et 900°C, de préférence entre 300 et 900°C, de manière préférée entre 350°C et 900°C, de manière très préférée entre 370 et 900°C, de manière plus préférée entre 400 et 900°C et de manière encore plus préférée entre 450 et 900°C. According to the invention, said drying step in the sense of the invention is carried out using a gaseous mixture entering said drying step at a temperature of between 200 and 900 ° C., preferably between 300 and 900 ° C. ° C, preferably between 350 ° C and 900 ° C, very preferably between 370 and 900 ° C, more preferably between 400 and 900 ° C and even more preferably between 450 and 900 ° C.
De préférence, le temps de résidence de la charge carbonée et de préférence de la biomasse solide introduite dans ladite étape de séchage est compris entre 5 minutes et 3 heures, de préférence entre 5 minutes et 2 heures, de manière préférée entre 5 minutes et 1 heure et de manière très préférée entre 5 minutes et 30 minutes.  Preferably, the residence time of the carbonaceous feed and preferably of the solid biomass introduced into said drying step is between 5 minutes and 3 hours, preferably between 5 minutes and 2 hours, preferably between 5 minutes and 1 hour. hour and very preferably between 5 minutes and 30 minutes.
De préférence, ladite étape de séchage est réalisée à une pression absolue comprise entre 0,05 et 0,2 MPa et de préférence entre 0,08 et 0,15 MPa. La charge carbonée et de préférence la biomasse introduite dans l'étape de séchage à une température avantageusement comprise entre 10 et 30°C est donc mise en contact avec un mélange gazeux ayant une température comprise entre 200° et 900°C. Preferably, said drying step is carried out at an absolute pressure of between 0.05 and 0.2 MPa and preferably between 0.08 and 0.15 MPa. The carbonaceous feed and preferably the biomass introduced into the drying step at a temperature advantageously between 10 and 30 ° C. is therefore brought into contact with a gaseous mixture having a temperature of between 200 ° and 900 ° C.
L'injection du mélange gazeux à haute température au contact de la charge carbonée dont la température est proche de la température ambiante permet d'accroître le transfert thermique qui est proportionnel au gradient de température entre la phase gaz et la charge carbonée solide. Cet apport d'énergie augmente donc dans premier temps l'efficacité du chauffage de la charge carbonée solide jusqu'à ce qu'il atteigne sa température d'équilibre appelé température humide. Lorsque cet équilibre est atteint, l'eau contenue au sein du solide commence à s'évaporer et au cours de ce processus, la température du solide reste constante et égale à la température humide et l'énergie apportée par le mélange gazeux permet l'évaporation de l'eau libre. La vitesse de séchage est donc directement liée à l'apport de cette énergie provenant de la phase gaz qui est proportionnelle au gradient de température entre la phase gaz et la phase solide. L'injection dudit mélange de gaz entre 200°C et 900°C permet donc d'accroître d'autant plus l'efficacité de ce processus car la température du solide reste constante. A l'issue de ladite étape de séchage définie selon l'invention et au delà de cette teneur critique en eau, le processus de séchage ralentit car la diffusion de l'eau à travers le solide devient limitant, la température commence à augmenter et la vitesse de séchage ralentit au fur et à mesure que l'eau résiduelle est éliminée.  The injection of the gaseous mixture at high temperature into contact with the carbon charge whose temperature is close to ambient temperature makes it possible to increase the heat transfer which is proportional to the temperature gradient between the gas phase and the solid carbonaceous charge. This energy supply therefore increases in the first time the heating efficiency of the solid carbonaceous feedstock until it reaches its equilibrium temperature called the wet temperature. When this balance is reached, the water contained in the solid begins to evaporate and during this process, the solid temperature remains constant and equal to the wet temperature and the energy provided by the gas mixture allows evaporation of free water. The drying rate is therefore directly related to the contribution of this energy from the gas phase which is proportional to the temperature gradient between the gas phase and the solid phase. Injecting said gas mixture between 200 ° C. and 900 ° C. therefore makes it possible to increase the efficiency of this process all the more since the temperature of the solid remains constant. At the end of said drying step defined according to the invention and beyond this critical water content, the drying process slows down because the diffusion of water through the solid becomes limiting, the temperature begins to increase and the Drying speed slows down as residual water is removed.
Ainsi, l'énergie requise au niveau de ladite étape de séchage au sens de l'invention est apportée par l'injection d'un mélange gazeux très chaud, à une température comprise entre 200 et 900°C et constitué d'une partie des gaz de combustion ou fumées générées par la combustion d'une partie des gaz de torréfaction seuls ou en mélange avec d'autres combustibles et d'un effluent gazeux de préférence réchauffé par passage dans au moins un échangeur de chaleur. Thus, the energy required at said drying step in the sense of the invention is provided by injecting a very hot gaseous mixture at a temperature between 200 and 900 ° C and consisting of a part of combustion gases or fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases alone or in mixture with other fuels and a gaseous effluent preferably heated by passage through at least one heat exchanger.
La mise en contact des fumées n'ayant pas subi d'étape de refroidissement intermédiaire et donc à très haute température et en particulier d'au moins 700°C et d'au moins un autre effluent gazeux, le mélange ayant une température comprise entre 200 et 900°C, avec la charge carbonée permet d'accroître l'efficacité de la zone de séchage de manière très significative et en particulier d'intensifier le transfert thermique et d'augmenter la vitesse de séchage. L'augmentation de l'efficacité de ladite étape de séchage au sens de l'invention peut se décliner de différentes façons. Ainsi, par exemple toutes choses étant égales par ailleurs, l'introduction d'un mélange de gaz chauds dans la gamme de température revendiquée dans ladite étape de séchage permet par exemple de réduire le débits des gaz de séchages recyclés d'un facteur au moins égal à 1 ,1 , ce qui permet de réduire la taille des tuyauteries et étapes de compression liées à la mise en circulation des gaz de séchage. The contacting of the fumes that have not undergone an intermediate cooling step and therefore at a very high temperature and in particular at least 700 ° C and at least one other gaseous effluent, the mixture having a temperature between 200 and 900 ° C, with the carbonaceous charge makes it possible to increase the efficiency of the drying zone in a very significant manner and in particular to intensify the heat transfer and to increase the drying speed. The increase of the effectiveness of said drying step in the sense of the invention can be declined in different ways. Thus, for example all other things being equal, the introduction of a mixture of hot gases in the temperature range claimed in said drying step makes it possible, for example, to reduce the flow rates of the recycled dry gases by at least one factor. equal to 1, 1, which reduces the size of the pipes and compression steps related to the circulation of drying gas.
De même, toutes choses égales par ailleurs, l'introduction d'un mélange de gaz chauds dans la gamme de température revendiquée dans l'étape de séchage permet également d'augmenter la quantité de charge carbonée séchée par unité de temps d'un facteur au moins égal à 1 ,1 . Ainsi le procédé selon l'invention est capable de traiter un plus grand débit de charge. Likewise, other things being equal, the introduction of a mixture of hot gases in the temperature range claimed in the drying step also makes it possible to increase the amount of dried carbonaceous filler per unit of time by a factor. at least 1, 1. Thus the method according to the invention is capable of processing a larger charge rate.
Dans le cas où un appoint de gaz combustible est nécessaire à la chambre de combustion pour apporter l'énergie nécessaire aux étapes de torréfaction et de séchage, toutes choses égales par ailleurs, l'introduction d'un mélange de gaz chauds dans la gamme de température revendiquée dans l'étape de séchage au sens de l'invention permet également de réduire l'utilisation de l'appoint de gaz combustibles coûteux d'un facteur au moins égal à 1 ,1 en améliorant l'utilisation de l'énergie thermique issue de la combustion des gaz de torréfaction La charge carbonée séchée et de préférence la biomasse séchée est ensuite introduite dans une étape de torréfaction comprenant avantageusement au moins une zone de torréfaction et produisant des gaz de torréfaction et de la biomasse torréfiée. In the case where a supplement of combustible gas is necessary for the combustion chamber to provide the energy required for the roasting and drying stages, all other things being equal, the introduction of a mixture of hot gases in the range of The temperature claimed in the drying step within the meaning of the invention also makes it possible to reduce the use of the addition of expensive combustible gases by a factor of at least 1, 1 by improving the use of thermal energy. The dried carbonaceous feed and preferably the dried biomass is then introduced into a roasting step advantageously comprising at least one roasting zone and producing roasting gases and roasted biomass.
De préférence, ladite étape de torréfaction est réalisée à une température de la phase gaz entrante comprise entre 200 et 450°C, de préférence entre 250°C et 400°C et de manière préférée entre 270 et 350°C. Le temps de séjour de la biomasse séchée dans ladite étape de torréfaction est avantageusement compris entre 5 et 600 minutes et de préférence entre 10 et 180 min et de façon encore plus préférée entre 10 et 90 minutes.  Preferably, said roasting step is carried out at a temperature of the incoming gas phase of between 200 and 450 ° C, preferably between 250 ° C and 400 ° C and preferably between 270 and 350 ° C. The residence time of the dried biomass in said roasting step is advantageously between 5 and 600 minutes and preferably between 10 and 180 min and even more preferably between 10 and 90 minutes.
Au cours du processus de torréfaction, des gaz combustibles, appelés gaz de torréfaction, et un solide appelé biomasse torréfiée dans le cas où la charge carbonée est une charge biomasse sont générés. A l'issue de l'étape de torréfaction, la charge carbonée torréfiée et de préférence la charge biomasse torréfiée est avantageusement envoyée vers une étape de refroidissement avant stockage ou transport vers une autre opération. Les gaz de torréfaction sont riches en matière combustible et comprennent de préférence du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (C02), de l'acide acétique, du méthanol, du furfural, de l'azote, et également de l'oxygène. During the roasting process, combustible gases, called roasting gases, and a solid called roasted biomass in the case where the carbonaceous feedstock is a biomass feedstock are generated. At the end of the roasting step, the roasted carbonaceous feedstock and preferably the roasted biomass feedstock is advantageously sent to a cooling step before storage or transport to another operation. The roasting gases are rich in combustible material and preferably comprise carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), acetic acid, methanol, furfural, nitrogen, and also oxygen.
Conformément à l'invention, au moins une partie desdits gaz de torréfaction combustibles sont valorisés et envoyés dans une étape de combustion produisant des gaz de combustion ou fumées, présentant une température au moins supérieure à 700°C, de préférence supérieure à 750°C, de manière préférée supérieure à 800°C, de manière très préférée supérieure à 850°C et de manière plus préférée supérieure à 900°C. De préférence, lesdits gaz de torréfaction sont envoyés dans une étape de combustion, seuls ou en mélange avec au moins un autre combustible. According to the invention, at least a part of said combustible roasting gases are recovered and sent to a combustion stage producing flue gases or fumes, having a temperature of at least 700 ° C., preferably greater than 750 ° C. preferably above 800 ° C, very preferably above 850 ° C and more preferably above 900 ° C. Preferably, said roasting gases are sent to a combustion step, alone or in admixture with at least one other fuel.
Ainsi, selon la quantité desdits gaz de torréfaction générés lors de l'opération de torréfaction et selon leur pouvoir calorifique, donc suivant la sévérité de l'opération de torréfaction, un appoint en combustible est introduit dans ladite étape de combustion afin de couvrir l'ensemble des besoins énergétiques du système et en particulier d'apporter l'énergie requise pour la zone de séchage et la zone de torréfaction.  Thus, according to the amount of said roasting gas generated during the roasting operation and according to their heating value, and therefore according to the severity of the roasting operation, a fuel booster is introduced into said combustion step in order to cover the roasting operation. energy needs of the system and in particular to provide the required energy for the drying zone and the roasting zone.
De préférence, le combustible est du gaz naturel. Preferably, the fuel is natural gas.
Conformément à l'invention, au moins une partie desdits gaz de combustion ou fumées est recyclée, sans étape intermédiaire de refroidissement, dans l'étape de séchage, en mélange avec au moins un effluent gazeux, la température du mélange gazeux recyclé dans l'étape de séchage étant comprise entre 200 et 900°C, de préférence entre 300 et 900°C, de manière préférée entre 350°C et 900°C, de manière très préférée entre 370 et 900°C, de manière plus préférée entre 400 et 900°C et de manière encore plus préférée entre 450 et 900°C. According to the invention, at least a portion of said combustion gases or fumes is recycled, without an intermediate cooling step, in the drying step, mixed with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step being between 200 and 900 ° C, preferably between 300 and 900 ° C, preferably between 350 ° C and 900 ° C, very preferably between 370 and 900 ° C, more preferably between 400 and 900 ° C and 900 ° C and even more preferably between 450 and 900 ° C.
De préférence, la partie des gaz de combustion ou fumées recyclée dans l'étape de séchage est envoyée dans ladite étape de séchage sans passage préalable dans un échangeur de chaleur. De même, le mélange gazeux envoyé dans ladite étape de séchage comprenant au moins une partie desdits gaz de combustion ou fumées et au moins un effluent gazeux ne subit aucune étape de refroidissement, de préférence par passage dans un échangeur de chaleur avant son recyclage dans ladite étape de séchage. Preferably, the part of the combustion gases or fumes recycled in the drying step is sent in said drying step without prior passage in a heat exchanger. Similarly, the gaseous mixture sent in said drying step comprising at least a portion of said combustion gases or fumes and at least one gaseous effluent does not undergo any cooling step, preferably by passing through a heat exchanger before recycling in said drying step.
L'effluent gazeux injecté en mélange avec au moins une partie desdits gaz de combustion ou fumées dans l'étape de séchage présente avantageusement une température comprise entre 120 et 550°C et de préférence entre 120 et 400°C de manière à ce que le mélange injecté dans l'étape de séchage ait une température comprise entre 200 et 900°C. The gaseous effluent injected mixed with at least a part of said combustion gases or fumes in the drying step advantageously has a temperature between 120 and 550 ° C and preferably between 120 and 400 ° C so that the injected mixture in the drying step has a temperature between 200 and 900 ° C.
L'effluent gazeux injecté en mélange avec au moins une partie desdits gaz de combustion ou fumées dans l'étape de séchage est avantageusement constitué : The gaseous effluent injected mixed with at least a part of said combustion gases or fumes in the drying step advantageously consists of:
- soit d'au moins une partie des gaz de séchage issus de l'étape de séchage, lesdits gaz ayant préalablement été réchauffés de préférence par passage dans un échangeur de chaleur,  or at least a portion of the drying gases from the drying step, said gases having previously been heated preferably by passing through a heat exchanger,
- soit de la partie des gaz de torréfaction non envoyée dans une étape de combustion, lesdits gaz ayant préalablement été réchauffés de préférence par passage dans un échangeur de chaleur. Dans les deux cas, ledit effluent gazeux est préalablement réchauffé dans un échangeur de préférence par échange de chaleur avec, au moins une partie des gaz de combustion ou fumées non recyclée dans ladite étape de séchage.  - Or part of the roasting gas not sent in a combustion step, said gas having previously been heated preferably by passing through a heat exchanger. In both cases, said gaseous effluent is preheated in a heat exchanger preferably by heat exchange with at least a portion of the combustion gases or fumes not recycled in said drying step.
Ladite étape de séchage et ladite étape de torréfaction peuvent avantageusement être mises en œuvre dans une même enceinte ou dans deux enceintes différentes. Said drying step and said roasting step can advantageously be implemented in the same enclosure or in two different enclosures.
Dans le cas où ladite étape de séchage et ladite étape de torréfaction sont mises en œuvre dans une même enceinte, lesdites étapes de séchage et de torréfaction et de préférence lesdites zones de séchage et de torréfaction peuvent éventuellement être indépendantes l'une de l'autre ou pas.  In the case where said drying step and said roasting step are carried out in the same chamber, said drying and roasting steps and preferably said drying and roasting zones may optionally be independent of one another or not.
Dans un premier mode de réalisation, lesdites étapes de séchage et de torréfaction et de préférence lesdites zones de séchage et de torréfaction sont indépendantes. Ainsi, des conditions opératoires spécifiques à chaque étape peuvent être appliquées de manière indépendante. In a first embodiment, said drying and roasting steps and preferably said drying and roasting zones are independent. Thus, operating conditions specific to each step can be applied independently.
Dans ce cas, un moyen de transfert de la charge biomasse tel que par exemple une vanne rotative est avantageusement mis en œuvre entre lesdites étapes de séchage et de torréfaction et de préférence entre lesdites zones de séchage et de torréfaction.  In this case, a means for transferring the biomass feed such as for example a rotary valve is advantageously implemented between said drying and roasting steps and preferably between said drying and roasting zones.
Selon ce premier mode de réalisation, lesdites étapes de séchage et de torréfaction comportent deux boucles de circulation de gaz séparées. According to this first embodiment, said drying and roasting steps comprise two separate gas circulation loops.
Les gaz de séchage contenant principalement de la vapeur d'eau sont avantageusement extraits de l'étape de séchage et circulent dans une boucle de circulation de gaz appelée boucle gaz de séchage.  Drying gases containing mainly water vapor are advantageously extracted from the drying step and circulate in a gas circulation loop called drying gas loop.
Les gaz de séchage sont envoyés dans un échangeur de chaleur dans lesquels ils sont réchauffés par échange de chaleur avec au moins une partie des gaz de combustion générés par la combustion d'au moins une partie et éventuellement la totalité des gaz de torréfaction extraits de l'étape de torréfaction.  The drying gases are sent to a heat exchanger in which they are heated by heat exchange with at least a portion of the combustion gases generated by the combustion of at least a part and possibly all of the roasting gases extracted from the roasting step.
Les gaz de torréfaction sont avantageusement extraits de l'étape de torréfaction et circulent dans une boucle de circulation de gaz appelée boucle gaz de torréfaction.  The roasting gases are advantageously extracted from the roasting step and circulate in a gas circulation loop called roasting gas loop.
Au moins une partie et éventuellement la totalité des gaz de torréfaction est envoyée dans une chambre de combustion avec éventuellement un appoint de combustible et les gaz de combustion ou fumées chaudes générés sont en partie envoyés dans un échangeur de chaleur pour être refroidis avant leur recyclage dans l'étape de torréfaction et l'autre partie est envoyée directement sans étape préalable de refroidissement par passage dans un échangeur de chaleur dans l'étape de séchage, en mélange avec les gaz de séchage réchauffés circulant dans la boucle de séchage. At least a portion and possibly all of the roasting gases are sent to a combustion chamber with possibly a supplement of fuel and the combustion gases or hot fumes generated are partly sent into a heat exchanger to be cooled before their recycling in the roasting step and the other part is sent directly without a previous cooling step by passing through a heat exchanger in the drying step, mixed with the heated drying gases circulating in the drying loop.
Dans le premier mode de réalisation, l'effluent gazeux injecté en mélange avec au moins une partie desdits gaz de combustion ou fumées dans l'étape de séchage est constitué d'au moins une partie des gaz de séchage, lesdits gaz ayant préalablement été réchauffés de préférence par passage dans un échangeur de chaleur. Afin de maintenir une pression constante au sein de cette boucle gaz de séchage, une partie des gaz est avantageusement envoyée vers un exutoire. In the first embodiment, the gaseous effluent injected mixed with at least a portion of said combustion gases or fumes in the drying step consists of at least a portion of the drying gases, said gases having previously been heated. preferably by passing through a heat exchanger. In order to maintain a constant pressure within this drying gas loop, a part of the gases is advantageously sent to an outlet.
De même, afin de maintenir une pression constante au sein de cette boucle gaz de torréfaction, une partie des gaz peut éventuellement être envoyée vers un exutoire. Ainsi, dans ce cas, l'énergie requise au niveau de l'étape de torréfaction est apportée par le recyclage d'une partie des gaz de combustion ou fumées générés par la combustion d'une partie des gaz de torréfaction après leur refroidissement par échange de chaleur avec les gaz de séchage dans un échangeur de chaleur. Afin de maintenir une pression constante au sein de cette boucle gaz de torréfaction, une partie des fumées générées est avantageusement envoyée vers un exutoire. Likewise, in order to maintain a constant pressure within this roasting gas loop, part of the gases may possibly be sent to an outlet. Thus, in this case, the energy required at the roasting step is provided by the recycling of a part of the combustion gases or fumes generated by the combustion of a portion of the roasting gases after their cooling by exchange. of heat with the drying gases in a heat exchanger. In order to maintain a constant pressure within this roasting gas loop, part of the fumes generated is advantageously sent to an outlet.
Dans un deuxième mode de réalisation, lesdites étapes de séchage et de torréfaction et de préférence lesdites zones de séchage et de torréfaction ne sont pas indépendantes. Dans ce cas, la charge biomasse est introduite dans un dispositif et de préférence un four multi-étagé, comprenant un ou plusieurs plateaux au travers desquels la charge s'écoule d'un plateau supérieur vers les plateaux inférieurs par gravité. L'étape de séchage de la charge biomasse a lieu de préférence dans la partie haute du dispositif et l'étape de torréfaction a lieu dans la partie basse. In a second embodiment, said drying and roasting steps and preferably said drying and roasting zones are not independent. In this case, the biomass charge is introduced into a device and preferably a multistage furnace, comprising one or more trays through which the charge flows from an upper tray to the lower trays by gravity. The step of drying the biomass feed preferably takes place in the upper part of the device and the roasting step takes place in the lower part.
Dans ce cas, les zones de séchage et de torréfaction sont différenciées par la température de la biomasse. Dans la zone de séchage, il y a encore de l'eau à évaporer, la chaleur apportée par les gaz chaud sert à vaporiser cette eau et la température des particules de biomasse solide reste à la température humide. Dans la zone de torréfaction la chaleur apportée par les gaz chaud permet d'augmenter la température de la biomasse à des niveaux permettant les réactions de déstructuration propres à la torréfaction et de maintenir cette température pendant le temps nécessaire.  In this case, the drying and roasting zones are differentiated by the temperature of the biomass. In the drying zone, there is still water to evaporate, the heat supplied by the hot gases is used to vaporize this water and the temperature of the solid biomass particles remains at the wet temperature. In the roasting zone, the heat provided by the hot gases makes it possible to increase the temperature of the biomass to levels allowing the destructuring reactions that are suitable for roasting and to maintain this temperature for the necessary time.
Selon ce deuxième mode de réalisation, lesdites étapes de séchage et de torréfaction comportent une seule boucle de circulation des gaz appelée boucle gaz de torréfaction. Les gaz de séchage comprenant majoritairement de la vapeur et les gaz de torréfaction générés sont avantageusement collectés et extraits simultanément en tête du dispositif. According to this second embodiment, said drying and roasting steps comprise a single gas circulation loop called a roasting gas loop. The drying gases mainly comprising steam and the roasting gases generated are advantageously collected and extracted simultaneously at the top of the device.
Dans ce cas, on appelle également gaz de torréfaction ce mélange de gaz extrait à l'issue des étapes de séchage et de torréfaction opérant au sein du même dispositif. Ils présentent cependant une composition différente des gaz de torréfaction extraits de l'étape de torréfaction du premier mode de réalisation selon l'invention car ils sont constitués à la fois des gaz générés lors des réactions de torréfaction et des gaz de séchage comprenant majoritairement de la vapeur d'eau. In this case, the roasting gas is also called this mixture of gas extracted at the end of the drying and roasting steps operating within the same device. However, they have a different composition of the roasting gases extracted from the roasting step of the first embodiment according to the invention because they consist both of the gases generated. during roasting reactions and drying gases mainly comprising water vapor.
Au moins une partie desdits gaz de torréfaction peut éventuellement être envoyée dans un condenseur permettant d'extraire au moins une partie et de préférence la totalité de la vapeur d'eau sous forme d'eau liquide des gaz de torréfaction. Afin de maintenir une pression constante au sein de la boucle des gaz de torréfaction, une partie des gaz de torréfaction éventuellement débarrassés d'au moins une partie et de préférence la totalité de la vapeur d'eau est ensuite avantageusement envoyée dans une étape de combustion pour générer des gaz de combustion ou fumées ayant une température d'au moins 700°C, dont au moins une partie est recyclée dans l'étape de séchage, sans étape de refroidissement préalable par passage dans un échangeur, de préférence vers les plateaux supérieurs du dispositif mettant en œuvre le procédé selon l'invention. L'autre partie des gaz de torréfaction non envoyée dans l'étape de combustion est avantageusement réchauffée par échange de chaleur avec l'autre partie des fumées non recyclées dans l'étape de séchage, de préférence par passage dans un échangeur de chaleur, puis recyclée à la fois dans l'étape de séchage en mélange avec au moins une partie des fumées et dans l'étape de torréfaction. At least a part of said roasting gas may optionally be sent to a condenser making it possible to extract at least a portion and preferably all of the water vapor in the form of liquid water from the roasting gases. In order to maintain a constant pressure within the roasting gas loop, a part of the roasting gas optionally freed of at least a portion and preferably all of the water vapor is then advantageously sent to a combustion stage. for generating combustion gases or fumes having a temperature of at least 700 ° C, at least a portion of which is recycled in the drying step, without prior cooling step by passage through an exchanger, preferably to the upper trays of the device implementing the method according to the invention. The other part of the roasting gas that is not sent into the combustion stage is advantageously heated by heat exchange with the other part of the non-recycled fumes in the drying step, preferably by passing through a heat exchanger, and then recycled both in the drying step mixed with at least a portion of the fumes and in the roasting step.
Dans le deuxième mode de réalisation, l'effluent gazeux injecté en mélange avec au moins une partie desdits gaz de combustion ou fumées dans l'étape de séchage est constitué de la partie des gaz de torréfaction non envoyée dans une étape de combustion, lesdits gaz ayant préalablement été réchauffés de préférence par passage dans un échangeur de chaleur. In the second embodiment, the gaseous effluent injected mixed with at least a part of said combustion gases or fumes in the drying step consists of the part of the roasting gases not sent in a combustion step, said gases having previously been heated preferably by passing through a heat exchanger.
Afin de maintenir une pression constante dans la zone de séchage, une partie des gaz de séchage générés comprenant l'eau de séchage et des gaz chauds provenant de la boucle des gaz de torréfaction constituant le mélange recyclé est de préférence envoyée vers un exutoire. DESCRIPTION DES FIGURES In order to maintain a constant pressure in the drying zone, a portion of the generated drying gases comprising the drying water and hot gases from the roasting gas loop constituting the recycled mixture is preferably sent to an outlet. DESCRIPTION OF THE FIGURES
La figure 1 représente le premier mode de réalisation selon l'invention dans lequel lesdites étapes de séchage au sens de l'invention et de torréfaction sont indépendantes et dont la séparation est représentée sur la figure par la ligne 20.  FIG. 1 represents the first embodiment according to the invention in which the said drying steps within the meaning of the invention and of roasting are independent and whose separation is represented in the figure by line 20.
Selon ce premier mode de réalisation, lesdites étapes de séchage et de torréfaction comportent deux boucles de circulation de gaz séparées. La boucle gaz de séchage est représentée par les flux (4), (5) et (7) et la boucle gaz de torréfaction est représentée par les flux (8), (10), (1 1 ),(12) et (13). According to this first embodiment, said drying and roasting steps comprise two separate gas circulation loops. The drying gas loop is represented by the flows (4), (5) and (7) and the roasting gas loop is represented by the streams (8), (10), (1 1), (12) and ( 13).
La charge biomasse brute (1 ) contenant une humidité généralement comprise entre 5 et 70% poids entre au sein d'une zone de séchage (A) afin de réduire sa teneur eau jusqu'à des teneurs généralement inférieur à 10% poids et de préférence inférieure à 5 % poids. La biomasse séchée (2) est envoyée vers une zone de torréfaction (B) indépendante de la zone de séchage. The raw biomass load (1) containing a moisture generally of between 5 and 70% by weight enters a drying zone (A) in order to reduce its water content to levels generally less than 10% by weight and preferably less than 5% weight. The dried biomass (2) is sent to a roasting zone (B) independent of the drying zone.
Les gaz de séchage générés et représentés par le flux (5) dans la zone de séchage (A) sont extraits et envoyés dans un échangeur de chaleur (C) pour être réchauffés par échange de chaleur et sont extraits de l'échangeur et représentés par le flux (7). Les gaz réchauffés sont ensuite mélangés avec une partie des fumées de combustion (13) puis recyclés dans la zone de séchage (A). Le mélange est représenté par le flux (4). The drying gases generated and represented by the flow (5) in the drying zone (A) are extracted and sent into a heat exchanger (C) to be heated by heat exchange and are extracted from the exchanger and represented by the flow (7). The heated gases are then mixed with a portion of the combustion fumes (13) and recycled to the drying zone (A). The mixture is represented by the flow (4).
Les gaz de torréfaction extraits de la zone (B) de torréfaction et représenté par le flux (8) sont envoyés dans une chambre de combustion (D) avec un appoint de combustible (9) pour générer des gaz de combustion ou fumées (10) ayant une température supérieure à 700°C. Au moins une partie des gaz de combustion représenté par le flux (13) est recyclée sans étape de refroidissement préalable dans la zone de séchage (A) en mélange avec les gaz de séchages réchauffés (7). Le mélange de gaz recyclé dans la zone de séchage est représenté par le flux (4). Ainsi, la température de la zone de séchage est contrôlée par l'injection directe des gaz de combustion ou fumées (13) provenant de la chambre de combustion en mélange avec les gaz de séchage réchauffés (7). Afin de maintenir une pression constante dans la zone de séchage, une partie des gaz de séchage générés pendant le processus de séchage et une partie des gaz de combustion ou fumées (13) provenant de la boucle gaz de torréfaction peuvent être envoyés vers un exutoire (6). La charge biomasse torréfiée (3) est évacuée de l'étape de torréfaction (B). La figure 2 représente le deuxième mode de réalisation selon l'invention dans lequel lesdites étapes de séchage et de torréfaction ne sont pas indépendantes. Lesdites étapes de séchage et de torréfaction comportent une seule boucle de circulation des gaz appelée boucle gaz de torréfaction. The roasting gases extracted from the roasting zone (B) and represented by the flow (8) are sent to a combustion chamber (D) with a fuel booster (9) to generate combustion gases or fumes (10). having a temperature above 700 ° C. At least a portion of the combustion gases represented by the stream (13) is recycled without a pre-cooling step in the drying zone (A) mixed with the heated drying gases (7). The recycled gas mixture in the drying zone is represented by the flow (4). Thus, the temperature of the drying zone is controlled by the direct injection of the combustion gases or fumes (13) from the combustion chamber mixed with the heated drying gases (7). In order to maintain a constant pressure in the drying zone, part of the drying gases generated during the drying process and part of the combustion gases or fumes (13) from the roasting gas loop can be sent to an outlet ( 6). The roasted biomass feedstock (3) is removed from the roasting step (B). FIG. 2 represents the second embodiment according to the invention in which the said drying and roasting steps are not independent. Said drying and roasting steps comprise a single gas circulation loop called a roasting gas loop.
La biomasse brute (1 ) entre dans un dispositif dans lequel elle va être séchée (zone (A)) et torréfiée (zone (B)). Au cours du processus de séchage et de torréfaction, des gaz de séchage contenant principalement de la vapeur d'eau et des gaz de torréfaction sont générés et collectés simultanément. Ils sont représentés par le flux (4). Au moins une partie de ces gaz (5) est envoyée dans un condenseur (E) de manière à éliminer principalement l'eau représenté par le flux (7). Afin de maintenir une pression constante au sein de la boucle des gaz de torréfaction, une partie des gaz de torréfaction (8) issu du condenseur est ensuite envoyée dans une chambre de combustion (F) avec un combustible d'appoint (9) pour générer des gaz de combustion ou fumées (10) ayant une température d'au moins 700°C. Au moins une partie des gaz de combustion ou fumées représenté par le flux (12) est mélangée, sans étape de refroidissement préalable par passage dans un échangeur, avec une partie des gaz de torréfaction réchauffée (1 1 ) par passage dans l'échange (D) vers la zone (A) correspondant à la zone de séchage, en tête du dispositif mettant en œuvre le procédé selon l'invention. The raw biomass (1) enters a device in which it will be dried (zone (A)) and roasted (zone (B)). During the drying and roasting process, drying gases containing mainly water vapor and roasting gases are generated and collected simultaneously. They are represented by the flow (4). At least a part of these gases (5) is sent into a condenser (E) so as mainly to eliminate the water represented by the flow (7). In order to maintain a constant pressure within the roasting gas loop, part of the roasting gas (8) from the condenser is then sent to a combustion chamber (F) with a booster fuel (9) to generate combustion gases or fumes (10) having a temperature of at least 700 ° C. At least a portion of the flue gases or fumes represented by the flow (12) is mixed, without prior cooling step by passage in an exchanger, with a portion of the heated roasting gas (1 1) by passage through the exchange ( D) to the zone (A) corresponding to the drying zone, at the head of the device implementing the method according to the invention.
L'autre partie des gaz de torréfaction (6) non envoyée dans l'étape de combustion est réchauffée par échange de chaleur avec l'autre partie des fumées non recyclées (14) dans l'étape de séchage, par passage dans un échangeur de chaleur (D), puis recyclée (1 1 ) à la fois dans la zone (A) (13) de séchage en mélange avec au moins une partie des fumées non refroidies (12) et dans la zone de torréfaction (B). The other part of the roasting gas (6) not sent into the combustion stage is heated by heat exchange with the other part of the non-recycled fumes (14) in the drying step, by passing through a heat exchanger. heat (D), then recycled (1 1) both in the drying zone (A) (13) mixed with at least a portion of the uncooled fumes (12) and in the roasting zone (B).
Les fumées refroidies dans l'échangeur de chaleur (D) sont extraites de l'échangeur est représentées par le flux (15).  The fumes cooled in the heat exchanger (D) are extracted from the exchanger is represented by the flow (15).
Les exemples illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLES The examples illustrate the invention without limiting its scope. EXAMPLES
Exemple 1 : comparatif  Example 1: comparative
Un exemple non-conforme à l'invention et en particulier selon le procédé décrit dans le brevet US 2012/0137538 est présenté ci-après : l'exemple est non-conforme à l'invention en ce que les gaz de combustion ou fumées générés par la combustion des gaz de torréfaction sont refroidis par passage dans un échangeur avant d'être recyclés en mélange avec les gaz de séchage chauffés dans la zone de séchage.  An example not in accordance with the invention and in particular according to the method described in US patent 2012/0137538 is presented below: the example is not in accordance with the invention in that the combustion gases or fumes generated by burning the roasting gases are cooled by passing through an exchanger before being recycled in admixture with the drying gases heated in the drying zone.
Un débit de plaquette de bois comprenant 30% d'humidité est envoyé vers une étape de séchage puis vers une étape de torréfaction. Lesdites étapes comportant deux boucles de circulation de gaz séparées. La biomasse humide est envoyée dans une étape de séchage afin d'éliminer la quasi-totalité de l'eau qu'elle contient, la biomasse séchée est ensuite envoyée dans la zone de torréfaction de laquelle sont extraits des gaz appelés gaz de torréfaction et la biomasse torréfiée. A wood wafer flow rate comprising 30% moisture is sent to a drying step and then to a roasting step. Said steps comprising two separate gas circulation loops. The wet biomass is sent to a drying stage in order to eliminate almost all the water it contains, the dried biomass is then sent to the roasting zone from which gases called roasting gas are extracted and the roasted biomass.
Le tableau 1 suivant donne un exemple de débit et de teneur en eau de la biomasse à travers les différentes étapes de séchage et de torréfaction. Table 1 below gives an example of the flow rate and moisture content of the biomass through the different stages of drying and roasting.
Tableau 1  Table 1
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Les gaz soutirés de l'étape de séchage et contenant principalement de la vapeur d'eau, circulent dans une boucle de circulation indépendante et sont envoyés vers un échangeur de chaleur dans lequel ils sont réchauffés puis mélangés à un débit de fumées refroidies. Le mélange est ensuite recyclé dans ladite étape de séchage pour apporter l'énergie thermique nécessaire à cette opération. Afin de maintenir une pression constante dans la boucle gaz de séchage une portion des gaz en sortie de l'étape de séchage est envoyée vers un exutoire. The gases withdrawn from the drying stage and containing mainly water vapor, circulate in an independent circulation loop and are sent to a heat exchanger in which they are heated and then mixed with a cooled flue gas flow rate. The mixture is then recycled in said drying step to provide the thermal energy necessary for this operation. In order to maintain a constant pressure in the drying gas loop, a portion of the gases leaving the drying step is sent to an outlet.
Les gaz soutirés de la zone de torréfaction sont valorisés dans une chambre de combustion de manière à générer des gaz de combustion ou fumées chaudes. Les fumées sont refroidies par passage dans un échangeur de chaleur par échange de chaleur avec les gaz de séchage circulant dans la boucle de séchage, avant d'être en partie recyclées dans la zone de torréfaction de manière à y apporter l'énergie requise.  The gases withdrawn from the roasting zone are recovered in a combustion chamber so as to generate combustion gases or hot fumes. The fumes are cooled by passing through a heat exchanger by heat exchange with the drying gases circulating in the drying loop, before being partly recycled in the roasting zone so as to provide the energy required.
Le tableau 2 suivant présente les propriétés des gaz de la boucle de séchage :  The following table 2 presents the properties of the gases of the drying loop:
Tableau 2  Table 2
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L'énergie requise au sein de la zone de séchage est donc apportée d'une part par le recyclage des gaz de séchage contenant principalement de la vapeur d'eau après réchauffage par passage dans un échangeur de chaleur, et d'autre part par une partie des gaz de combustion refroidis après passage dans ledit échangeur, provenant de la boucle de circulation des gaz de torréfaction. The energy required within the drying zone is therefore provided on the one hand by the recycling of drying gases containing mainly water vapor after reheating by passage through a heat exchanger, and on the other hand by a part of the combustion gases cooled after passage through said exchanger, originating from the circulation loop of the roasting gases.
Les gaz de combustion ou fumées générés par la combustion des gaz de torréfaction sont donc refroidis par passage dans un échangeur avant d'être recyclés en mélange avec les gaz de séchage chauffés dans la zone de séchage. Le mélange du flux d'une partie des fumées refroidies et du recyclage des gaz de séchage permet d'atteindre la température de 250°C en entrée de l'étape de séchage. The combustion gases or fumes generated by the combustion of the roasting gases are thus cooled by passing through an exchanger before being recycled as a mixture with the drying gases heated in the drying zone. The mixture of the flow of part of the cooled fumes and the recycling of the drying gases makes it possible to reach the temperature of 250 ° C. at the inlet of the drying step.
L'énergie requise pour l'opération de séchage est d'environ 2150 kW et est apportée par la boucle de séchage dont la température passe de 250°C à 1 10°C. The energy required for the drying operation is about 2150 kW and is provided by the drying loop whose temperature goes from 250 ° C to 1 10 ° C.
Dans cet exemple, le temps de séjour requis pour cette étape de séchage est de 30 min. Le débit de gaz de séchage nécessaire est de 43 000 Nm3/h. In this example, the residence time required for this drying step is 30 minutes. The required drying gas flow rate is 43,000 Nm 3 / h.
Exemple 2 selon l'invention Example 2 according to the invention
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre en se référant à la figure n°3. Le même débit de plaquette de bois (1 ) est envoyé dans une étape de séchage (A) afin d'éliminer la quasi-totalité de l'eau qu'elle contient, la biomasse séchée (2) est ensuite envoyée dans la zone de torréfaction non représentée sur la figure 3. The method according to the invention is implemented with reference to FIG. The same flow rate of wood chips (1) is sent in a drying step (A) in order to eliminate almost all the water it contains, the dried biomass (2) is then sent to the zone of roasting not shown in Figure 3.
Le tableau 3 suivant donne les propriétés de la biomasse à travers les différentes étapes de séchage et de torréfaction.  Table 3 below gives the properties of the biomass through the different stages of drying and roasting.
Tableau 3  Table 3
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Les gaz de séchage (5) contenant principalement de la vapeur d'eau, soutirés de la zone de séchage (A) circulent dans une boucle de circulation indépendante et sont envoyés dans un échangeur de chaleur (C). Ces gaz sont alors chauffés par le refroidissement d'un flux gazeux (1 1 ) et (12) avant d'être recyclés (7) dans ladite étape de séchage (A) pour apporter l'énergie thermique nécessaire à cette opération. Des fumées (13) à haute température provenant de la combustion des gaz de torréfaction issus de la zone de torréfaction non représentée sur la figure 3 et d'un appoint de gaz naturel sont mélangées au gaz de recycle (7) sortant de l'échangeur de chaleur (C) produisant le mélange gazeux (4) qui est recyclé à haute température vers la zone de séchage (A). Afin de maintenir une pression constante dans la boucle gaz de séchage, une portion des gaz en sortie de l'étape de séchage est envoyée vers un exutoire (6). The drying gases (5) containing mainly water vapor, withdrawn from the drying zone (A) circulate in an independent circulation loop and are sent into a heat exchanger (C). These gases are then heated by cooling a gas stream (1 1) and (12) before being recycled (7) in said drying step (A) to provide the thermal energy required for this operation. Fumes (13) at high temperature from the combustion of roasting gases from the roasting zone not shown in Figure 3 and a makeup of natural gas are mixed with the recycle gas (7) exiting the exchanger heat source (C) producing the gas mixture (4) which is recycled at high temperature to the drying zone (A). In order to maintain a constant pressure in the drying gas loop, a portion of the gases leaving the drying step is sent to an outlet (6).
Le tableau 4 récapitule les caractéristiques des différents flux. Table 4 summarizes the characteristics of the different flows.
Tableau 4  Table 4
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Le mélange du flux des fumées chaudes à une température de 900°C (13) et des gaz de séchage réchauffés (7) permet d'atteindre la température de 600°C en entrée de la zone de séchage (4). L'énergie requise pour l'opération de séchage est d'environ 2150 kW et est apportée par la boucle de séchage dont la température passe de 600°C à 1 10°C. The mixture of hot flue gas at a temperature of 900 ° C. (13) and heated drying gases (7) makes it possible to reach the temperature of 600 ° C. at the inlet of the drying zone (4). The energy required for the drying operation is about 2150 kW and is provided by the drying loop whose temperature goes from 600 ° C to 1 10 ° C.
Dans cet exemple le temps de séjour requis pour cet étape de séchage est de 15 min d'où une diminution d'un facteur 2 sur le temps de séjour par rapport à l'exemple précédent. Le débit de gaz de séchage nécessaire est de 13 000 Nm3/h d'où une diminution d'un facteur d'environ égale à 3. In this example, the residence time required for this drying step is 15 min, hence a decrease of a factor 2 on the residence time compared to the previous example. The required drying gas flow rate is 13,000 Nm 3 / h resulting in a decrease of about 3 by factor.
L'invention permet ainsi de réduire le temps de séjour requis au sein de l'étape de séchage au sens de l'invention permettant une réduction de l'investissement sur l'équipement de séchage ainsi que sur l'ensemble des conduites de gaz et équipement de la boucle de séchage du fait de la réduction du débit nécessaire à l'opération. The invention thus makes it possible to reduce the residence time required within the drying step within the meaning of the invention, allowing a reduction in the investment on the drying equipment as well as on all the gas lines and drying loop equipment due to the reduced flow required for the operation.
L'invention permet de réduire également d'un facteur 3 les consommations électriques des équipements permettant d'assurer la circulation des gaz dans la boucle de séchage.  The invention also reduces by a factor 3 the electrical consumption of equipment for ensuring the flow of gas in the drying loop.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de torréfaction d'une charge carbonée comprenant au moins une étape de séchage de la biomasse et une étape de torréfaction de la charge carbonée séchée produisant des gaz de torréfaction et une charge carbonée torréfiée, dans lequel, au moins une partie des gaz de torréfaction issus de l'étape de torréfaction est envoyée dans une étape de combustion produisant des gaz de combustion à une température au moins supérieure à 700°C dont au moins une partie est recyclée sans étape intermédiaire de refroidissement, dans l'étape de séchage, en mélange avec au moins un effluent gazeux, la température du mélange gazeux recyclé dans l'étape de séchage étant comprise entre 200 et 900°C. 1. Process for roasting a carbonaceous feedstock comprising at least one step of drying the biomass and a step of roasting the dried carbonaceous feedstock producing roasting gases and a roasted carbonaceous feedstock, wherein at least a portion of the roasting gases from the roasting step is sent to a combustion step producing combustion gases at a temperature of at least 700 ° C, at least a portion of which is recycled without intermediate cooling step, in the drying step, mixing with at least one gaseous effluent, the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step being between 200 and 900 ° C.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la charge carbonée est la biomasse lignocellulosique ou la cellulose. 2. Process according to claim 1, in which the carbonaceous feedstock is lignocellulosic biomass or cellulose.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel la température du mélange gazeux recyclé dans l'étape de séchage est comprise entre 370 et 900°C. 3. Method according to one of claims 1 or 2 wherein the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step is between 370 and 900 ° C.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel la température du mélange gazeux recyclé dans l'étape de séchage est comprise entre 400 et 900°C. 4. The method of claim 3 wherein the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step is between 400 and 900 ° C.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la température du mélange gazeux recyclé dans l'étape de séchage est comprise entre 450 et 900°C. 5. Method according to one of claims 1 to 4 wherein the temperature of the gaseous mixture recycled in the drying step is between 450 and 900 ° C.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le temps de résidence de la charge carbonée introduite dans ladite étape de séchage est compris entre 5 minutes et 3 heures. 6. Method according to one of claims 1 to 5 wherein the residence time of the carbonaceous feedstock introduced into said drying step is between 5 minutes and 3 hours.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel, lesdits gaz de torréfaction sont envoyés dans une étape de combustion, seuls ou en mélange avec au moins un autre combustible. 7. Method according to one of claims 1 to 6 wherein, said roasting gas is sent to a combustion step, alone or in admixture with at least one other fuel.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel, la partie des gaz de combustion ou fumées recyclée dans l'étape de séchage est envoyée dans ladite étape de séchage sans passage préalable dans un échangeur de chaleur. 8. Method according to one of claims 1 to 7 wherein, the portion of the combustion gases or fumes recycled in the drying step is sent in said drying step without prior passage in a heat exchanger.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel, le mélange gazeux recyclé dans ladite étape de séchage ne subit aucune étape de refroidissement avant son recyclage dans ladite étape de séchage. 9. Method according to one of claims 1 to 8 wherein, the gaseous mixture recycled in said drying step does not undergo any cooling step before recycling in said drying step.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel ladite étape de séchage et ladite étape de torréfaction sont mise en œuvre dans une même enceinte ou dans deux enceintes différentes. 10. Method according to one of claims 1 to 9 wherein said drying step and said roasting step are carried out in the same enclosure or in two different enclosures.
1 1 . Procédé selon la revendication 10 dans lequel, dans le cas où ladite étape de séchage et ladite étape de torréfaction sont mises en œuvre dans une même enceinte, lesdites étapes de séchage et de torréfaction sont indépendantes l'une de l'autre. 1 1. The method of claim 10 wherein, in the case where said drying step and said roasting step are carried out in the same chamber, said drying and roasting steps are independent of each other.
12. Procédé selon la revendication 10 dans lequel, dans le cas où ladite étape de séchage et ladite étape de torréfaction sont mises en œuvre dans une même enceinte, lesdites étapes de séchage et de torréfaction ne sont pas indépendantes l'une de l'autre. 12. The method of claim 10 wherein, in the case where said drying step and said roasting step are carried out in the same chamber, said drying and roasting steps are not independent of one another .
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