WO2017080933A1 - Procede de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazeification d'une poudre d'un residu ligneux issu d'un procede biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique - Google Patents

Procede de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazeification d'une poudre d'un residu ligneux issu d'un procede biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique Download PDF

Info

Publication number
WO2017080933A1
WO2017080933A1 PCT/EP2016/076744 EP2016076744W WO2017080933A1 WO 2017080933 A1 WO2017080933 A1 WO 2017080933A1 EP 2016076744 W EP2016076744 W EP 2016076744W WO 2017080933 A1 WO2017080933 A1 WO 2017080933A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powder
residue
fermentation
solid
carried out
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/076744
Other languages
English (en)
Inventor
Caroline Aymard
Elena Sanz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of WO2017080933A1 publication Critical patent/WO2017080933A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/463—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension in stationary fluidised beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/092—Wood, cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/022—Dust removal by baffle plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/02—Means for pre-treatment of biological substances by mechanical forces; Stirring; Trituration; Comminuting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/09—Means for pre-treatment of biological substances by enzymatic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating lignocellulosic biomass including the gasification of a woody powder residue which comes from a biochemical process of lignocellulosic biomass.
  • This powder is particularly suitable for the production of synthesis gas or "syngas” (containing in particular CO and H 2) in an entrained flow gasifier, in order, for example, its value in biofuel 2nd generation (bio- synthetic diesel) thermochemically (also called “BTL” chain, acronym for the Anglo-Saxon term Biomass To Liquid). Any other use of the synthesis gas resulting from the gasification of this residue is within the scope of the present invention.
  • the woody residue produced according to the present invention is a co-product of the valorization of lignocellulosic biomass by the so-called biochemical path leading to the production of sugars and / or alcohols from the sugars present in the lignocellulosic biomass.
  • the carbonaceous material is partially oxidized in the presence of oxygen and water vapor in the gasification or gasification unit.
  • the present invention relates to the first step of pretreatment of lignocellulosic biomass.
  • the pretreatment of the biomass is an essential phase to allow the smooth operation of the subsequent stages of fluidization and gasification.
  • the gasification can be carried out in a bed-type gasifier or dry injection driven gasifier, that is, a gasifier for high T and P production of dry syngas.
  • the principle of this technology which is proven for fossil fuels such as coal, is based on the pneumatic transport of a pulverized charge to the inlet of a burner which is also supplied with oxygen and / or steam. water.
  • the main technical lock is the feed and pneumatic conveying system upstream of the gasifier.
  • This system is essentially a fluidized bed which operates in the homogeneous fluidization regime, with an inert gas, typically N 2 or C0 2 .
  • an inert gas typically N 2 or C0 2 .
  • the pressure difference between this fluidized bed and the entrained gasifier allows pneumatic transport of the solid particles thereto.
  • the sprayed charge is gasified very rapidly (residence time less than 2 seconds) to produce a syngas (in particular a mixture of H 2 + CO) which can then be recovered by several different routes. (Fischer-Tropsch synthesis, methanation, hydrogen production ).
  • Other processes incorporate this technology for the gasification of biomass feeds. This is the case of the BTL (Biomass To Liquid) chain, which generally considers thermal and mechanical pretreatment of lignocellulosic biomass (torrefaction + grinding) before gasification.
  • Homogeneous fluidization involves an expanded bed but without creating bubbles to allow a continuous and stable supply to the gasifier burner. Moreover, it is also desirable to minimize the fluidization speed in order to limit the flow of inert gas which will be injected into the gasifier.
  • the fluidization velocity is understood as the superficial velocity of the fluid, ie the ratio between the volume flow rate of gas and the section of the equipment in which the fluidization takes place, without taking into account the presence of the solid to be fluidized.
  • the minimum fluidization speed is a characteristic of the solid powder which corresponds to the minimum flow of gas necessary for the fluidization of the powder. The minimum fluidization rate is measured according to ASTM D7743-12 Standard Test Method for Measuring the Minimum Fluidization Velocities of Free Flowing Powders.
  • the homogeneous fluidization regime corresponds to type A particles according to the Geldart classification (Ref: "Types of Gas Fluidisation", D. Geldart, Podwer Technology, 7, pp 285-292, 1973) characterized by small diameter and density grain.
  • This classification applies mainly to spherical particles and does not take into account particles with very different form factors (fibrous particles).
  • the particles of lignocellulosic materials are characterized by their elongated shape which degrades the rheology of the system and makes fluidization of the bed difficult (creation of preferential passages, for example).
  • the biomass feedstock or lignocellulosic feedstock is most often available in the form of wood chips, wood chips which generally have the shape of parallelepipeds of typical dimensions 50 x 30 x 5 mm. Straw or other herbaceous residues can also be used as BTL chain feed, usually in the form of pellets or extrudates.
  • the filler after a drying phase, is roasted.
  • Roasting is a heat treatment between 200 ° C and 300 ° C in a non-oxidizing atmosphere which degrades the hemicelluloses mainly and a fraction of the cellulose and lignin.
  • This pretreatment weakens the fibers and facilitates the subsequent grinding so as to obtain a powder having better pneumatic transport properties.
  • a pelletisation step (pelletization) of the roasted product may be necessary in the case of a decentralized configuration (the preparation of the feedstock and the gasification being in different sites), so as to densify the load with a view to its transport.
  • roasting technologies do not allow very high capacities, and are limited to about 10 tMS / h, expressed in tonnes of dry matter per hour.
  • the capacity of an industrial BTL chain is of the order of 100 tMS / h, there is still a significant shift, up to a factor of 10. This is particularly detrimental for the economic balance of the chain in the case a centralized configuration since it would be necessary to multiply the number of roasting lines, with a very significant impact on the total investment cost.
  • the essential constraint of the roasting phase is obtaining a fine powder (around 100 ⁇ ) and with low fibrous particles (ratio width / length as close as possible to 1) so as to facilitate its flowability and its pneumatic transport in dense phase.
  • roasting provides better properties than untreated powders, but does not completely solve the problems of powder transport.
  • the properties of the powder are very suitable for pneumatic transport by fluidization.
  • biomass feed poses other problems: the minimum particle size is no longer dictated by reactivity, because that of biomass is higher than that of coal allowing higher particle diameters, but by transport properties. Indeed, biomass has transport properties significantly degraded compared to coal on the one hand and secondly, in the absence of pretreatment, energy requirements related to grinding are higher for biomass than for coal, making it very energy-intensive to achieve particle size less than 1 mm or even 500 ⁇ .
  • the present invention proposes to replace, in whole or in part, the roasted load derived from native lignocellulosic biomass by a woody residue powder resulting from a biochemical process for treating lignocellulosic biomass, in particular a biochemical process for producing biofuels .
  • the principle of the process of converting lignocellulosic biomass by biochemical processes uses a step of enzymatic hydrolysis of the cellulose contained in the plant material to produce glucose. Such methods are well known.
  • the glucose obtained can then be fermented into various products such as alcohols or solvents (ethanol, acetone, 1,3-propanediol, 1-butanol, isobutanol, 1,4-butanediol, etc.) or acids (acid acetic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, fumaric acid, succinic acid, etc.).
  • alcohols or solvents ethanol, acetone, 1,3-propanediol, 1-butanol, isobutanol, 1,4-butanediol, etc.
  • acids as acid acetic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, fumaric acid, succinic acid, etc.
  • Today ethanol is the most studied product.
  • the process for the biochemical transformation of lignocellulosic materials into ethanol generally comprises a physicochemical pretreatment step, followed by an enzymatic hydrolysis step using an enzymatic cocktail, an ethanolic fermentation step of the released sugars and a step purification of fermentation products.
  • a physicochemical pretreatment step followed by an enzymatic hydrolysis step using an enzymatic cocktail
  • an ethanolic fermentation step of the released sugars and a step purification of fermentation products.
  • Cellulose and possibly hemicelluloses are targets for enzymatic hydrolysis but are not directly accessible to enzymes. This is the reason why these substrates must undergo a pretreatment preceding the enzymatic hydrolysis step.
  • the purpose of the pretreatment is to modify the physical and physicochemical properties of the lignocellulosic material, with a view to improving the accessibility of the cellulose trapped within the lignin and hemicellulose matrix.
  • Various configurations exist for this pretreatment as reported for example in the document "Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review", M. Balat, Energy Conversion and Management 52 (2011) 858-875.
  • Pretreatments can be distinguished by their actions on the three major constituents of the lignocellulosic biomass cellulose, hemicellulose and lignin.
  • Pretreatments under acid conditions by addition of an acid catalyst and / or by autohydrolysis of acid functions present in the biomass, will promote the accessibility of the cellulose by hydrolyzing the hemicellulosic part of the biomass.
  • the pretreatment may also include a mechanical action, especially by relaxation (steam explosion).
  • the pretreatment parameters include temperature, pressure, duration, presence of acid (type and concentration). These parameters act together on the progress of hydrolysis of hemicelluloses in the pretreatment reactor and on the resulting reactivity of the substrate produced. To a certain extent the effect of some parameters is interchangeable, for example, a longer duration can compensate for a lower temperature. These pretreatments have a limited action on lignin which remains predominantly in solid form.
  • pretreatments operate in an alkaline medium and / or in a lignin solvent, such as the organosolv or alkaline processes, which aim at a separation of the lignin fraction by solubilization, which takes place, with generally a part of the hemicelluloses.
  • enzymatic hydrolysis is then conducted on the pretreated substrate (ie which contains the solid). It is performed using enzymes produced by a microorganism.
  • the enzymatic solution added to the pretreated substrate contains enzymes that break down cellulose and hemicelluloses in solution of sugars containing in particular glucose.
  • the available sugars are then fermented to the product or products of interest, such as ethanol.
  • a separation step takes place to recover the products.
  • this step may include distillation to concentrate the ethanol, the bottom of the column then containing a liquid-solid mixture that can be treated on a solid / liquid separation tool such as a filter press to obtain a cake containing the solid residual.
  • a by-product of biochemical biofuel production processes is the residual solid obtained after the enzymatic hydrolysis or fermentation or separation step, called the ligneous residue, which contains the fermentable non-recoverable lignin, residual polymers of sugars in cellulose or hemicellulose form present due to incomplete hydrolysis, as well as other non-fermentable compounds of the native biomass as part of the ashes.
  • this solid may be extracted at different points in the process scheme and in particular: after the enzymatic hydrolysis step, after the fermentation step or after the ethanol separation step.
  • this solid is recovered by combustion to supply energy (electricity) to the process as described in the document "Process Design and Economics for Biochemical Conversion of Lignocellulosic Biomass to Ethanol", Humbird et al., NREL / TP - 5100-47764, May 2011 or in the previously cited document of M. von Silvers.
  • the solid having undergone enzymatic hydrolysis, and obtained on distillation of the alcohol undergoes a chemical treatment.
  • This solid optionally washed and dried, is fired in a medium comprising a hydrated inorganic salt.
  • the residual solid is again subjected to enzymatic hydrolysis.
  • the drying is carried out by any means known to those skilled in the art at a temperature of at least 20 ° C and such that the residual water content is less than 30% by weight.
  • Photographs of the gasifier show movements of the flame, which the authors attribute to slight variations in the feed of the load and the different sizes of particles present in it.
  • the other two stops although shorter, can be very clearly seen on the output gas compositions and the temperature in the reactor, and reflect an operation too unstable for acceptable operation on an industrial scale.
  • the authors emphasize the need to reduce the amount of nitrogen introduced into the system, in particular to increase the efficiency of the system.
  • the present invention describes a process for the gasification of lignocellulosic biomass comprising a step of producing a powdery woody residue that can be injected into gasification without a prior roasting step and that makes it possible to overcome the disadvantages associated with this roasting technology.
  • the woody powder residue proposed in the present invention makes it possible to improve the transport properties of another powder thus facilitating the common treatment of the powders (co-processing).
  • the use of this powdered wood residue has many advantages:
  • the powder obtained according to the process described in this patent has the properties necessary for pneumatic injection, in particular in a driven flow gasifier. This allows the recovery of this residue to higher value-added products.
  • this powder has a positive impact on the pneumatic transport properties when it is mixed with other lignocellulosic powders with less advantageous fluidization properties. Thus, it allows flexibility without additional cost and therefore to more easily value other charges. This also allows a broadening of the input charges of the gasification process.
  • a gasifier selected from a dry injection driven flow gasifier, a fluidized bed gasifier or a moving bed gasifier; these different technologies lead to the production of a synthesis gas (syngas) more or less rich in methane, CO and H 2 according to the operating conditions of the gasification.
  • a dry-injected driven bed gasifier intended for the production of syngas containing predominantly CO and H 2i and having a very low content of methane and soot, these properties being in particular the consequence of parameters operating procedures (high temperature and pressure, short residence time) specific to this technology and well known to those skilled in the art.
  • the ligneous powdered residue according to the present invention draws its characteristics favorable to the fluidization, in particular from the action due to the combination:
  • the initial lignocellulosic biomass is completely destructured which allows, after drying and declogging or other mechanical treatment specified below, to obtain particularly favorable transport properties.
  • the wood residue from the biochemical process does not undergo chemical treatment. He then undergoes only physical treatments.
  • the invention relates to a process for treating lignocellulosic biomass comprising:
  • said powder preparation step a) comprises a biochemical treatment (steps A to D) with obtaining a woody residue and treating the woody residue (step E) with obtaining a powder:
  • step (B) an optional step of liquid / solid separation of all or part of the pretreated substrate from step (A) to obtain a liquid and a pretreated substrate containing the solid,
  • step (C) -a step of enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate from step (A) and / or from the optional step (B), carried out in the presence of cellulolytic or hemicellulolytic enzymes,
  • the woody powder residue further has a grain density between 500 and 900 kg / m3, a loading density between 200 and 400 kg / m3.
  • the drying is generally carried out at a temperature of 80-150 ° C.
  • Conditioning is a physical operation for separating the agglomerated particles, for example by demoulding and / or declogging and / or homogenization and / or grinding and / or pelletizing-grinding so as to obtain a powder whose particle size is between 15 and 900 ⁇ , preferably between 20-500 ⁇ , having a water content less than 20 wt%, and a grain density of between 500 and 900 kg / m.
  • the operating conditions of the stages of the biochemical treatment are conventional:
  • step A) is carried out at a temperature of 120-250 ° C. and with a water content of the reaction medium of at least 35% by weight,
  • step B) optionally comprises a washing of the solid and / or a neutralization
  • step C) is carried out at a temperature of 35-50 ° C., at a pH of between 4 and 6, in the presence of enzymes derived from a strain selected from the group formed by Trichoderma, Aspergillus, Penicillium or Schizophyllum , Clostridium, preferably the strain is Trichoderma reesei
  • the fermentation (Cl) is an alcoholic fermentation, preferably ethanolic, carried out at a temperature of 25-40 ° C., in the presence of a yeast Saccharomyces cerevisiae.
  • the woody residue in powder form is prepared without roasting.
  • the ligneous residue resulting from stage D) of the process is not subjected to chemical treatment before stage E).
  • the woody powder residue from step E) is conditioned in the form of pellets, pellets or extrudates, and then, before being fluidized, it is milled to obtain said woody residue in powder form. This arrangement allows the transport and storage of the powdered residue.
  • the particle size of a powder is understood to mean the range of characteristic lengths of particles that make up this powder, such that 90% of the particles have a characteristic length greater than the low limit and 90% of the particles have a lower characteristic length. at the upper terminal.
  • whose particle size is between 15 and 900 ⁇ , preferably between 20-500 ⁇ , having a water content of less than 20% by weight, a grain density of between 500 and 900 kg / m, and a minimum fluidization speed greater than zero and less than 0.15 m / s, preferably 0.1 m / s.
  • This step a) comprises a biochemical treatment (steps A to D) with obtaining a woody residue and the treatment of the ligneous residue (step D) to obtain said powder.
  • the invention covers cases where
  • all or part of the lignocellulosic biomass to be gasified undergoes the biochemical treatment, the wood residue in powder being then mixed with the biomass to be gasified, the latter also being in powder form, obtained for example by roasting,
  • the powdered wood residue from another lignocellulosic biomass is then mixed with the biomass to be gasified, the latter also being in powder form, obtained for example by roasting.
  • Biomass for Stage A is generally available in the form of wood chips or wood chips or straw.
  • the size of the particles is typically between 5 and 500 mm, and preferably between 20 and 400 mm and even more preferably between 40 and 250 mm.
  • Stage A comprises at least one stage of wet treatment, by heating and under acid conditions and / or self-hydrolysis of the biomass generally carried out under the following conditions:
  • This step A can be implemented either discontinuously (batch) or continuously. Generally, the duration is between 30 seconds and 60 minutes, preferably less than 30 minutes.
  • the purpose of the wet pretreatment step is to render the cellulosic matrix accessible to the enzymes used in the subsequent step (C) of enzymatic hydrolysis.
  • the wet pretreatment step (A) results in the partial solubilization of hemicelluloses (containing in particular C5 sugars) and the partial destruction of the fibers. It may be preceded by a conditioning step including, for example, grinding, stone removal or the like.
  • the pretreatment step according to step (A) of the process according to the invention can be carried out according to all types of pretreatment of lignocellulosic biomass under acid conditions and / or auto-hydrolysis known to those skilled in the art.
  • the pretreatment step can be a thermal, chemical, mechanical and / or enzymatic treatment or a combination of these treatments.
  • the acid-free steam explosion or the pretreatment by washing with very hot water are considered as acid pretreatments with regard to the present invention (pre-treatments acting on the effect of self-hydrolysis).
  • the pretreatment step (A) may be chosen from the steam explosion, with or without the presence of an acidic catalyst (acid such as H 2 SO 4 ), the cooking under acidic conditions, the treatment with hot water.
  • the pretreated solid substrate contains a solid fraction and a liquid fraction.
  • the solid fraction of the pretreated substrate is between 10% and 60% by weight, preferably between 30% and 50%.
  • the pretreatment of step (A) comprises at least one steam explosion step, preferably in acidic medium.
  • the lignocellulosic biomass is rapidly heated to high temperature (150 ° -250 ° C) by injection of steam under pressure. This rise in temperature is followed by a sudden decompression, called detente or explosion, which destroys the lignocellulosic matrix.
  • the residence times vary from 10 seconds to a few minutes, for pressures ranging from 10 to 50 bars. Many configurations are possible to achieve the steam explosion.
  • the presence of acid improves the selectivity of the hydrolysis and makes it possible to retain a large proportion, typically more than 60%, of the hemicelluloses in the form of monomeric or oligomeric sugars in the liquid phase, while strongly limiting the formation of degradation products.
  • furfural from pentoses
  • 5-HMF from hexoses
  • the use of an acidic catalyst makes it possible to reduce the process temperature from 150 ° C. to 200 ° C. against 250 ° C. for the acid-free steam explosion, and thus to minimize the formation of degradation compounds.
  • the contacting of the acid catalyst with the biomass may be carried out by prior impregnation of the biomass with the acid and / or injection of the acid into the explosion reactor.
  • the contacting of the biomass and the acid catalyst is carried out by all the techniques known to those skilled in the art.
  • the impregnation temperature is between 20 ° C and 99 ° C, and preferably between 60 ° C and 90 ° C.
  • the acid used may be a mineral acid, type H 2 SO 4 , or an organic acid such as acetic acid, formic acid.
  • the chosen acid is H 2 SO 4 .
  • the concentration of acid in the aqueous acid solution is between 0.01% by weight and 8% by weight and preferably between 0.02% by weight and 3% by weight;
  • the contact time is a few seconds to 24 hours, preferably less than 12 hours and even more preferentially less than 2 hours.
  • the introduction of the acid is done directly in the steam explosion reactor.
  • a step of reducing the liquid content of the impregnated mixture is performed.
  • This separation is carried out by the known techniques of solid / liquid separation and can use for example a gravity flow, the application of a compression-type mechanical pressure, the application of a compacting pressure as in the case of the use of a filter-press, or a vacuum draw-off of the liquid such as with a vacuum band filter, the application of a centrifugal force, etc ...
  • the acid liquor recovered at the end of this separation may be wholly or partly recycled for impregnation.
  • the solid phase introduced into the steam explosion has an MS content (dry matter content expressed by weight) greater than 25%, and even more preferably greater than 40%.
  • MS content dry matter content expressed by weight
  • the separation can be carried out concomitantly with the introduction of the biomass impregnated into the steam explosion reactor
  • the mixture is expanded and a pretreated substrate containing the solid is recovered.
  • a vapor phase may be separated for example by sending the mixture in a cyclone to separate a vapor phase at the head and the liquid and solid phases in the background.
  • the expanded mixture is sent to a "blow-tank" with water injection to cool the mixture, there is no vapor phase.
  • step (B) an optional step of liquid / solid separation before enzymatic hydrolysis of all or part of the pretreated substrate resulting from step (A) making it possible to release:
  • a solid fraction generally containing between 15% and 50% by weight of solid fraction, and preferably between 20% and 45% by weight of solid fraction, which joins the following steps (C) and (D)
  • This step may comprise a washing of the solid and / or a neutralization of the acid.
  • This separation step of a liquid fraction and a solid fraction is positioned downstream of the pretreatment step (A), before the enzymatic hydrolysis.
  • This step (B) can treat all or part of the pretreated substrate from step (A).
  • step A The sugars resulting from hemicellulose and hydrolysed during step A, as well as the acid, if any, are present in the liquid fraction of the pretreated substrate at the outlet of step A).
  • Step (B) can also be used to extract a juice containing sugars from hemicelluloses to valorise them separately.
  • the product derived from step A) or the solid fraction resulting from step B) will be called indifferently, this substrate contains the solid.
  • Solid / liquid separation and optional washing can be accomplished by any of the techniques known to those skilled in the art.
  • the solid / liquid separation may use for example a gravity flow, the application of a compression-type mechanical pressure, the application of a compacting pressure as in the case of the use of a filter -press, or vacuum draw-off of the liquid such as with a vacuum belt filter, the application of centrifugal force, etc.
  • a washing of the solid may be carried out by contacting the washing liquid with the pretreated substrate followed by a solid / liquid separation which may, for example, implement one of the following techniques: centrifugation, spinning or pressing, filtration, decanting. Washing can also be accomplished by displacement using technologies such as the band filter. This separation step can be repeated to obtain better washing performance.
  • the washing liquid can flow against the current of the solid in order to obtain good washing performance, while limiting the consumption of liquid phase.
  • the washing liquid used contains more than 95% water.
  • the washing liquid can also be taken from one of the liquid streams of the downstream recovery process of C5 juice and / or sugars from step (C).
  • the washing ratio defined as the ratio of the mass of washing liquid added to the mass of the liquid fraction of the pretreated substrate is between 1 and 10, and preferably between 1.5 and 4.
  • the residual acid can be neutralized by adding a base in the liquid used for washing and / or in the liquid phase recovered at the end of the washing.
  • step (C) Enzymatic hydrolysis step of the pretreated substrate from step (A) and / or optionally optional step (B), carried out in the presence of cellulolytic or hemicellulolytic enzymes.
  • Microorganisms such as fungi belonging to the genera Trichoderma, Aspergillus, Penicillium or Schizophyllum, or anaerobic bacteria belonging for example to the genus Clostridium, produce these enzymes, notably containing cellulases and hemicellulases, suitable for the extensive hydrolysis of cellulose and hemicelluloses.
  • This step usually takes place under the following conditions:
  • a residence time generally between 12h and 168h, and preferably between 24 and 144h and even more preferentially less than 100h
  • an initial concentration of solid material generally established between 5% and 25% by weight in the discontinuous and fed mode of operation, preferably between 7% and 20% by weight, and an average solid concentration between 5% and 15% by weight in the continuous embodiment a rate of progress of the hydrolysis of cellulose at the end of the stage which is generally between 40% and 99%, and preferably between 50% and 95%, so even more preferred of more than 55%, the rate of progress is defined as the ratio between the amount of cellulose hydrolysed by the amount of cellulose input contained in the pretreated substrate,
  • the enzymes are derived from a strain chosen from Trichoderma, Aspergillus, Penicillium or Schizophyllum, Clostridium, preferably the strain is Trichoderma reesei.
  • the temperature is generally 35-50 ° C. and the pH is between 4 and 6, and preferably between 4.5 and 5.5 and preferably between 4.8 and 5.2.
  • the enzyme-producing microorganism can be produced in an independent production line that can be performed on-site or off-site.
  • the microorganism used is Trichoderma reesei.
  • step (C) the conditions of the enzymatic hydrolysis, mainly the combination of the solids content of the mixture to be hydrolysed, the amount of enzymes used and the duration, are chosen so that one obtains a solubilization of the cellulose between 40% and 99% by weight, preferably between 50% and 95% by weight relative to the total weight of cellulose contained in the pretreated substrate.
  • an optional fermentation step of the sugars present in the hydrolyzate from step (C) is carried out.
  • Step C1 is the step of fermentation by a microorganism of the hydrolyzate obtained at the enzymatic hydrolysis.
  • the fermentable sugars are thus converted into alcohols and / or solvents and / or acids or other products of interest by yeasts or other microorganisms.
  • the fermentation is most often carried out at a temperature between 25 ° C and 40 ° C, most often between 30 ° C and 37 ° C.
  • a fermentation wort is obtained comprising suspended solids and a liquid phase in which the desired product or products (alcohols and / or solvents) is found.
  • Step (Cl) has no impact on the particle size of the solid present.
  • SSF Simultaneous Saccharification and Fermentation
  • SSCF Simultaneous Saccharification and Co Fermentation
  • the temperature is chosen within the temperature range of the fermentation, usually between 30 ° C and 37 ° C.
  • the microorganism (s) used in step (Cl) may be chosen for example from the following elements: yeasts of the genus Saccharomyces, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis, Candida shehatae, Pichia stipitis , Pachysolen tannophilis or bacteria of the genus Zymomonas mobilis, Clostridium, Escherichia coll.
  • the fermentation products are preferably alcohols (alcoholic fermentation) such as, for example, ethanol, acetone, butanol, isobutanol, isopropanol, etc., alone or as a mixture, sugar-alcohol such as xylitol and / or solvents (ABE fermentation).
  • alcohols alcoholic fermentation
  • acetone acetone
  • butanol isobutanol
  • isopropanol etc.
  • sugar-alcohol such as xylitol and / or solvents (ABE fermentation).
  • the products can also be acids such as succinic acid, lactic acid or fatty acids.
  • the product of the fermentation of sugars in step (Cl) is ethanol, it is an ethanolic fermentation.
  • the microorganism used in step (Cl) is a yeast of the genus Saccharomyces cerevisiae, preferably used in ethanolic fermentation.
  • the fermentation (Cl) is an alcoholic fermentation, preferably ethanol, carried out at a temperature of 25-40 ° C, in the presence of a yeast Saccharomyces cerevisiae.
  • C2 Optional step of separation of the fermentation product
  • an optional step of separation of the product of the fermentation of the sugars of step (Cl) is carried out.
  • Step (C2) is a separation / purification step of the product which makes it possible to obtain a purified product (alcohol, etc.).
  • This separation can be carried out for all techniques known to those skilled in the art and will be adapted according to the physicochemical and thermodynamic properties of the product to be separated.
  • This separation may involve distillation techniques, liquid-liquid extraction, membrane processes, molecular sieves, etc.
  • This separation is preferably by distillation, especially in the case of alcoholic fermentation.
  • a cake containing the lignin (described below) is also obtained at separation (for example distillation).
  • step (C) a liquid / solid separation step placed downstream of step (C)
  • This solid / liquid separation step must be carried out on a solid resulting from a pretreatment under acidic conditions (as defined above) and having undergone enzymatic hydrolysis (as defined above).
  • This solid / liquid separation step can be more precisely carried out
  • step C immediately after enzymatic hydrolysis
  • stage Cl in the case where there is a fermentation (stage Cl):
  • step (C) and (Cl) are carried out separately or concomitantly: in step (C2) or downstream of step (C2).
  • This separation takes place on all or part of the flow at the output of step (C), and preferably all, making it possible to recover generally more than 80%, and more preferably more than 85% and even more preferably more than 90%. of the solid fraction engaged at this stage. It can be performed by any technique known to those skilled in the art. For example, it can use a gravity flow, the application of a mechanical pressure type compression, the application of a compacting pressure as in the case of the use of a filter press, or vacuum draw-off of the liquid such as with a vacuum band filter, the application centrifugal force, etc.
  • the current limits of the solid / liquid separation equipment lead to the presence of a portion of the liquid phase in the cake extracted, between 25 and 80% by weight.
  • the extraction step of the solid residue can be carried out immediately after the enzymatic hydrolysis step (C).
  • the cake extracted comprises, on the one hand, a liquid phase comprising between 75 and 99% by weight of water, and sugars and, on the other hand, solid residues, comprising unhydrolyzed cellulose, unhydrolyzed hemicelluloses. , lignin and other insoluble compounds initially present in the substrate.
  • the step of extracting the solid residue can be carried out between Cl and C2, ie immediately after the fermentation step (step C1).
  • the cake extracted comprises on the one hand a liquid phase comprising between 75% and 99% by weight of water, alcohols and / or solvents (products) and unconverted sugars; and on the other hand, solid residues, comprising unhydrolyzed cellulose, unhydrolyzed hemicelluloses, lignin and other insoluble compounds initially present in the substrate; as well as a quantity of alcoholic microorganisms (between 2% and 20% depending on the performance of the enzymatic hydrolysis and the alcoholic fermentation).
  • the step of extracting the solid residue is carried out after the separation / purification step (step C2).
  • the cake extracted comprises on the one hand a liquid phase comprising between 80 and 99% by weight of water, unconverted sugars and traces of products (less than 0.1%); and on the other hand solid residues, comprising unhydrolyzed cellulose, unhydrolyzed hemicelluloses, lignin and other insoluble compounds initially present in the substrate; as well as a small amount of alcoholic microorganisms (between 2% and 20% depending on the performance of the enzymatic hydrolysis and the alcoholic fermentation).
  • step B, D the solid and liquid phase separations implemented in the context of the present invention (steps B, D) generally lead to two flows: A so-called liquid phase which contains liquid and possibly a small portion of solid, typically less than 5% by weight of solids, and preferably less than 1% of solids,
  • a so-called solid phase that contains most of the solid and a liquid fraction.
  • the solids content of this phase is between 10% and 60% by weight, preferably between 30% and 50%.
  • the solid / liquid separation step may optionally be coupled to a washing in a manner similar to the washing described above.
  • step D) is meant a separation step of the biochemical process which may comprise one or more enzymatic hydrolyses.
  • a drying phase is essential to remove the wet fraction of the solid resulting from the separation step (D), and to obtain a dry powder transportable by pneumatic means for injection into the entrained gasification unit.
  • the solid leaving the separation step (D) is dried using any drying technique known to those skilled in the art. It can be dried for example in an oven turning with hot air. The drying is carried out at a temperature of between 80 ° C and 150 ° C, more preferably between 100 ° C and 125 ° C.
  • the product at the outlet of the drying phase has a water content of less than 20% by weight, and preferably between 0.5% and 10% by weight, or else 3-10% by weight.
  • the conditioning of the solid can take place before, during or after drying. Its objective is to obtain a powder having the desired characteristics, in terms of particle size, humidity, minimum speed of fluidization.
  • the packaging serves to break any agglomerates of particles formed during the separation and drying steps as well as to reduce the particle size in the event that they are not to the gasification specifications. Conditioning is also used to homogenize the solid. Homogenization is the process of mixing the particles to obtain a product with uniform characteristics.
  • This conditioning can be done by any physical operation to separate the agglomerated particles (mowing or "uncaking", declogging); this operation is sufficient in some cases, otherwise it can be coupled with grinding. These operations are well known to those skilled in the art.
  • a crushing grinding or any other method known to those skilled in the art may be necessary depending on the type of biomass and the conditions of the treatment.
  • the packaging can in a very particular case become useless if, depending on the nature of the biomass used and the operating conditions of the separation and drying, the particle size of the biomass at the outlet of said drying step is suitable for introduction into the gasifier.
  • An optional step of densification of the solid resulting from the drying step can be used so as to obtain pellets, extrudates or pellets that can be stored or transported, and then requiring a subsequent grinding step to return to a fine and fluidizable powder. as defined in the invention.
  • This step is interesting especially in the case of decentralized configuration (the pretreatment unit and the gasification unit are not on the same site).
  • densification makes it possible to reduce transport costs and avoids the safety risks (explosion) related to the transport of a powder charge.
  • densification can also be useful even in the case of centralized configuration for storage requirements.
  • the product at the output of step (E) is a finely divided dry powder and having physical and fluidization properties suitable for transport in a gasification stage: a particle size typically between 15 and 900 ⁇ , and preferably between 20 ⁇ and
  • particles having no fibrous character that is to say that at least 90% of the particles have a form factor, defined as the width-to-length ratio of the particle close to unity, of 0.3 to 1, preferentially greater than 0.5 and even more preferably greater than 0.8
  • a loading density (bed density) of between 200 and 400 kg / m3 and preferably between 250 and 350 kg / m3 for the powder used alone
  • a low minimum fluidization speed greater than zero and less than 0.15 m / s and preferentially less than 0.10 m / s and even more preferably less than 0.05 m / s, or even less than 0.012 m / s
  • this powder has an ability to improve the fluidization of other powders.
  • the powder obtained according to the present invention makes it possible, when mixed with other feedstocks to be treated with poorer fluidization characteristics, to improve the fluidization behavior of the mixture, by lowering the minimum fluidization speed.
  • the proportions of powder and filler to be treated are determined, for example by testing, so that the minimum fluidization speed of the mixture is greater than zero and less than 0.15 m / s, and preferably less than 0.1 ⁇ m / s, and is less than that of the load to be treated alone. These proportions vary according to the characteristics of the load to be treated and the wood residue powder.
  • the charge to be treated is in the finely divided state (such as entering gasification); it may be raw or pretreated lignocellulosic biomass (such as roasted biomass, biomass exploded with steam, etc.) or another material (coal, petroleum coke, etc.) as is explained hereinafter.
  • the powder thus obtained (alone or as a mixture) is then fluidized in a step b).
  • the powdered woody residue may be fluidized in admixture with at least one other lignocellulosic biomass powder and / or with at least one other powder of fossil origin. Steps b) of fluidization of the powder and step c) of injection under pressure in the gasification step (step c).
  • the powder thus obtained can be easily fluidized and transported pneumatically in gasification, and for example to a driven flow gasifier for the production of synthesis gas at high pressures. It is possible to feed the gasifier 100% with woody powder according to the invention or else co-processing with another material also in highly divided form.
  • Co-processing can be understood in several ways:
  • the two charges are mixed, fluidized and injected together in the gasifier.
  • the product according to the present invention allows these 3 types of co-processing, thus ensuring greater flexibility in the installation.
  • the co-processing of the powder according to the present invention can be carried out with all the charges intended for the gasifier.
  • the co-processing can be carried out with powders of coal, petcoke or any other type of pretreated or raw biomass powder.
  • the powder according to the present invention can be treated with fillers having fluidization properties better or worse than it.
  • the fluidization properties of the mixture can be improved over those of the filler alone.
  • the minimum fluidization speed is decreased, or even greatly reduced, depending on the mass percentage of the mixture.
  • this minimum speed remains less than 1 m / s and preferably less than 0.8 m / s, and even more preferably less than 0.3m / s.
  • the material of the load is therefore also in very divided form. Its particle size is generally in the same range of values as the woody residue powder.
  • the powder to be co-process has a particle size typically between 15 and 900 ⁇ .
  • the powder to co-process when it is derived from fossil resources such as typically coal or petroleum coke, it has a particle size between 15 and 400 ⁇ , and more preferably between 25 and 200 ⁇ .
  • the powder to co-process when it is derived from biomass, raw or after a first treatment, it has a particle size between 50 and 900 ⁇ , and more preferably between 100 and 600 ⁇ .
  • woody residue powder it has been advantageously possible to operate with a material having a larger particle size than in the prior art (around ⁇ ), the choice being made to fulfill the criterion of minimum fluidization speed, as well as that has been previously described.
  • the woody residue in powder form can be fluidized in a mixture with at least one other lignocellulosic biomass powder. It can be the load to be treated or another material. This is for example the raw biomass or pre-treated biomass for example roasting, steam explosion, or other.
  • the powdered woody residue may be fluidized in admixture with at least one other powder of fossil origin, for example coal, petroleum coke (or "petcoke”).
  • Petroleum coke is a co-product of oil refineries.
  • the resulting powder can be introduced into a gasification step producing syngas, selected from dry injection driven flow gasification, fluidized bed gasification or moving bed gasification.
  • the fluidization in the injection system takes place at pressure conditions higher than the target pressure in the gasifier to ensure the flow of the fluidized product to the gasifier and compensate the pressure drops in the transport and injection systems.
  • the fluidization takes place at a pressure of between 2 bar and 120 bar, and preferably 5 bar and 80 bar and even more preferably between 12 bar and 50 bar.
  • the fluidization gas is generally an inert gas used for this purpose, for example nitrogen, carbon dioxide, etc.
  • treating a powder having a low minimum fluidization speed makes it possible on the one hand to reduce the consumption of inert gas (as well as its cost of compression), but also of to limit the molar dilution of the syngas by the inert gas of fluidization, and thus to limit the size of the downstream equipment of treatment of the syngas.
  • gasification and in particular in a driven flow gasifier, it is generally carried out at a pressure of 20-80 bar and a temperature of 1200-1600 ° C.
  • fluidized-bed or moving-bed gasification technologies generally lower temperatures are used, typically below 1000 ° C.
  • Gasification produces a syngas that is subsequently processed for the production of biofuels or other chemicals, or for energy use in combined cycle plants, for example.
  • the method according to the invention is particularly well suited to lignocellulosic biomass treatment processes which use a gasification step producing a syngas rich in CO and H 2 and whose objective is the production of biofuels (ie at least partly derived from biomass).
  • Fluidization and gasification techniques are conventional and known to those skilled in the art.
  • Another important advantage of the invention is that the powdery woody residue is easily pelleted or extruded or otherwise shaped. It can then be easily transported in this form to another site, or stored. By simple grinding, it is again obtained the powder having the characteristics described for the fluidization.
  • Figure 1 attached represents a block diagram of the process for producing a woody powder residue according to the invention.
  • the lignocellulosic biomass (1) undergoes a pretreatment step (A) wet.
  • the pretreated substrate (2) is subjected to a separation step (B) of the liquid (3), in which optionally the solid fraction is washed and neutralized, the solid fraction is then sent (line 4 ) in the step (C) of enzymatic hydrolysis.
  • step (B) the pretreated substrate (2) is sent directly to step (C).
  • the effluent (5) resulting from the enzymatic hydrolysis is according to FIG. 1 subjected to the liquid separation step (D) (6) and the solid woody residue (7) is obtained.
  • Figure 1 also shows schematically the step (E) of drying and conditioning of the ligneous residue (7), so as to obtain a woody powder residue (8) having the characteristics according to the invention.
  • This residue (8) is then subjected to the fluidization step (b) in the reactor (9), the fluidization gas is injected through the pipe (10).
  • the fluidized medium (11) is then able to be injected into the gasifier in the injection step (12).
  • FIG. 2 represents a block diagram of a particular embodiment of production of a woody powder residue according to the invention, the residue being obtained in a biofuel production process (BTL).
  • BTL biofuel production process
  • the effluent (5) resulting from the enzymatic hydrolysis is fermented in a fermentation step (Cl), which may or may not be separated from the enzymatic hydrolysis (known processes).
  • a fermented effluent (13) is obtained, which is generally distilled (step C2) to separate the desired product (14), for example ethanol.
  • liquid / solid separation step (D) can be located
  • the treated feedstock is raw straw of the following composition, at a rate of 80 kilograms (kg) of raw straw / hour.
  • the contents below are given in% by weight.
  • This straw is first milled at 50mm in a packaging workshop (unraveling, stone removal, grinding 50mm). The material losses in this workshop are 2.5% weight.
  • the straw is then impregnated with an acid solution whose pH is 1.1 and then introduced into a continuous steam explosion reactor.
  • the conditions of the steam explosion are as follows: residence time 6 minutes, temperature 175 ° C.
  • the mixture is expanded and passes through a cyclone allowing the separation of a vapor phase and a mixed solid / liquid phase which is pretreated straw.
  • the pretreated straw is neutralized and then introduced into an ethanol conversion unit in which the pretreated straw is diluted to 23% DM and placed in contact with an enzymatic solution and a yeast of the Saccharomyces type genetically modified to ferment the xylose.
  • the conditions of implementation make it possible to obtain an ethanol / sugar yield of 0.41 g of ethanol / g of sugars (glucose + xylose).
  • the rate of progress of the hydrolysis of cellulose defined as the ratio between the amount of cellulose hydrolysed by the amount of cellulose input contained in the pretreated substrate, is 88%.
  • the rate of progress of hemicellulose hydrolysis defined as the ratio between the amount of hemicellulose hydrolyzed by the amount of hemicellulose input contained in the native biomass, is 84%.
  • 286 kg / hour of fermentation wine are sent to a distillation unit which produces: 18.2 kg / h of a concentrated ethanol solution at 92% by weight and 268.2 kg / h of vinasses .
  • the vinasses are sent to a solid / liquid separation step carried out by filter press. After the solid / liquid separation, clear vinasses are obtained which are treated in a wastewater treatment unit to remove the majority of the soluble organic matter before rejection.
  • the solid cake consists of 41% solids, 56.8% water and 2.2% soluble material. This cake is dried at 105 ° C in a drying step which allows to retain 100% of the solid and 85% of the soluble material while removing 99% of the water. The solid is then demolded to separate the aggregates of particles. 25 kg / hour is thus obtained of a finely divided solid phase of composition:
  • This solid phase has a particle size between 60 and 400 ⁇ and has a fluidization speed of 0.012 m / s without the need for additional grinding; it is an ideal load for a gasification process.
  • the charge is used in a syngas production process.
  • the solid fuel is extracted from the storage hopper and dosed by a variable speed gravimetric feeder. It is then introduced by gravity into a first pressurizing hopper. After upstream and downstream isolation, the hopper is pressurized to 35 bar using nitrogen. Once the required pressure is reached, the downstream valve opens and the product is transferred to a second hopper from which it is fluidized and then conveyed pneumatically in dilute phase to the gasifier which is operated at 32 bar.
  • Example 1 The powder produced in Example 1 having a particle size between 60 and 400 ⁇ and a rate of 0.012 m / s is treated (co-processed) in co-injection with roasted and ground beech having a particle size between 90 ⁇ and 600 ⁇ and a minimum rate of precipitation of 0.080 m / s.
  • the flow rates are 25 kg / hour of powder produced according to the invention and 20 kg / hour of roasted beech, a total of 45 kg / hour of mixture to be fluidized.
  • the resulting mixture has a minimum fluidization rate of 0.020 m / sec.
  • the solid mixture is extracted from the storage hopper and dosed by a variable speed gravimetric feeder. It is then introduced by gravity into a first pressurizing hopper. After upstream and downstream isolation, the hopper is pressurized to 30 bar using nitrogen. Once the required pressure is reached, the downstream valve opens and the product is transferred to a second hopper from which it is fluidized and then conveyed pneumatically in dilute phase to the gasifier which is operated at 28 bar.
  • the operating conditions of the gasifier are conventional. Pressurization and fluidization being done in batch mode on an injection line, several injection lines are operated in parallel to ensure continuous supply of the gasifier.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazéification d'un résidu ligneux en poudre. Le résidu ligneux provient d'un procédé de traitement biochimique de la biomasse lignocellulosique qui comporte une étape de prétraitement en voie humide, par chauffage en conditions acides et/ou d'auto-hydrolyse pour produire un substrat prétraité. Ledit substrat, éventuellement séparé d'une fraction liquide, est soumis à une hydrolyse enzymatique et est éventuellement soumis à une fermentation séparée ou concomitante à l'hydrolyse, ladite fermentation étant suivie d'une distillation. Le résidu ligneux est séparé en aval de l'hydrolyse. Il est séché et conditionné pour obtenir le résidu ligneux en poudre dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μm, la teneur en eau inférieure à 20% pds, une densité de grain d'entre 500 et 900 kg/m3 et une vitesse minimale de fluidisation est supérieure à zéro et inférieure à 0.15m/s, La poudre, seule ou en mélange, est introduite dans un gaz de fluidisation à une vitesse supérieure ou égale à la vitesse minimale de fluidisation. L'invention est particulièrement adaptée pour la production de gaz de synthèse, en particulier dans un procédé de production de biocarburants.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT DE BIOMASSE LIGNOCELLULOSIQUE INCLUANT LA GAZEIFICATION D'UNE POUDRE D'UN RESIDU LIGNEUX ISSU D'UN PROCEDE BIOCHIMIQUE DE TRAITEMENT DE BIOMASSE
LIGNOCELLULOSIQUE. DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazéification d'un résidu ligneux en poudre qui provient d'un procédé de traitement biochimique de biomasse lignocellulosique.
Cette poudre est particulièrement bien adaptée à la production de gaz de synthèse ou « syngas » (contenant notamment CO et H2) dans un gazéifieur à flux entraîné, en vue, par exemple, de sa valorisation en biocarburant de 2eme génération (bio-diesel de synthèse) par voie thermochimique (également appelée chaîne « BTL », acronyme de l'expression anglo saxonne Biomass To Liquid). Toute autre utilisation du gaz de synthèse issu de la gazéification de ce résidu rentre dans le cadre de la présente invention.
Le résidu ligneux produit selon la présente invention est un coproduit de la valorisation de la biomasse lignocellulosique par voie dite biochimique conduisant à la production de sucres et/ou d'alcools à partir des sucres présents dans la biomasse lignocellulosique.
ART ANTERIEUR
Le procédé de production de syngas
La production de « syngas », notamment par une voie BTL, et en particulier dans un gazéifieur à flux entraîné, comporte, dans une première étape, un prétraitement de la biomasse lignocellulosique native pour réduire la charge à l'état d'une poudre finement broyée (entre 50 et 200μιη) et facilement fluidisable de manière à permettre le transport pneumatique et l'injection de la charge biomasse dans l'unité de gazéification dont les conditions de fonctionnement sont typiquement une pression P comprise entre 20 et 45 bars (1 bar = 0,1 MPa) et une température T comprise entre 1200°C et 1600°C.
Dans la seconde étape de gazéification, la matière carbonée est oxydée partiellement en présence d'oxygène et de vapeur d'eau dans l'unité de gazéification ou gazéifieur. La présente invention concerne la première étape de prétraitement de la biomasse lignocellulo sique .
L'unité de gazéification ayant besoin d'être finement régulée et alimentée avec un débit de charge solide homogène, le prétraitement de la biomasse est une phase indispensable pour permettre le bon fonctionnement des étapes ultérieures de fluidisation et de gazéification.
La gazéification peut être effectuée dans un gazéifieur à lit ou flux entraîné à injection sèche, c'est-à-dire d'un gazéifieur destiné à la production à haute T et P de « syngas » par voie sèche.
Le principe de cette technologie, qui est éprouvée pour des charges fossiles comme le charbon, est basé sur le transport pneumatique d'une charge pulvérisée jusqu'à l'entrée d'un brûleur qui est alimenté aussi en oxygène et/ou vapeur d'eau. Lorsque cette technologie est appliquée à des charges lignocellulosiques, le principal verrou technique est le système d'alimentation et transport pneumatique en amont du gazéifieur.
Ce système est essentiellement un lit fluidisé qui opère dans le régime de fluidisation homogène, avec un gaz inerte, typiquement N2 ou C02. La différence de pression entre ce lit fluidisé et le gazéifieur à flux entraîné permet le transport pneumatique des particules solides vers ce dernier. Une fois dans le gazéifieur (P = 20-45 bars) la charge pulvérisée est gazéifiée très rapidement (temps de séjour inférieur à 2s) pour produire un syngas (mélange notamment de H2 + CO) qui peut être ensuite valorisé par plusieurs voies différentes (synthèse Fischer-Tropsch, méthanation, production d'hydrogène...). D'autres procédés intègrent cette technologie pour la gazéification des charges biomasse. C'est le cas de la chaîne BTL (Biomass To Liquid), qui considère de manière générale un prétraitement thermique et mécanique de la biomasse lignocellulo sique (torrefaction+broyage) avant gazéification.
La fluidisation homogène implique un lit expansé mais sans création des bulles afin de permettre une alimentation continue et stable au brûleur du gazéifieur. Par ailleurs, il est aussi souhaité de minimiser la vitesse de fluidisation afin de limiter le débit de gaz inerte qui sera injecté au gazéifieur. La vitesse de fluidisation s'entend comme la vitesse superficielle du fluide, i.e.le ratio entre le débit volumique de gaz et la section de l'équipement dans lequel a lieu la fluidisation, sans prise en compte de la présence du solide à fluidiser. La vitesse minimale de fluidisation est une caractéristique propre à la poudre solide qui correspond au débit minimum de gaz nécessaire à la mise en fluidisation de la poudre. La vitesse minimale de fluidisation est mesurée selon la norme ASTM D7743- 12 « Standard Test Method for Measuring the Minimum Fluidization Velocities of Free Flowing Powders ».
Le régime de fluidisation homogène correspond aux particules de type A selon la classification de Geldart (Ref : « Types of Gas Fluidisation », D. Geldart, Podwer Technology, 7, pp 285-292, 1973) caractérisées par des faibles diamètre et masse volumique du grain.
Cette classification s'applique principalement à des particules sphériques et ne tient pas compte des particules avec des facteurs de forme très différents à l'unité (particules fibreuses). Or, les particules des matériaux lignocellulosiques se caractérisent par leur forme allongée qui dégrade la rhéologie du système et rend difficile la fluidisation du lit (création de passages préférentiels, par exemple).
Concernant le cas de la chaîne BTL, la charge biomasse ou matière première ligno-cellulosique est le plus souvent disponible sous forme de plaquettes forestières, de copeaux de bois qui ont généralement la forme de parallélépipèdes de dimensions typiques 50 x 30 x 5 mm. La paille ou d'autres résidus herbacés peuvent aussi servir de charge à la chaîne BTL, le plus souvent sous la forme de boulettes ou d'extradés.
Dans un procédé particulièrement intéressant, la charge, après une phase de séchage, est torréfiée. La torréfaction étant un traitement thermique entre 200°C et 300°C en atmosphère non-oxydante qui dégrade majoritairement les hémicelluloses ainsi qu'une fraction de la cellulose et de la lignine.
Ce prétraitement fragilise les fibres et facilite le broyage ultérieur de manière à obtenir une poudre ayant de meilleures propriétés de transport pneumatique. Une phase de pelletisation (pastillage) du produit torréfié peut être nécessaire dans le cas d'une configuration décentralisée (la préparation de la charge et la gazéification se trouvant dans des sites différents), de manière à densifier la charge en vue de son transport.
En l'état actuel des connaissances, l'étape de torréfaction présente les inconvénients suivants : • Les procédés actuels de torréfaction pour ce type de charges sont encore en cours de développement. Aussi, dans ce contexte, il n'existe pas actuellement de procédé commercial mature de torréfaction. On a pu constater qu'elle peut générer une perte de masse qui peut devenir importante, ce qui diminue notablement le rendement matière de la chaîne complète. Ainsi certains auteurs ont pu considérer que la perte pouvait aller jusqu'à 30% alors que les spécifications étaient atteintes (« BioTfueL Project : Targeting the Development of Second-Generation Biodiesel and Biojet Fuels », J.-C. Viguié, N. Ullrich, P. Porot, L. Bournay, M. Hecquet and J. Rousseau, Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 68 (2013), No. 5).
Les technologies existantes de torréfaction ne permettent pas de très fortes capacités, et sont limitées à environ 10 tMS/h, exprimé en tonnes de matière sèche par heure. Or la capacité d'une chaîne BTL industrielle étant de l'ordre de 100 tMS/h, il existe toujours un décalage important, pouvant aller jusqu'à un facteur 10. Ceci est particulièrement pénalisant pour le bilan économique de la chaîne dans le cas d'une configuration centralisée puisqu'il serait nécessaire de multiplier le nombre de lignes de torréfaction, avec un impact très important sur le coût d'investissement total. De plus, la contrainte essentielle de la phase de torréfaction est l'obtention d'une poudre fine (d'environ 100 μιη) et avec des particules peu fibreuses (ratio largeur/longueur le plus proche possible de 1) de manière à faciliter sa coulabilité et son transport pneumatique en phase dense.
Dans l'état actuel des développements, la torréfaction permet d'obtenir de meilleures propriétés que celles des poudres non traitées, mais ne résout pas complètement les problématiques de transport des poudres.
Par ailleurs, pour l'économie de la chaîne BTL, il est important d'avoir des capacités de traitement élevées afin de bénéficier de l'économie d'échelle sur le gazéifieur.
Or, en raison des difficultés liées à la collecte de la biomasse (rayon limité, matière peu dense, coût de transport plus élevé que pour un liquide), la capacité d'une chaîne BTL en biomasse peut être limitée par la ressource disponible. Les acteurs industriels envisagent donc aussi la transformation de la biomasse en co-processing avec d'autres matières premières, notamment le charbon ou le pet-coke (même référence, article BioTfueL). Ce co-processing implique une certaine flexibilité des équipements en place à plusieurs types de charge et une harmonisation des propriétés des charges issues de différentes sources lorsque les limites de flexibilité d'opération des équipements sont atteintes. En général, les gazéifieurs à flux entraîné avec injection sèche utilisent des charbons pulvérisés dont la granulométrie est de l'ordre de 50 à 150μηι, cette granulométrie basse est rendue nécessaire pour assurer une conversion poussée, de plus de 90%, dans l'étape de gazéification. Dans ces gammes de granulométrie, les propriétés de la poudre sont très adaptée au transport pneumatique par fluidisation. L'utilisation de charge issue de la biomasse pose d'autres problèmes : la granulométrie minimale n'est plus dictée par la réactivité, car celle de la biomasse est plus élevée que celle du charbon autorisant des diamètre de particules plus élevées, mais par les propriétés de transport. En effet, la biomasse présente des propriétés de transport nettement dégradées par rapport au charbon d'une part et d'autre part, en l'absence de prétraitement, les besoins énergétiques liés au broyage sont plus élevés pour la biomasse que pour le charbon, rendant très coûteux énergétiquement l'atteinte de granulométrie inférieure à 1mm voire à 500μιη.
Pour remédier à ces inconvénients, il a été recherché un procédé industriel dans lequel le prétraitement de la biomasse lignocellulosique pour produire du gaz de synthèse (syngas) ne nécessiterait pas de torréfaction.
La présente invention propose de remplacer, en totalité ou en partie, la charge torréfiée issue de biomasse lignocellulosique native par un résidu ligneux en poudre issu d'un procédé biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique, en particulier d'un procédé biochimique pour production de biocarburants.
Le procédé de traitement biochimique de la biomasse lignocellulosique
Le principe du procédé de conversion de la biomasse lignocellulosique par des procédés biochimiques utilise une étape d'hydrolyse enzymatique de la cellulose contenue dans les matières végétales pour produire du glucose. De tels procédés sont bien connus.
Le glucose obtenu peut ensuite être fermenté en différents produits tels que des alcools ou des solvants (éthanol, acétone, 1, 3-propanediol, 1-butanol, iso-butanol, 1, 4-butanediol ...) ou des acides (acide acétique, acide lactique, acide 3-hydroxypropionique, acide fumarique, acide succinique, ...). Aujourd'hui l'éthanol est le produit le plus étudié.
Le procédé de transformation biochimique des matériaux lignocellulosiques en éthanol comprend en général une étape de prétraitement physico-chimique, suivie d'une étape d'hydrolyse enzymatique utilisant un cocktail enzymatique, d'une étape de fermentation éthanolique des sucres libérés et d'une étape de purification des produits de fermentation. Un exemple est donné par le document "Ethanol from lignocellulosics : A review of the economy", M. von Silvers et G. Zacchi, Bioresource Technology 56 (1996) 131-140.
La cellulose et éventuellement les hémicelluloses sont les cibles de l'hydrolyse enzymatique mais ne sont pas directement accessibles aux enzymes. C'est la raison pour laquelle ces substrats doivent subir un prétraitement précédant l'étape d'hydrolyse enzymatique. Le prétraitement vise à modifier les propriétés physiques et physico-chimiques du matériau lignocellulosique, en vue d'améliorer l'accessibilité de la cellulose emprisonnée au sein de la matrice de lignine et d'hémicellulose. Différentes configurations existent pour ce prétraitement, comme reporté par exemple dans le document «Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway : A review », M. Balat, Energy Conversion and Management 52 (2011) 858-875.
On peut distinguer les prétraitements en fonction de leurs actions sur les trois composés majoritaires de la biomasse lignocellulosique que sont la cellulose, hémicellulose et la lignine.
Les prétraitements en conditions acides, par ajout d'un catalyseur acide et/ou par autohydrolyse de fonctions acides présentes dans la biomasse, vont favoriser l'accessibilité de la cellulose en hydrolysant la partie hémicellulosique de la biomasse.
Le prétraitement peut aussi comporter une action mécanique, notamment par détente (explosion à la vapeur).
Les paramètres du prétraitement sont notamment la température, la pression, la durée, la présence d'acide (type et concentration). Ces paramètres agissent ensemble sur l'avancement de l'hydrolyse des hémicelluloses dans le réacteur de prétraitement et sur la réactivité résultante du substrat produit. Dans une certaine mesure l'effet de certains paramètres est interchangeable, par exemple, une durée plus longue peut compenser une température moins élevée. Ces prétraitements ont une action limitée sur la lignine qui reste majoritairement sous forme solide.
D'autres prétraitements opèrent en milieu alcalin et/ou dans un solvant de la lignine, comme les procédés Organosolv ou alcalins, qui visent à une séparation de la fraction lignine par solubilisation, ce qui a lieu, avec généralement une partie des hémicelluloses. En vue de la conversion du substrat en sucres monomères, une hydrolyse enzymatique est ensuite menée sur le substrat prétraité (i.e. qui contient le solide). Elle est réalisée au moyen d'enzymes produites par un microorganisme. La solution enzymatique ajoutée au substrat prétraité contient des enzymes qui décomposent la cellulose et les hémicelluloses en solution de sucres contenant notamment du glucose.
Les sucres disponibles sont ensuite fermentés vers le ou les produits d'intérêt, comme par exemple l'éthanol.
On distingue trois étapes principales : l'hydrolyse enzymatique, la fermentation du glucose (et par extension des sucres en C6 tels que mannose, galactose selon les propriétés de la souche), la fermentation du xylose (et par extension des sucres en C5 tel que l'arabinose selon les propriétés de la souche).
Ces trois étapes peuvent être conduites de manière séparée ou concomitante conduisant à différents schémas de procédé, cela est discuté par exemple dans le document « Assessment of Combinations between Pretreatment and Conversion Configurations for Bioethanol Production », Conde-Mejia et al., ACS Sustainable Chem. Eng. 2013, 1, 956-965.
Aujourd'hui, aucune configuration ne ressort comme optimale, l'évaluation étant dépendante à la fois du type de biomasse considérée, du prétraitement sélectionné et des spécificités des biocatalyseurs (enzymes et microorganisme fermentaire) retenus. Néanmoins, ces configurations ont en commun que seuls les sucres sont valorisés en produits d'intérêt par voie fermentaire.
Après fermentation, une étape de séparation a lieu pour récupérer les produits. Par exemple, cette étape peut comporter une distillation pour concentrer l'éthanol, le fond de colonne contenant alors un mélange liquide- solide qui peut être traité sur un outil de séparation solide/liquide comme un filtre-presse pour obtenir un gâteau contenant le solide résiduel. Ainsi, un co-produit des procédés de production de biocarburants par voie biochimique est le solide résiduel obtenu après l'étape d'hydrolyse enzymatique ou de fermentation ou de séparation, appelé résidu ligneux, qui contient la lignine non-valorisable par voie fermentaire, des polymères résiduels de sucres sous forme cellulose ou hémicellulose présents à cause d'une hydrolyse incomplète, ainsi que d'autres composés non fermentescibles de la biomasse native comme une partie des cendres. Selon la configuration du procédé retenue, ce solide peut-être extrait en différents points du schéma de procédé et notamment : après l'étape d'hydrolyse enzymatique, après l'étape de fermentation ou après l'étape de séparation de l'éthanol.
Dans les schémas actuels connus, ce solide est valorisé par combustion pour fournir l'énergie (électricité) au procédé comme décrit dans le document « Process Design and Economies for Biochemical Conversion of Lignocellulosic Biomass to Ethanol », Humbird et al., NREL/TP- 5100-47764, May 2011 ou encore dans le document précédemment cité de M. von Silvers.
Dans la demande de brevet WO- 14/091103, le solide ayant subi l'hydrolyse enzymatique, et obtenu à la distillation de l'alcool, subit un traitement chimique. Ce solide, éventuellement lavé et séché, subit une cuisson dans un milieu comprenant un sel inorganique hydraté. Le solide résiduel est à nouveau soumis à une hydrolyse enzymatique. Le séchage est effectué par tout moyen connu de l'homme du métier à une température d'au moins 20°C et de telle façon que la teneur en eau résiduelle soit inférieure à 30% pds.
Des essais de gazéification et/ou de pyrolyse du résidu ligneux dans différents systèmes ont été conduits. En particulier, Ohrman et al. ont conduit des essais à l'échelle du pilote sur un gazéifieur à flux entraîné à une pression du gazéifieur de 2 bars, décrit dans le document « Pressurized oxygen blown entrained flux gasification of a biorefinery lignin residue », Ohrman et al., Fuel Processing Technology 115 (2013),pp 130-138. Le résidu ligneux produit a été broyé avec un broyeur équipé d'une grille à 750μιη. La stabilité de l'opération de gazéification, effectuée sur moins de 4 heures, a été difficile avec au total trois arrêts du pilote. Le premier arrêt à eu lieu au bout de 64 minutes. Des photographies du gazéifieur montrent des mouvements de la flamme, que les auteurs imputent à de légères variations dans l'alimentation de la charge et les différentes tailles de particules présentes dans celle-ci. Les deux autres arrêts, bien que plus courts, peuvent être très clairement vus sur les compositions du gaz en sortie et sur la température dans le réacteur, et traduisent une opération trop instable pour un fonctionnement acceptable à l'échelle industrielle. D'autre part, les auteurs insistent sur les besoins de réduire la quantité d'azote introduite dans le système notamment pour augmenter l'efficience du système.
Aussi, il a été recherché un procédé industriel de gazéification (production de syngas) à partir d'un résidu ligneux, procédé qui ne présente donc pas les inconvénients ci-dessus mentionnés, qui soit stable dans le temps et qui permette des performances au moins égales à celles de l'art antérieur sans résidu ligneux.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention décrit un procédé de gazéification de la biomasse ligno-cellulosique comprenant une étape de production d'un résidu ligneux en poudre qui peut être injecté en gazéification sans étape de torréfaction préalable et qui permet de lever les inconvénients liés à cette technologie de torréfaction. De plus, le résidu ligneux en poudre proposé dans la présente invention permet d'améliorer les propriétés de transport d'une autre poudre facilitant ainsi le traitement commun des poudres (co-processing). L'utilisation de ce résidu ligneux en poudre présente de nombreux avantages :
- il n'est pas nécessaire d'avoir recours à une étape de torréfaction pour le préparer,
- il est dépourvu du caractère fibreux de la biomasse native ; en particulier il peut présenter statistiquement des particules globalement sphériques, c'est-à-dire des particules de ratio largeur sur longueur proche de 1 ; il présente d'excellentes propriétés de fluidisation homogène par un gaz (régime de fluidisation dans lequel la vitesse du gaz est comprise entre la vitesse minimale de fluidisation et la vitesse minimale de bullage). Ainsi, la poudre obtenue selon le procédé décrit dans ce brevet, bénéficie des propriétés nécessaires à une injection pneumatique, notamment dans un gazéifieur à flux entraîné. Ceci permet la valorisation de ce résidu vers des produits de plus forte valeur ajoutée.
- cette poudre a un impact positif sur les propriétés de transport pneumatique lorsqu'elle se retrouve en mélange avec d'autres poudres d'origine lignocellulosique aux propriétés de fluidisation moins avantageuses. Ainsi, elle permet une flexibilité sans surcoût et donc de valoriser plus facilement d'autres charges. Cela permet aussi un élargissement des charges en entrée du procédé de gazéification.
- il peut servir à l'alimentation d'un gazéifieur choisi parmi un gazéifieur à flux entraîné à injection sèche, un gazéifieur à lit fluidisé ou un gazéifieur à lit mobile ; ces différentes technologies aboutissent à la production d'un gaz de synthèse (syngas) plus ou moins riche en méthane, CO et H2 selon les conditions opératoires de la gazéification. - il convient particulièrement à l'alimentation d'un gazéifieur à lit entraîné à injection sèche, destiné à la production de syngas contenant majoritairement du CO et H2i et à très faible teneur en méthane et suies, ces propriétés sont notamment la conséquence de paramètres opératoires (température et pression élevées, temps de séjour court) spécifiques à cette technologie et bien connus de l'homme du métier.
- lorsqu'un broyage est nécessaire, il nécessite une consommation énergétique moindre que sur charge native ou torréfiée,
- les ratios O/C et H/C diminuent par rapport à la biomasse d'origine, ce qui signifie, d'après le diagramme de Van Krevelen, que le solide présente des propriétés plus proches du combustible solide de référence qui est le charbon. Le PCI du résidu est amélioré par rapport à celui de la biomasse native.
Le résidu ligneux en poudre selon la présente invention tire ses caractéristiques favorables à la fluidisation notamment de l'action due à la combinaison :
- d'un prétraitement par voie humide de la biomasse lignocellulosique qui permet d'hydrolyser en partie les hémicelluloses,
- d'une hydrolyse enzymatique de la cellulose, qui est le polymère de sucres structurant de la biomasse lignocellulosique.
Ces étapes sont communément rencontrées dans les procédés de production de biocarburants de seconde génération (i.e. à partir de biomasse lignocellulosique) par voie dite biochimique, notamment l'éthanol.
Sous les actions combinées du prétraitement par voie humide et des enzymes, la biomasse lignocellulosique initiale est complètement déstructurée ce qui permet, après séchage puis décolmatage ou autre traitement mécanique précisé ci-après, d'obtenir des propriétés de transport particulièrement favorables. Selon la présente invention, de préférence, le résidu ligneux issu du procédé biochimique ne subit pas de traitement chimique. Il subit alors uniquement des traitements physiques.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique comprenant :
a)-une étape de préparation d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μιη, de préférence entre 20-500μιη, ayant une teneur en eau inférieure à 20% pds, une densité de grain entre 500 et 900 kg/m , et une vitesse minimale de fluidisation supérieure à zéro et inférieure à 0.15 m/s, de préférence inférieure à 0.1 m/s,
b) -une étape de fluidisation d'une partie au moins de ladite poudre, seule ou en mélange, par injection d'un gaz de fluidisation à une vitesse supérieure ou égale à la vitesse minimale de fluidisation de ladite poudre,
c) -une étape d'injection dudit milieu fluidisé dans une étape de gazéification pour produire un gaz de synthèse contenant CO et H2,
et ladite étape a) de préparation de poudre comporte un traitement biochimique (étapes A à D) avec obtention d'un résidu ligneux et le traitement du résidu ligneux (étape E) avec obtention d'une poudre:
A)- une étape de prétraitement de biomasse lignocellulosique effectuée par voie humide, par chauffage en conditions acides et/ou d'auto-hydrolyse, étape qui génère un substrat prétraité ; de préférence ledit prétraitement est une explosion à la vapeur en conditions acides,
B)-une étape optionnelle de séparation liquide/solide de tout ou partie du substrat prétraité issu de l'étape (A) avec obtention d'un liquide et d'un substrat prétraité contenant le solide,
C) -une étape d'hydrolyse enzymatique du substrat prétraité issu de l'étape (A) et/ou issu de l'étape optionnelle (B), effectuée en présence d'enzymes cellulolytiques ou hémicellulolytiques,
Cl/C2)-éventuellement une étape de fermentation (Cl), l'hydrolyse et la fermentation ayant lieu simultanément ou séparément, et la fermentation étant suivie ou non d'une étape de séparation (C2)
D) -une étape de séparation solide/liquide après hydrolyse enzymatique et/ou, lorsqu'elles existent après fermentation ou séparation, avec obtention d'un résidu ligneux
E) -une étape de séchage de façon à ce que sa teneur en eau soit inférieure à 20% pds, et conditionnement dudit résidu ligneux en poudre dépourvue du caractère fibreux et dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μιη.
De préférence, résidu ligneux en poudre présente en outre une densité de grain entre 500 et 900kg/m3, une densité de chargement entre 200 et 400 kg/m3. Le séchage a lieu généralement à une température de 80-150°C.
Le conditionnement est une opération physique pour séparer les particules agglomérées, par exemple par démottage et/ou décolmatage et/ou homogéinisation et/ou broyage et/ou pastillage-broyage de façon à obtenir une poudre dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μιη, de préférence entre 20-500μιη, ayant une teneur en eau inférieure à 20% pds, et une densité de grain d'entre 500 et 900 kg/m .
Les conditions opératoires des étapes du traitement biochimique sont classiques :
- l'étape A) est effectuée à une température de 120-250°C et avec une teneur en eau du milieu réactionnel d'au moins 35% pds,
- lorsqu'elle existe, l'étape B) comporte éventuellement un lavage du solide et/ou une neutralisation,
- l'étape C) est effectuée à une température de 35-50°C, à un pH compris entre 4 et 6, en présence d'enzymes issues d'une souche sélectionnée dans le groupe formé par Trichoderma, Aspergillus, Pénicillium ou Schizophyllum, Clostridium, de préférence la souche est Trichoderma reesei
- lorsqu'elle existe, la fermentation (Cl) est une fermentation alcoolique, de préférence éthanolique, effectuée à une température de 25-40°C, en présence d'une levure Saccharomyces cerevisiae.
Selon l'invention, le résidu ligneux en poudre est préparé sans torréfaction. Avantageusement, le résidu ligneux issu de l'étape D) du procédé ne subit pas de traitement chimique avant l'étape E).
Dans un mode de réalisation avantageux, le résidu ligneux en poudre issu de l'étape E) est conditionné sous forme de pastilles, pellets ou extradés, puis, avant d'être fluidisé, il est broyé pour obtenir ledit résidu ligneux en poudre. Cette disposition permet le transport et le stockage du résidu en poudre.
Dans le cadre de l'invention on entend par granulométrie d'une poudre la gamme de longueurs caractéristiques de particules composant cette poudre telle que 90% des particules ont une longueur caractéristique supérieure à la borne basse et 90% des particules ont une longueur caractéristique inférieure à la borne haute. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Etape a) de préparation d'une poudre particulière
dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μιη, de préférence entre 20-500μιη, ayant une teneur en eau inférieure à 20% pds, une densité de grain d'entre 500 et 900 kg/m , et une vitesse minimale de fluidisation supérieure à zéro et inférieure à 0.15 m/s, de préférence à 0.1 m/s.
Cette étape a) comporte un traitement biochimique (étapes A à D) avec obtention d'un résidu ligneux et le traitement du résidu ligneux (étape D) pour obtenir ladite poudre.
L'étape A) de prétraitement en voie humide de biomasse ligno-cellulosique pour produire un sub strat prétraité .
L'invention couvre les cas où
- tout ou partie de la biomasse ligno-cellulosique à gazéifier subit le traitement biochimique, le résidu ligneux en poudre étant alors mélangé à la biomasse à gazéifier, cette dernière étant également sous forme de poudre, obtenue par exemple par torréfaction,
- le résidu ligneux en poudre provient d'une autre biomasse ligno-cellulosique, le résidu ligneux en poudre étant alors mélangé à la biomasse à gazéifier, cette dernière étant également sous forme de poudre, obtenue par exemple par torréfaction.
La biomasse pour l'étape A est généralement disponible sous forme de plaquettes forestières ou de copeaux de bois ou de paille. La taille des particules est typiquement comprise entre 5 et 500 mm, et préférentiellement comprises entre 20 et 400 mm et encore plus préférentiellement entre 40 et 250 mm.
L'étape A comprend au moins une étape de traitement en voie humide, par chauffage et en conditions acides et/ou d'auto-hydrolyse de la biomasse réalisée généralement dans les conditions suivantes:
• température comprise entre 120°C et 250°C, préférentiellement entre 160°C et 200°C,
• réalisée en conditions acides et/ou d'auto-hydrolyse,
• teneur en eau du milieu réactionnel d'au moins 35% pds. Cette étape A peut être mise en œuvre soit en discontinu (batch) soit en continu. Généralement, la durée est comprise entre 30 secondes et 60 minutes, préférentiellement moins de 30 minutes.
L'étape de prétraitement en voie humide a pour but de rendre la matrice cellulosique accessible aux enzymes mises en œuvre dans l'étape ultérieure (C) d'hydrolyse enzymatique. Lorsque la biomasse lignocellulosique est chauffée en conditions humides, il se produit une hydrolyse partielle des fonctions acides présentes. L'étape de prétraitement en voie humide (A) a comme conséquence la solubilisation partielle des hémicelluloses (contenant notamment des sucres C5) et la destruction partielle des fibres. Elle peut être précédée d'une étape de conditionnement incluant par exemple un broyage, un épierrage ou autre.
L'étape de prétraitement selon l'étape (A) du procédé selon l'invention peut se faire selon tous types de prétraitement de biomasse lignocellulosique en conditions acides et/ou d'auto- hydrolyse connus de l'homme du métier. L'étape de prétraitement peut être un traitement thermique, chimique, mécanique et/ou enzymatique ou une combinaison de ces traitements. L'explosion à la vapeur sans acide ou encore le prétraitement par lavage à l'eau très chaude sont considérés comme des prétraitements acides au regard de la présente invention (prétraitements jouant sur l'effet d' auto-hydrolyse) . Par exemple, l'étape de prétraitement (A) peut être choisie parmi l'explosion à la vapeur, avec ou sans présence d'un catalyseur acide (acide tel que H2S04), la cuisson en conditions acides, le traitement à l'eau chaude.
Le substrat solide prétraité contient une fraction solide et une fraction liquide. En fonction du type de biomasse traitée, et des conditions opératoires appliquées, la fraction solide du substrat prétraité est comprise entre 10% et 60% pds, de manière préférée entre 30% et 50%.
De manière préférée, le prétraitement de l'étape (A) comprend au moins une étape d'explosion à la vapeur, de préférence en milieu acide. Dans le procédé d'explosion à la vapeur, la biomasse lignocellulosique est portée rapidement à haute température (150°-250 °C) par injection de vapeur sous pression. Cette montée en température est suivie d'une décompression brutale, appelée détente ou explosion, qui déstructure la matrice lignocellulosique.
Les temps de séjour varient de 10 secondes à quelques minutes, pour des pressions allant de 10 à 50 bars. De nombreuses configurations sont possibles pour réaliser l'explosion à la vapeur.
La présence d'acide améliore la sélectivité de l'hydrolyse et permet de conserver une grande proportion, typiquement plus de 60%, des hémicelluloses sous forme de sucres monomériques ou oligomériques dans la phase liquide, tout en limitant fortement la formation de produits de dégradations comme le furfural (issu des pentoses) et le 5-HMF (issu des hexoses).
L'utilisation d'un catalyseur acide permet de diminuer la température du procédé de 150°C à 200°C contre 250°C pour l'explosion à la vapeur sans acide, et ainsi de minimiser la formation de composés de dégradation. La mise en contact du catalyseur acide avec la biomasse peut être réalisée par une imprégnation préalable de la biomasse à l'acide et/ou une injection de l'acide dans le réacteur d'explosion.
La mise en contact de la biomasse et du catalyseur acide se fait par toutes les techniques connues de l'homme de l'art.
Les conditions opératoires de l'imprégnation lorsqu'elle est réalisée avant l'explosion vapeur sont les suivantes :
• La température d'imprégnation est comprise entre 20°C et 99°C, et préférentiellement entre 60°C et 90°C.
• L'acide mis en œuvre peut être un acide minéral, de type H2SO4, ou un acide organique comme l'acide acétique, acide formique. De manière préférée dans le cadre de la présente invention, l'acide choisi est H2SO4.
• La concentration d'acide dans la solution aqueuse d'acide est comprise entre 0,01% poids et 8% poids et préférentiellement entre 0,02% poids et 3% poids,
• Le temps de contact est de quelques secondes à 24 heures, de préférences moins de 12h et encore plus préférentiellement moins de 2h. Dans une mise en œuvre particulière du procédé, l'introduction de l'acide se fait directement dans le réacteur d'explosion à la vapeur.
En fonction de la teneur en MS en sortie de l'imprégnation et de celle mise en œuvre dans l'étape ultérieure d'explosion à la vapeur lorsque celle-ci est séparée, une étape de réduction de la teneur en liquide du mélange imprégné est réalisée. Cette séparation est réalisée par les techniques connues de séparation solide/liquide et peut faire appel par exemple à un écoulement gravitaire, à l'application d'une pression mécanique de type compression, à l'application d'une pression de compactage comme dans le cas de l'utilisation d'un filtre- presse, ou à un soutirage sous-vide du liquide comme par exemple avec un filtre à bande sous vide, à l'application d'un force centrifuge, etc...
La liqueur acide récupérée à l'issue de cette séparation peut-être tout ou partie recyclée pour l'imprégnation.
Préférentiellement, la phase solide introduite dans l'explosion à la vapeur, a une teneur en MS (teneur en matière sèche exprimée en poids) supérieure à 25%, et encore plus préférentiellement supérieure à 40%. La séparation peut être réalisée de manière concomitante à l'introduction de la biomasse imprégnée dans le réacteur d'explosion à la vapeur
A la sortie du réacteur d'explosion, le mélange est détendu et un substrat prétraité contenant le solide est récupéré. Dans une variante, une phase vapeur peut-être séparée par exemple en envoyant le mélange dans un cyclone permettant de séparer une phase vapeur en tête et les phases liquide et solide en fond. Dans une autre variante de l'explosion vapeur, le mélange détendu est envoyé dans un « blow-tank » (réservoir) avec injection d'eau pour refroidir le mélange, il n'y a alors pas de phase vapeur.
B) une étape optionnelle de séparation liquide/solide avant hydrolyse enzymatique de tout ou partie du substrat prétraité issu de l'étape (A) permettant de libérer :
· une fraction solide contenant généralement entre 15% et 50% poids de fraction solide, et de préférence entre 20% et 45% poids de fraction solide, qui rejoint la suite des étapes (C) et (D)
• une fraction liquide contenant au moins 60% poids des sucres solubles initialement présents dans le substrat engagé dans cette étape, préférentiellement plus de 75%, et de manière encore préférée plus de 85% des sucres solubles (monomères et oligomères).
Cette étape peut comporter un lavage du solide et/ou une neutralisation de l'acide. Cette étape de séparation d'une fraction liquide et d'une fraction solide est positionnée en aval de l'étape (A) de prétraitement, avant l'hydrolyse enzymatique. Cette étape (B) peut traiter tout ou partie du substrat prétraité issu de l'étape (A).
Les sucres issus de hémicellulose et hydrolysés au cours de l'étape A, ainsi que l'acide le cas échéant, sont présents dans la fraction liquide du substrat prétraité en sortie de l'étape A). En fonction de la MS du substrat prétraité, il peut être intéressant de séparer une partie de la fraction liquide pour augmenter la teneur en MS pour les étapes ultérieures du procédé. L'étape (B) peut aussi servir à extraire un jus contenant des sucres issus des hémicelluloses pour les valoriser séparément. On appellera indifféremment dans la suite du texte « substrat prétraité » le produit issu de l'étape A) ou la fraction solide issue de l'étape B), ce substrat contient le solide.
La séparation solide/liquide et le lavage optionnel peuvent être réalisés par toutes les techniques connues de l'homme de l'art.
La séparation solide/liquide peut faire appel par exemple à un écoulement gravitaire, à l'application d'une pression mécanique de type compression, à l'application d'une pression de compactage comme dans le cas de l'utilisation d'un filtre-presse, ou à un soutirage sous vide du liquide comme par exemple avec un filtre à bande sous vide, à l'application d'un force centrifuge, etc ..
Un lavage du solide peut être réalisé par une mise en contact du liquide de lavage et du substrat prétraité suivi d'une séparation solide/liquide qui peut par exemple mettre en œuvre l'une des techniques suivantes : centrifugation, essorage ou pressage, filtration, décantation. Le lavage peut aussi être réalisé par déplacement en utilisant des technologies comme le filtre à bande. Cette étape de séparation peut être répétée pour obtenir de meilleures performances de lavage. Le liquide de lavage peut circuler à contre-courant du solide afin d'obtenir de bonnes performances de lavage, tout en limitant la consommation de phase liquide.
De manière préférée, le liquide de lavage utilisé contient plus de 95% d'eau. Le liquide de lavage peut aussi être prélevé sur un des flux liquides du procédé de valorisation aval du jus de C5 et/ou des sucres issus de l'étape (C).
Le ratio de lavage, défini comme le rapport de la masse de liquide de lavage ajoutée sur la masse de la fraction liquide du substrat prétraité est compris entre 1 et 10, et préférentiellement compris entre 1,5 et 4.
L'acide résiduel peut être neutralisé par l'ajout d'une base dans le liquide utilisé pour le lavage et/ou dans la phase liquide récupérée en sortie du lavage.
C) Etape d'hydrolyse enzymatique du substrat prétraité issu de l'étape (A) et/ou éventuellement de l'étape optionnelle (B), effectuée en présence d'enzymes cellulolytiques ou hémicellulolytiques.
Une étape d'hydrolyse enzymatique du substrat prétraité issu de l'étape (A) et/ou éventuellement de l'étape optionnelle (B) dans laquelle le substrat est mis en contact avec un cocktail d'enzymes cellulolytiques et/ou hémicellulolytiques produites par un microorganisme. Des microorganismes, comme les champignons appartenant aux genres Trichoderma, Aspergillus, Pénicillium ou Schizophyllum, ou les bactéries anaérobies appartenant par exemple au genre Clostridium, produisent ces enzymes, contenant notamment les cellulases et les hémicellulases, adaptées à l'hydrolyse poussée de la cellulose et des hémicelluloses.
Cette étape a généralement lieu dans les conditions suivantes:
· un mode de réalisation en continu, discontinu (batch) ou discontinu alimenté (fed- batch)
un temps de séjour généralement compris entre 12h et 168h, et préférentiellement entre 24h et 144h et encore plus préférentiellement moins de lOOh
une concentration initiale en matière solide établie généralement entre 5% et 25%pds dans le mode de réalisation discontinu et discontinu alimenté, préférentiellement entre 7% et 20%pds, et une concentration moyenne en matière solide entre 5% et 15%pds dans le mode de réalisation continu un taux d'avancement de l'hydrolyse de la cellulose en fin d'étape qui se situe généralement entre 40% et 99%, et de manière préférée entre 50% et 95%, de manière encore plus préférée de plus de 55%, le taux d'avancement est défini comme étant le ratio entre la quantité de cellulose hydrolysée par la quantité de cellulose entrée contenue dans le substrat prétraité,
• un taux d'avancement de l'hydrolyse des hémicelluloses de la biomasse native de plus de 50% sur l'ensemble des étapes A à C, et préférentiellement plus de 65% et plus préférentiellement plus de 90%, le taux d'avancement est défini comme étant le ratio entre la quantité d'hémicellulose hydrolysée par la quantité d'hémicellulose entrée contenue dans la biomasse native
• de préférence, les enzymes sont issues d'une souche choisie parmi Trichoderma, Aspergillus, Pénicillium ou Schizophyllum, Clostridium, de préférence la souche est Trichoderma reesei
• la température est généralement de 35-50°C et le pH entre 4 et 6, et préférentiellement entre 4,5 et 5,5 et préférentiellement entre 4,8 et 5,2.
Le micro-organisme producteur des enzymes peut être produit dans une ligne de production indépendante qui peut être réalisée sur site ou hors site.
De façon très préférée, le micro-organisme utilisé est Trichoderma reesei.
Les cellulases, respectivement les hémicellulases, transforment par hydrolyse la cellulose, respectivement l'hémicellulose, en sucres qui peuvent se dissoudre en phase aqueuse. Dans l'étape (C), les conditions de l'hydrolyse enzymatique, principalement la combinaison du taux de matière sèche du mélange à hydrolyser, la quantité d'enzymes utilisée et la durée, sont choisies de telle façon que l'on obtienne une solubilisation de la cellulose comprise entre 40% et 99% poids, de préférence entre 50% et 95% poids par rapport au poids total de cellulose contenu dans le substrat prétraité.
Cl) Etape optionnelle de fermentation
Selon une variante du procédé, une étape optionnelle de fermentation des sucres présents dans l'hydrolysat issu de l'étape (C) est réalisée.
L'étape Cl est l'étape de fermentation par un micro-organisme de l'hydrolysat obtenu à l'hydrolyse enzymatique. Les sucres fermentescibles sont ainsi transformés en alcools et/ou solvants et/ou acides ou autres produits d'intérêt par des levures ou autres micro-organismes. La fermentation est réalisée le plus souvent à une température comprise entre 25°C et 40°C, le plus souvent entre 30°C et 37°C. A l'issue de cette étape, on obtient un moût de fermentation comprenant des matières en suspension et une phase liquide dans laquelle se trouve le ou les produits recherchés (alcools et/ou solvants). L'étape (Cl) n'a pas d'impact sur le granulométrie du solide présent.
Lorsque les étapes d'hydrolyse enzymatique (C) et de fermentation alcoolique (Cl) sont réalisées simultanément dans un même réacteur, on parle de procédé SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation).
Lorsqu'on réalise simultanément l'hydrolyse enzymatique des polymères de sucres et la fermentation du glucose et xylose, on parle de procédé SSCF (Simultaneous Saccharifiaction and Co Fermentation).
En procédé SSF et SSCF, la température est choisie dans la gamme de température de la fermentation, le plus souvent entre 30°C et 37°C.
Le ou les microorganismes mis en œuvre à l'étape (Cl) peuvent être choisis par exemple parmi les éléments suivants : les levures du genre Saccharomyces, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Kluyveromyces fragilis, Candida shehatae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophilis ou les bactéries du genre Zymomonas mobilis, Clostridium, Escherichia coll.
Les produits de fermentation sont préférentiellement des alcools (fermentation alcoolique) comme par exemple l'éthanol, l'acétone, le butanol, l'iso-butanol, l'isopropanol, etc., seul ou en mélange, des sucres-alcool comme le xylitol et/ou des solvants (fermentation ABE).
Les produits peuvent aussi être des acides comme l'acide succinique, l'acide lactique ou encore des acides gras.
De manière préférée, le produit de la fermentation des sucres à l'étape (Cl) est l'éthanol, c'est une fermentation éthanolique.
De manière préférée, le micro-organisme mis en œuvre à l'étape (Cl) est une levure du genre Saccharomyces cerevisiae, de préférence utilisée en fermentation éthanolique.
Ainsi, de manière préférée, la fermentation (Cl) est une fermentation alcoolique, de préférence éthanolique, effectuée à une température de 25-40°C, en présence d'une levure Saccharomyces cerevisiae. C2) Etape optionnelle de séparation du produit de fermentation
Selon cette variante du procédé, une étape optionnelle de séparation du produit de la fermentation des sucres de l'étape (Cl) est mise en œuvre .
L'étape (C2) est une étape de séparation/purification, du produit qui permet d'obtenir un produit purifié (alcool...). Cette séparation peut être réalisée pour toutes les techniques connues de l'homme de l'art et sera adaptée en fonction des propriétés physico-chimiques et thermodynamiques du produit à séparer. Cette séparation peut mettre en œuvre notamment des techniques de distillation, d'extraction liquide- liquide, des procédés membranaires, des tamis moléculaires, etc .. Cette séparation se fait de préférence par distillation, notamment dans le cas de fermentation alcoolique.
Outre le produit recherché, il est également obtenu à la séparation (distillation par exemple) un gâteau contenant la lignine (décrit ci-après).
D) une étape de séparation liquide/solide placée en aval de l'étape (C)
Cette étape de séparation solide/liquide doit être mise en œuvre sur un solide issu d'un prétraitement sous conditions acides (tel que défini précédemment) et ayant subi une hydrolyse enzymatique (telle que définie précédemment).
Cette étape de séparation solide/liquide peut être plus précisément réalisée
- dans le cas où il n'y a pas de fermentation ou autre traitement : immédiatement après hydrolyse enzymatique (étape C)
- dans le cas où il y a une fermentation (étape Cl) :
- lorsque (C) et (Cl) sont réalisées de manière séparée : entre les étapes (C) et (Cl)
- lorsque (C) et (Cl) sont réalisées de manière concomitante : entre les étapes (Cl) et
(C2)
- lorsque (C) et (Cl) sont réalisées de manière séparée ou concomitante : dans l'étape (C2) ou en aval de l'étape (C2).
Cette séparation a lieu sur tout ou partie du flux en sortie de l'étape (C), et de préférence la totalité, permettant de récupérer généralement plus de 80%, et plus préférentiellement plus de 85% et encore plus préférentiellement plus de 90% de la fraction solide engagée à cette étape. Elle peut être réalisée par toutes les techniques connues de l'homme de l'art. Par exemple, elle peut faire appel à un écoulement gravitaire, à l'application d'une pression mécanique de type compression, à l'application d'une pression de compactage comme dans le cas de l'utilisation d'un filtre-presse, ou à un soutirage sous vide du liquide comme par exemple avec un filtre à bande sous vide, à l'application d'une force centrifuge, etc ..
Les limites actuelles des équipements de séparation solide/liquide conduisent à la présence d'une partie de la phase liquide dans le gâteau extrait, entre 25 et 80% poids.
L'étape d'extraction du résidu solide peut être réalisée immédiatement après l'étape d'hydrolyse enzymatique (C). Dans ce cas, le gâteau extrait comprend d'une part une phase liquide comprenant entre 75 et 99% poids d'eau, et des sucres et d'autre part des résidus solides, comprenant de la cellulose non-hydrolysée, des hémicelluloses non hydrolysées, de la lignine et autres composés insolubles initialement présents dans le substrat.
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape d'extraction du résidu solide peut être réalisée entre Cl et C2, soit immédiatement après l'étape de fermentation (étape Cl). Dans ce cas, le gâteau extrait comprend d'une part une phase liquide comprenant entre 75% et 99%poids d'eau, des alcools et/ou solvants (produits) et des sucres non-convertis; et d'autre part, des résidus solides, comprenant de la cellulose non-hydrolysée, des hémicelluloses non hydrolysées, de la lignine et autres composés insolubles initialement présents dans le substrat; ainsi qu'une quantité de micro-organismes alcooligènes (comprise entre 2% et 20% en fonction des performances de l'hydrolyse enzymatique et de la fermentation alcoolique). Selon un autre mode de réalisation, l'étape d'extraction du résidu solide est réalisée après l'étape de séparation/purification (étape C2). Dans ce cas, le gâteau extrait comprend d'une part une phase liquide comprenant entre 80 et 99%poids d'eau, des sucres non-convertis et des traces de produits (moins de 0,1%); et d'autre part des résidus solides, comprenant de la cellulose non-hydrolysée, des hémicelluloses non hydrolysées, de la lignine et autres composés insolubles initialement présents dans le substrat; ainsi qu'une faible quantité de micro-organismes alcooligènes (comprise entre 2% et 20% en fonction des performances de l'hydrolyse enzymatique et de la fermentation alcoolique).
Il y a lieu de préciser que les séparations de phase solide et liquide mises en œuvre dans le cadre de la présente invention (étapes B, D) conduisent généralement à deux flux : • Une phase dite liquide qui contient du liquide et éventuellement une petite portion de solide, typiquement moins de 5% pds de solides, et préférentiellement moins de 1% de solides,
• Une phase dite solide qui contient la majeure partie du solide ainsi qu'une fraction liquide. Typiquement, la teneur en solides de cette phase se situe entre 10% et 60% pds, préférentiellement entre 30% et 50%.
La présence de liquide dans la phase solide est due aux limitations des équipements de séparations solide/liquide existants sur les unités industrielles.
L'étape de séparation solide/liquide peut éventuellement être couplée à un lavage de façon similaire au lavage décrit précédemment.
On entend par étape D) une étape de séparation du procédé biochimique qui peut comporter une ou plusieurs hydrolyses enzymatiques.
E) une étape de séchage et éventuellement de conditionnement du solide (ou résidu ligneux) issu de l'étape de séparation (D).
Une phase de séchage est indispensable pour enlever la fraction humide du solide résultant de l'étape (D) de séparation, et obtenir une poudre sèche transportable par des moyens pneumatiques en vue de son injection dans l'unité de gazéification à flux entraîné.
Le solide en sortie de l'étape de séparation (D) est séché au moyen de toute technique de séchage connue de l'homme de l'art. Il peut être séché par exemple dans un four tournant à l'air chaud. Le séchage est effectué à une température d'entre 80°C et 150°C, plus préférentiellement entre 100°C et 125°C.
Le produit en sortie de la phase de séchage a une teneur en eau inférieure à 20%pds, et préférentiellement comprise entre 0,5% et 10%pds, ou encore 3-10% pds.
Le conditionnement du solide peut avoir lieu avant, pendant ou après le séchage. Il a pour objectif l'obtention d'une poudre ayant les caractéristiques recherchées, en termes de granulométrie, humidité, vitesse minimale de fluidisation.
Le conditionnement sert à casser d'éventuels agglomérats de particules formés pendant les étapes de séparation et séchage ainsi que de réduire la taille des particules dans le cas où elles ne seraient pas aux spécifications pour la gazéification. Le conditionnement sert aussi à homogénéiser le solide. On appelle homogénéisation l'opération de mélange des particules pour l'obtention d'un produit aux caractéristiques uniformes.
Ce conditionnement peut se faire par toute opération physique visant à séparer les particules agglomérées (démottage ou « uncaking », décolmatage); cette opération suffit dans certains cas, sinon elle peut être couplée à un broyage. Ces opérations sont bien connues de l'homme du métier.
Un démottage est particulièrement nécessaire dans les cas où l'étape de séparation (D) est réalisée avec un filtre presse en sortie duquel on obtient un gâteau compact de solide.
Un broyage par écrasement ou par tout autre méthode connu de l'homme du métier (cisaillement, impact...) peut être nécessaire en fonction du type de biomasse et des conditions du traitement.
Le conditionnement peut dans un cas très particulier devenir inutile si en fonction de la nature de la biomasse utilisée et des conditions opératoires de la séparation et du séchage, la granulométrie de la biomasse en sortie de ladite étape de séchage convient pour l'introduction dans le gazéifieur.
Une étape facultative de densification du solide issu de l'étape de séchage peut être utilisée de manière à obtenir des granulés, extradés ou des pastilles pouvant être stockés ou transportés, et nécessitant alors une étape ultérieure de broyage pour revenir à une poudre fine et fluidisable telle que définie dans l'invention. Cette étape est intéressante en particulier en cas de configuration décentralisée (l'unité de prétraitement et l'unité de gazéification ne sont pas sur le même site).
Cette densification permet de diminuer les coûts de transport et évite les risques de sécurité (explosion) liés au transport d'une charge poudre. Ainsi, la densification peut aussi être utile même en cas de configuration centralisée pour des besoins de stockage.
La présence d'une étape de densification induit nécessairement une étape ultérieure de broyage pour revenir à une poudre fine et fluidisable telle que définie précédemment.
Le produit en sortie de l'étape (E) est une poudre sèche finement divisée et présentant des propriétés physiques et de fluidisation adaptées au transport dans une étape de gazéification : - une granulométrie typiquement entre 15 et 900 μιη, et préférentiellement entre 20μιη et
500μιη et de manière encore plus préférée entre 30 et 300μιη
- des particules dépourvues du caractère fibreux, c'est-à-dire que au moins 90% des particules ont un facteur de forme, défini comme le ratio largeur sur longueur de la particule proche de l'unité, de 0.3 à 1, préférentiellement supérieur à 0.5 et encore plus préférentiellement supérieur à 0.8
- un taux d'humidité inférieur à 20%pds, et préférentiellement compris entre 5 et 10% de préférence, une densité de grain d'entre 500 et 900 kg/m3, et préférentiellement entre 600 et 700 kg/m3
- de préférence, une densité de chargement (densité du lit) d'entre 200 et 400 kg/m3 et préférentiellement entre 250 et 350 kg/m3 pour la poudre utilisée seule
- une vitesse minimale de fluidisation basse, supérieure à zéro et inférieure à 0.15 m/s et préférentiellement inférieure à 0,10m/s et encore plus préférentiellement inférieure à 0.05 m/s, voire inférieure à 0.012m/s
- une fluidisation homogène correspondant à une poudre de type A selon le diagramme de Geldart, sans formation des bulles ni des passages préférentiels.
De plus, de façon particulièrement avantageuse, cette poudre présente une aptitude à améliorer la fluidisation d'autres poudres.
En effet, il a été constaté que la poudre obtenue selon la présente invention permet, lorsqu'elle est en mélange avec d'autres charges à traiter présentant des caractéristiques de fluidisation plus médiocres, d'améliorer le comportement à la fluidisation du mélange, par abaissement de la vitesse minimale de fluidisation.
Les proportions de poudre et de charge à traiter sont déterminées, par exemple par test, de façon à ce que la vitesse minimale de fluidisation du mélange soit supérieure à zéro et inférieure à 0.15m/s, et de préférence inférieure à O.lm/s, et soit inférieure à celle de la charge à traiter seule. Ces proportions varient selon les caractéristiques de la charge à traiter et de la poudre de résidu ligneux.
La charge à traiter est à l'état finement divisé (telle qu'entrant en gazéification) ; ce peut être de la biomasse ligno-cellulosique brute ou prétraitée (comme la biomasse torréfiée, la biomasse explosée à la vapeur...) ou un autre matériau (charbon, coke de pétrole...) comme cela est explicité ci-après. La poudre ainsi obtenue (seule ou en mélange) est alors fluidisée dans une étape b).
Ainsi, le résidu ligneux en poudre peut être fluidisé en mélange avec au moins une autre poudre d'origine biomasse ligno-cellulosique et/ou avec au moins une autre poudre d'origine fossile. Etapes b) de fluidisation de la poudre et étape c) d'injection sous pression dans l'étape de gazéification (étape c).
La poudre ainsi obtenue peut être facilement fluidisée et transportée par voie pneumatique en gazéification, et par exemple vers un gazéifieur à flux entraîné pour la production de gaz de synthèse à des pressions élevées. II est possible d'alimenter le gazéifieur à 100% avec de la poudre ligneuse selon l'invention ou bien en co-processing avec un autre matériau également sous forme très divisée.
Le co-processing peut s'entendre de plusieurs façons :
- sur campagne : une seule charge est traitée pendant une période de temps à l'issue de laquelle une nouvelle charge est traitée
- co-processing avec injections séparées : 2 charges sont injectées en même temps mais disposent de 2 circuits d'injection séparés du fait des caractéristiques de fluidisation trop différentes entre les 2 charges
- coprocessing avec co-injection : les 2 charges sont mélangées, fluidisées et injectées ensemble dans le gazéifieur. Le produit selon la présente invention permet ces 3 types de co-processing, assurant ainsi une plus grande flexibilité à l'installation.
Le co-processing de la poudre selon la présente invention peut être réalisé avec toutes les charges destinées au gazéifieur. Par exemple, le co-processing peut être réalisé avec des poudres de charbon, de petcoke ou de tout autre type de poudre de biomasse prétraitée ou à l'état brut. La poudre selon la présente invention peut être traitée avec des charges ayant des propriétés de fluidisation meilleures ou moins bonnes qu'elle.
Lorsque la poudre est ainsi traitée avec une charge ayant des propriétés de fluidisation moins bonnes, les propriétés de fluidisation du mélange peuvent être améliorées par rapport à celles de la charge seule. En particulier, la vitesse minimale de fluidisation se trouve diminuée, voire fortement diminuée, en fonction du pourcentage massique du mélange. De manière préférée, lorsque la vitesse minimale de fluidisation de la poudre à co-processer est moins bonne que celle de la poudre selon la présente invention, cette vitesse minimale reste inférieure à lm/s et de préférence inférieure à 0.8m/s, et de manière encore plus préférée inférieure à 0.3m/s. Le matériau de la charge est donc également sous forme très divisée. Sa granulométrie est généralement dans les mêmes gammes de valeurs que la poudre de résidu ligneux. De manière préférée, la poudre à co-processer a une granulométrie typiquement entre 15 et 900 μιη. De manière encore plus préférée, lorsque la poudre à co-processer est issue de ressources fossiles comme typiquement le charbon ou le coke de pétrole, elle a une granulométrie comprise entre 15 et 400μιη, et de manière plus préférée entre 25 et 200μιη. Lorsque la poudre à co-processer est issue de biomasse, brute ou après un premier traitement, elle a une granulométrie comprise entre 50 et 900μιη, et de manière plus préférée entre 100 et 600μιη.
Grâce à la poudre de résidu ligneux, il a été avantageusement possible d'opérer avec un matériau de granulométrie plus élevée que dans l'art antérieur (autour de ΙΟΟμιη), le choix étant effectué pour remplir le critère de vitesse minimale de fluidisation, ainsi que cela a été précédemment décrit.
Le résidu ligneux en poudre peut être fluidisé en mélange avec au moins une autre poudre d'origine biomasse ligno-cellulosique. Ce peut être la charge à traiter ou un autre matériau. C'est par exemple la biomasse brute ou de la biomasse prétraitée par exemple torréfaction, explosion à la vapeur, ou autre.
Le résidu ligneux en poudre peut être fluidisé en mélange avec au moins une autre poudre d'origine fossile, par exemple du charbon, du coke de pétrole (ou « petcoke ). Le coke de pétrole est un coproduit des raffineries de pétrole.
La poudre ainsi obtenue peut être introduite dans une étape gazéification produisant du syngas, choisie parmi une gazéification à flux entraîné à injection sèche, une gazéification à lit fluidisé ou une gazéification à lit mobile.
Elle convient particulièrement dans une étape de gazéification à flux entraîné à injection sèche. Dans le cas d'un gazéifieur à flux entraîné, la fluidisation dans le système d'injection a lieu à des conditions de pressions supérieures à la pression visée dans le gazéifieur afin d'assurer l'écoulement du produit fluidisé vers le gazéifieur et compenser les pertes de charge dans les systèmes de transport et d'injection. De manière préférée, la fluidisation a lieu à une pression comprise entre 2 bars et 120 bars, et préférentiellement 5 bars et 80 bars et encore plus préférentiellement entre 12 bars et 50 bars. Le gaz de fluidisation est généralement un gaz inerte utilisé à cet effet, par exemple l'azote, le gaz carbonique...
Plus la pression dans l'étape de fluidisation est élevée, plus l'intérêt est grand d'utiliser une poudre ayant une vitesse minimale de fluidisation faible. En effet, la fluidisation s'opère pour un débit volumique de gaz fixé selon les propriétés de la poudre. Plus la vitesse minimale de fluidisation de la poudre est faible, plus le débit volumique de gaz nécessaire à la mise en fluidisation et au maintien d'un régime stable sera petit. Lorsque la pression augmente, la masse volumique (en kg / m ) du gaz augmente également. A un débit volumique de gaz fixé correspondent donc des débits massiques et molaires beaucoup plus élevés lorsque la pression augmente. Pour des systèmes industriels travaillant à forte pression, et typiquement plus de 12 bars, traiter une poudre ayant une vitesse minimale de fluidisation faible permet d'une part de diminuer la consommation de gaz inerte (ainsi que son coût de compression), mais aussi de limiter la dilution molaire du syngas par le gaz inerte de fluidisation, et de limiter ainsi la taille des équipements avals de traitement du syngas. En gazéification, et notamment dans un gazéifieur à flux entraîné, on opère généralement à une pression de 20-80 bars et une température de 1200-1600°C. Dans les technologies de gazéifications à lit fluidisé ou à lit mobile, on opère généralement à des températures plus basses et typiquement inférieures à 1000°C. La gazéification produit un syngas ultérieurement traité pour la production de biocarburants ou d'autres produits chimiques, ou bien pour une utilisation énergétique dans des centrales à cycle combiné, par exemple.
Le procédé selon l'invention est particulièrement bien adapté aux procédés de traitement de biomasse lignocellulosique qui utilisent une étape de gazéification produisant un syngas riche en CO et H2 et ayant pour objectif la production de biocarburants (i.e. au moins en partie issus de biomasse). Les techniques de fluidisation et de gazéification sont classiques et connues de l'homme du métier.
L'invention présente un autre avantage important au plan industriel : le résidu ligneux en poudre est facilement mis sous forme de pastilles ou extradés, ou autre forme. Il peut alors être transporté facilement sous cette forme sur un autre site, ou stocké. Par simple broyage, il est de nouveau obtenu la poudre ayant les caractéristiques décrites pour la fluidisation.
Les figures
L'invention est illustrée par les figures suivantes.
La figure 1 jointe représente un diagramme par bloc du procédé de production d'un résidu ligneux en poudre selon l'invention.
Les étapes optionnelles sont présentées en pointillées.
On reconnaît sur la figure 1 les étapes du procédé du procédé biochimique pour la préparation du résidu ligneux :
La biomasse ligno-cellulosique (1) subit une étape de prétraitement (A) en voie humide. De préférence, mais sans être obligatoire, le substrat prétraité (2) est soumis à une étape de séparation (B) du liquide (3), dans laquelle éventuellement la fraction solide est lavée et neutralisée, la fraction solide est ensuite envoyée (ligne 4) dans l'étape (C) d'hydrolyse enzymatique. En l'absence d'étape (B), le substrat prétraité (2) est envoyé directement dans l'étape (C).
L'effluent (5) issu de l'hydrolyse enzymatique est selon la figure 1 soumis à l'étape (D) de séparation du liquide (6) et le résidu ligneux solide (7) est obtenu.
La figure 1 montre également schématiquement l'étape (E) de séchage et de conditionnement du résidu ligneux (7), de façon à obtenir un résidu ligneux en poudre (8) présentant les caractéristiques selon l'invention. Ce résidu (8) est alors soumis l'étape (b) de fluidisation dans le réacteur (9), le gaz de fluidisation est injecté par la conduite (10). Le milieu fluidisé (11) est alors apte à être injecté au gazéifieur dans l'étape d'injection (12).
Les conditions de ces étapes sont celles décrites précédemment.
La figure 2 représente un diagramme par bloc d'un mode de réalisation particulier de production d'un résidu ligneux en poudre selon l'invention, le résidu étant obtenu dans un procédé de production de biocarburant (BTL). On reconnaît les étapes décrites précédemment. Le procédé comporte en outre les étapes : Cl) Etape de fermentation des sucres issus de l'hydrolyse de la biomasse
C2) Etape de distillation du vin issu de la fermentation.
L'effluent (5) issu de l'hydrolyse enzymatique est fermenté dans une étape (Cl) de fermentation, qui peut être séparée ou non de l'hydrolyse enzymatique (procédés connus). Un effluent fermenté (13) est obtenu, qui est généralement distillé (étape C2) pour séparer le produit recherché (14), par exemple l'éthanol.
Dans ce mode de réalisation, l'étape (D) de séparation liquide/solide peut être située
- entre les étapes (C) et (Cl) pour séparer à partir de l'effluent issu de l'hydrolyse enzymatique le liquide (6) du résidu ligneux (7) -c'est le mode de réalisation de la figure 1-, ou
- entre les étapes (Cl) de fermentation et (C2) de distillation, pour séparer à partir de l'effluent (13) le liquide (6) du résidu ligneux (7), ou
- en aval de l'étape (C2) de distillation pour séparer à partir du gâteau (15) le liquide (6) du résidu ligneux (7). Les conditions de ces étapes sont celles décrites précédemment.
EXEMPLES
Exemple 1
La charge traitée est de la paille brute de composition suivante, à un débit de 80 kilogrammes (kg) de paille brute /heure. Les teneurs ci-dessous sont données en % poids.
Figure imgf000033_0001
Cette paille est d'abord broyée à 50mm dans un atelier de conditionnement (déballotage, épierrage, broyage 50mm). Les pertes matière dans cette atelier sont de 2,5%poids.
La paille est ensuite imprégnée avec une solution acide dont le pH est de 1,1 puis introduite dans un réacteur d'explosion à la vapeur en continu. Les conditions de l'explosion à la vapeur sont les suivantes : temps de séjour 6 minutes, température 175°C. A la sortie du réacteur d'explosion, le mélange est détendu et passe par un cyclone permettant la séparation d'une phase vapeur et d'une phase mixte solide/liquide qui est la paille prétraitée.
La paille prétraitée est neutralisée puis introduite dans une unité de conversion en éthanol dans laquelle la paille prétraitée est diluée à 23%MS et mise en contact avec une solution enzymatique et une levure de type Saccharomyces génétiquement modifiée pour fermenter le xylose.
Les conditions de mise en œuvre permettent d'obtenir un rendement éthanol / sucres de 0,41 g d'éthanol / g de sucres (glucose + xylose). Le taux d'avancement de l'hydrolyse de la cellulose, défini comme étant le ratio entre la quantité de cellulose hydrolysée par la quantité de cellulose entrée contenue dans le substrat prétraité, est de 88%. Le taux d'avancement de l'hydrolyse des hémicelluloses, défini comme étant le ratio entre la quantité d'hémicellulose hydrolysée par la quantité d'hémicellulose entrée contenue dans la biomasse native, est de 84%. Après cette étape, 286 kg/heure de vin de fermentation sont envoyées dans une unité de distillation qui permet de produire : 18,2 kg/h d'une solution concentrée en éthanol à 92%poids et 268,2 kg/h de vinasses.
Les vinasses sont envoyées dans une étape de séparation solide/liquide effectuée par filtre- presse. Après la séparation solide/liquide, on obtient des vinasses claires qui sont traitées dans une unité de traitement des eaux usées pour éliminer la majorité de la matière organique soluble avant rejet.
Le gâteau solide est constitué de 41% de solides, 56,8% d'eau et 2,2% de matière soluble. Ce gâteau est séché à 105°C dans une étape de séchage qui permet de conserver 100% du solide et 85% de la matière soluble tout en éliminant 99% de l'eau. Le solide est ensuite demotté pour séparer les agrégats de particules. On obtient ainsi 25 kg / heure d'une phase solide finement divisée de composition :
Figure imgf000034_0001
Cette phase solide a une granulométrie entre 60 et 400 μιη et a une vitesse de fluidisation de 0,012 m/s sans nécessité de broyage supplémentaire ; elle constitue une charge idéale pour un procédé de gazéification.
La charge est utilisée dans un procédé de production de syngas. Le combustible solide est extrait de la trémie de stockage et dosé par un alimentateur gravimétrique à vitesse variable. Il est ensuite introduit par gravité dans une première trémie de mise en pression. Après isolement amont et aval, la trémie est pressurisée à 35 bars à l'aide de l'azote. Une fois la pression requise atteinte, la vanne avale s'ouvre et le produit est transféré dans une seconde trémie depuis laquelle il est mis en fluidisation puis véhiculé pneumatiquement en phase diluée vers le gazéifieur qui est opéré à 32 bars.
Les autres conditions opératoires du gazéifieur sont classiques pour ce type de technologie. La mise en pression et la fluidisation se faisant en mode batch sur une ligne d'injection, plusieurs lignes d'injection sont opérées en parallèle afin d'assurer une alimentation en continu du gazéifieur. Exemple 2
La poudre produite à l'exemple 1 ayant une granulométrie entre 60 et 400 μιη et une vitesse de nuidisation de 0,012 m/s est traitée (co-processée) en co-injection avec du hêtre torréfié et broyé ayant une granulométrie entre 90μιη et 600μιη et une vitesse minimale de nuidisation de 0,080 m/s. Les débits sont de 25 kg / heure de poudre produite selon l'invention et de 20 kg / heure de hêtre torréfié, soit un total de 45 kg / heure de mélange à fluidiser.
Le mélange obtenu a une vitesse minimale de fluidisation de 0,020 m/s. Le mélange solide est extrait de la trémie de stockage et dosé par un alimentateur gravimétrique à vitesse variable. Il est ensuite introduit par gravité dans une première trémie de mise en pression. Après isolement amont et aval, la trémie est pressurisée à 30 bars à l'aide de l'azote. Une fois la pression requise atteinte, la vanne avale s'ouvre et le produit est transféré dans une seconde trémie depuis laquelle il est mis en fluidisation puis véhiculé pneumatiquement en phase diluée vers le gazéifieur qui est opéré à 28 bars. Les conditions opératoires du gazéifieur sont classiques. La mise en pression et la fluidisation se faisant en mode batch sur une ligne d'injection, plusieurs lignes d'injection sont opérées en parallèle afin d'assurer une alimentation en continu du gazéifieur.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de traitement de biomasse ligno-cellulosique comprenant :
a) -une étape de préparation d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 15 et
900μιη, de préférence entre 20-500μιη, ayant une teneur en eau inférieure à 20% pds, une densité de grain entre 500 et 900 kg/m , et une vitesse minimale de fluidisation supérieure à zéro et inférieure à 0.15 m/s, de préférence inférieure à 0.1 m/s, b) -une étape de fluidisation d'une partie au moins de ladite poudre, seule ou en mélange, par injection d'un gaz de fluidisation à une vitesse supérieure ou égale à la vitesse minimale de fluidisation de ladite poudre,
c) -une étape d'injection dudit milieu fluidisé dans une étape de gazéification pour produire un gaz de synthèse contenant CO et H2, et ladite étape a) de préparation de poudre comporte un traitement biochimique (étapes A à D) avec obtention d'un résidu ligneux et le traitement du résidu ligneux (étape E) avec obtention d'une poudre:
A) -une étape de prétraitement de biomasse lignocellulosique effectuée par voie humide, par chauffage en conditions acides et/ou d'auto-hydrolyse, étape qui génère un substrat prétraité ; de préférence ledit prétraitement est une explosion à la vapeur en conditions acides,
B) -une étape optionnelle de séparation liquide/solide de tout ou partie du substrat prétraité issu de l'étape (A) avec obtention d'un liquide et d'un substrat prétraité contenant le solide,
C) -une étape d'hydrolyse enzymatique du substrat prétraité issu de l'étape (A) et/ou issu de l'étape optionnelle (B), effectuée en présence d'enzymes cellulolytiques ou hémicellulolytiques,
Cl/C2)-éventuellement une étape de fermentation (Cl), l'hydrolyse et la fermentation ayant lieu simultanément ou séparément, et la fermentation étant suivie ou non d'une étape de séparation (C2)
D) -une étape de séparation solide/liquide après hydrolyse enzymatique et/ou, lorsqu'elles existent après fermentation ou séparation, avec obtention d'un résidu ligneux
E) - une étape de séchage de façon à ce que sa teneur en eau soit inférieure à 20% pds, et conditionnement dudit résidu ligneux en poudre dépourvue du caractère fibreux et dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μιη. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le résidu ligneux en poudre présente en outre une densité de grain entre 500 et 900kg/m3, une densité de chargement entre 200 et 400 kg/m3.
Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le séchage a lieu à une température de 80-150°C, de préférence 120-125°C.
Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le conditionnement est une opération physique pour séparer les particules agglomérées, par exemple par démottage et/ou décolmatage et/ou homogéinisation et/ou broyage et/ou pastillage- broyage de façon à obtenir une poudre dont la granulométrie est comprise entre 15 et 900μιη, de préférence entre 20-500μιη, ayant une teneur en eau inférieure à 20% pds, et une densité de grain d'entre 500 et 900 kg/m .
Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel
- l'étape A) est effectuée à une température de 120-250°C et avec une teneur en eau du milieu réactionnel d'au moins 35% pds,
- lorsqu'elle existe, l'étape B) comporte éventuellement un lavage du solide et/ou une neutralisation,
- l'étape C) est effectuée à une température de 35-50°C, à un pH compris entre 4 et 6, en présence d'enzymes issues d'une souche sélectionnée dans le groupe formé par Trichoderma, Aspergillus, Pénicillium ou Schizophyllum, Clostridium, de préférence la souche est Trichoderma reesei.
Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape D) est réalisée :
- dans le cas où il n'y a pas de fermentation ou autre traitement : immédiatement après hydrolyse enzymatique (étape C)
- dans le cas où il y a une fermentation (étape Cl) :
-lorsque (C) et (Cl) sont réalisées de manière séparée : entre les étapes (C) et (Cl)
-lorsque (C) et (Cl) sont réalisées de manière concomitante : entre les étapes (Cl) et (C2)
-lorsque (C) et (Cl) sont réalisées de manière séparée ou concomitante : dans l'étape (C2) ou en aval de l'étape (C2).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la fermentation (Cl) est une fermentation alcoolique, de préférence éthanolique, effectuée à une température de 25-40°C, en présence d'une levure Saccharomyces cerevisiae.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le résidu ligneux en poudre est préparé sans torréfaction.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le résidu ligneux issu de l'étape D) du procédé ne subit pas de traitement chimique avant l'étape E).
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite étape de gazéification est opérée dans un gazéifieur à flux entraîné à injection sèche. 11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel ladite étape de gazéification est opérée avec un lit entraîné, à une pression de 20-80 bars et une température de 1200-1600°C.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le résidu ligneux en poudre est fluidisé en mélange avec au moins une autre poudre d'origine biomasse ligno- cellulosique. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le résidu ligneux en poudre est fluidisé en mélange avec au moins une autre poudre d'origine fossile.
14. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le résidu ligneux en poudre issu de l'étape E) est conditionné sous forme de pastilles ou extradés, et, avant d'être fluidisé, il est broyé pour obtenir ledit résidu en poudre. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la gazéification produit un gaz de synthèse ultérieurement traité pour la production de biocarburants ou d'autres produits chimiques, ou bien pour une utilisation énergétique dans des centrales à cycle combiné.
PCT/EP2016/076744 2015-11-09 2016-11-04 Procede de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazeification d'une poudre d'un residu ligneux issu d'un procede biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique Ceased WO2017080933A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1560715A FR3043408A1 (fr) 2015-11-09 2015-11-09 Procede de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazeification d'une poudre d'un residu ligneux issu d'un procede biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique
FR1560715 2015-11-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017080933A1 true WO2017080933A1 (fr) 2017-05-18

Family

ID=55236604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/076744 Ceased WO2017080933A1 (fr) 2015-11-09 2016-11-04 Procede de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazeification d'une poudre d'un residu ligneux issu d'un procede biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3043408A1 (fr)
WO (1) WO2017080933A1 (fr)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110423682A (zh) * 2018-07-13 2019-11-08 江苏普朗德节能科技有限公司 一种物料预处理进出料自动控制方法及系统
CN110643642A (zh) * 2018-06-27 2020-01-03 国家农业研究院 处理木质纤维素生物质的方法
CN113353886A (zh) * 2021-05-17 2021-09-07 俏东方生物燃料集团有限公司 生物氢和生物氨的制备方法
US11286436B2 (en) 2019-02-04 2022-03-29 Eastman Chemical Company Feed location for gasification of plastics and solid fossil fuels
US11447576B2 (en) 2019-02-04 2022-09-20 Eastman Chemical Company Cellulose ester compositions derived from recycled plastic content syngas
US11939406B2 (en) 2019-03-29 2024-03-26 Eastman Chemical Company Polymers, articles, and chemicals made from densified textile derived syngas
FR3155530A1 (fr) * 2023-11-20 2025-05-23 IFP Energies Nouvelles Procédé de traitement d’une biomasse lignocellulosique
US12351654B2 (en) 2019-03-29 2025-07-08 Eastman Chemical Company Polymers, articles, and chemicals made from high concentrated recycle derived syngas

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3090642B1 (fr) 2018-12-21 2020-12-25 Ifp Energies Now Procede de traitement de biomasse lignocellulosique

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007138534A1 (fr) * 2006-05-26 2007-12-06 Elsam Kraft A/S Procédé de production de gaz synthétique à partir de biomasse liquéfiée
WO2014091103A1 (fr) 2012-12-14 2014-06-19 IFP Energies Nouvelles Procede de production de solutions de sucres et d'alcools a partir de biomasse lignocellulosique avec traitement complementaire du residu solide par un sel inorganique hydrate
US20140256012A1 (en) * 2013-03-06 2014-09-11 IFP Energies Nouvelles Process for the production of alcohols and/or solvents from lignocellulosic biomass with washing of the solid residue obtained after hydrolysis
WO2014135755A1 (fr) * 2013-03-06 2014-09-12 IFP Energies Nouvelles Procédé de production d'alcools et/ou de solvants à partir de biomasse lignocellulosique avec lavage du residu solide obtenu après fermentation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007138534A1 (fr) * 2006-05-26 2007-12-06 Elsam Kraft A/S Procédé de production de gaz synthétique à partir de biomasse liquéfiée
WO2014091103A1 (fr) 2012-12-14 2014-06-19 IFP Energies Nouvelles Procede de production de solutions de sucres et d'alcools a partir de biomasse lignocellulosique avec traitement complementaire du residu solide par un sel inorganique hydrate
US20140256012A1 (en) * 2013-03-06 2014-09-11 IFP Energies Nouvelles Process for the production of alcohols and/or solvents from lignocellulosic biomass with washing of the solid residue obtained after hydrolysis
WO2014135755A1 (fr) * 2013-03-06 2014-09-12 IFP Energies Nouvelles Procédé de production d'alcools et/ou de solvants à partir de biomasse lignocellulosique avec lavage du residu solide obtenu après fermentation

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CONDE-MEJIA ET AL.: "Assessment of Combinations between Pretreatment and Conversion Configurations for Bioethanol Production", ACS SUSTAINABLE CHEM. ENG., vol. 1, 2013, pages 956 - 965
D. GELDART: "Types of Gas Fluidisation", PODWER TECHNOLOGY, vol. 7, 1973, pages 285 - 292
HUMBIRD ET AL.: "Process Design and Economics for Biochemical Conversion of Lignocellulosic Biomass to Ethanol", NREL/TP-5100-47764, May 2011 (2011-05-01)
J.-C. VIGUIÉ; N. ULLRICH; P. POROT; L. BOUMAY; M. HECQUET; J. ROUSSEAU: "BioTfueL Project : Targeting the Development of Second-Generation Biodiesel and Biojet Fuels", OIL & GAS SCIENCE AND TECHNOLOGY - REV. IFP ENERGIES NOUVELLES, vol. 68, no. 5, 2013
M. BALAT: "Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway : A review", ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, vol. 52, 2011, pages 858 - 875, XP027505067, DOI: doi:10.1016/j.enconman.2010.08.013
M. VON SILVERS; G. ZACCHI: "Ethanol from lignocellulosics : A review of the economy", BIORESOURCE TECHNOLOGY, vol. 56, 1996, pages 131 - 140, XP002333494, DOI: doi:10.1016/0960-8524(96)00018-1
OHRMAN ET AL.: "Pressurized oxygen blown entrained flux gasification of a biorefineiy lignin residue", FUEL PROCESSING TECHNOLOGY, vol. 115, 2013, pages 130 - 138

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110643642A (zh) * 2018-06-27 2020-01-03 国家农业研究院 处理木质纤维素生物质的方法
AU2019204400B2 (en) * 2018-06-27 2025-01-23 Agro Industries Recherche Et Developpement Method for treating lignocellulosic biomass
CN110423682A (zh) * 2018-07-13 2019-11-08 江苏普朗德节能科技有限公司 一种物料预处理进出料自动控制方法及系统
US11447576B2 (en) 2019-02-04 2022-09-20 Eastman Chemical Company Cellulose ester compositions derived from recycled plastic content syngas
US11312914B2 (en) 2019-02-04 2022-04-26 Eastman Chemical Company Gasification of plastics and solid fossil fuels to produce organic compounds
US11370983B2 (en) 2019-02-04 2022-06-28 Eastman Chemical Company Gasification of plastics and solid fossil fuels
US11286436B2 (en) 2019-02-04 2022-03-29 Eastman Chemical Company Feed location for gasification of plastics and solid fossil fuels
US11802251B2 (en) 2019-02-04 2023-10-31 Eastman Chemical Company Feed location for gasification of plastics and solid fossil fuels
US11939547B2 (en) 2019-02-04 2024-03-26 Eastman Chemical Company Gasification of plastics and solid fossil fuels
US11939546B2 (en) 2019-02-04 2024-03-26 Eastman Chemical Company Gasification of plastics and solid fossil fuels to produce organic compounds
US11939406B2 (en) 2019-03-29 2024-03-26 Eastman Chemical Company Polymers, articles, and chemicals made from densified textile derived syngas
US12351654B2 (en) 2019-03-29 2025-07-08 Eastman Chemical Company Polymers, articles, and chemicals made from high concentrated recycle derived syngas
CN113353886A (zh) * 2021-05-17 2021-09-07 俏东方生物燃料集团有限公司 生物氢和生物氨的制备方法
FR3155530A1 (fr) * 2023-11-20 2025-05-23 IFP Energies Nouvelles Procédé de traitement d’une biomasse lignocellulosique
WO2025108769A1 (fr) * 2023-11-20 2025-05-30 IFP Energies Nouvelles Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique

Also Published As

Publication number Publication date
FR3043408A1 (fr) 2017-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017080933A1 (fr) Procede de traitement de biomasse lignocellulosique incluant la gazeification d'une poudre d'un residu ligneux issu d'un procede biochimique de traitement de biomasse lignocellulosique
EP2430171B1 (fr) Procédé de production d'alcools et/ou de solvants à partir de biomasse lignocellulosique avec recyclage acide des résidus solides
FR3053357B1 (fr) Procede de recuperation d'alcools dans un fermenteur
EP2774992B1 (fr) Procédé de production d'alcools et/ou de solvants à partir de biomasse lignocellulosique avec lavage du residu solide obtenu après hydrolyse
FR3069248A1 (fr) Procede de traitement de biomasse ligno-cellulosique .
WO2020152105A1 (fr) Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique
EP2964771B1 (fr) Procédé de production d'alcools et/ou de solvants à partir de biomasse lignocellulosique avec lavage du residu solide obtenu après fermentation
WO2014060674A1 (fr) Procédé de production d'ethanol à partir de biomasse avec recyclage d'un flux interne comprenant de l'ethanol en amont ou au sein du pretraitement
WO2014091103A1 (fr) Procede de production de solutions de sucres et d'alcools a partir de biomasse lignocellulosique avec traitement complementaire du residu solide par un sel inorganique hydrate
WO2012140334A1 (fr) Procédé de production d'ethanol et de solvants à partir de biomasse lignocellulosique avec recyclage d'un vin butylique obtenu par fermentation des pentoses.
FR3037075A1 (fr) Procede de pretraitement de biomasse en vue de sa gazeification, en particulier pour production de carburant de synthese de seconde generation
EP2697383B1 (fr) Procédé de production d'éthanol à partir de biomasse cellulosique ou lignocellulosique avec recyclage d'un vin éthylique issu de la fermentation des pentoses
CA3138609A1 (fr) Melange de biomasse vapocraquee et de lignine pour la production de granule
EP2909326A1 (fr) Procédé de production d'alcools et/ou de solvants à partir de biomasse avec recyclage d'un flux interne comprenant des alcools et/ou des solvants en amont ou au sein du pretraitement
WO2013107947A1 (fr) Procédé de pretraitement de la biomasse lignocellulosique avec un sel inorganique hydraté permettant d'obtenir une fraction cellulosique et une fraction hémicellulosique
FR3075796A1 (fr) Procede de production de composes oxygenes et/ou d'alcenes, d'hydrogene et de methane a partir de biomasse lignocellulosique
OA18764A (fr) Energies renouvelables de la biomasse du bananier (ERBB).
WO2025108769A1 (fr) Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique
WO2023241996A1 (fr) Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique
WO2024074383A1 (fr) Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique
SK50722007A3 (sk) Spôsob a zariadenie na výrobu glukózy, etanolu, furfuralu, furanu a lignínu z obnoviteľných surovín

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16791590

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16791590

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1