WO2018095989A1 - Procede de fabrication de granules comprenant la recuperation de vapeurs issues du broyage de la biomasse, installation associee - Google Patents

Procede de fabrication de granules comprenant la recuperation de vapeurs issues du broyage de la biomasse, installation associee Download PDF

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vapors
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • biomass is meant here and in the context of the invention, all organic materials used for energy or agronomic purposes.
  • Organic matter means all living matter that can be milled to form granules, whether it is plant-based material including organic waste from agriculture and forestry: agricultural waste, residues food, wood, roots, leaves ..., household or industrial organic waste, sludge from sewage treatment plants ..., mushrooms and animal materials (animal manure ).
  • the invention relates more particularly to the recovery of vapors from the grinding of wet biomass which leads to the production of a flour or powder from which granules are manufactured.
  • the invention applies to any biomass whose granules derived therefrom can be used for energy purposes (biofuel granules) or agronomic .
  • Granules manufactured for agronomic purposes may be fertilizer granules, animal feed pellets.
  • the mechanical treatment of biomass of plant origin containing carbon typically comprises a first stage of coarse grinding, generally at the place of harvest, which makes it possible in particular to facilitate transport and reduce its cost.
  • This first step of grinding is carried out by means of shredder (in English "shredder") and leads to centimetric or millimeter-sized particles, typically wood chips in the wood dies. It is made using grinders with proven technology (hammer mill, knife or scissors). The particles thus crushed Roughly so-called are the so-called inputs of thermochemical conversion or granulation pathways to obtain biofuel pellets.
  • a second mechanical treatment step subsequent to the first is necessary and consists of fine grinding to confer specific properties on the biomass powder.
  • the biomass powder may be flour or wood powder for the manufacture of biofuels in the form of granules.
  • a new type of fine grinding has recently been implemented: it innovatively combines both grinding and drying of inputs. This process was developed by the Canadian company First American Scientific Corporation. This method is particularly advantageous in that it saves heat energy to produce compared to a conventional method in which the wet biomass is first dried beforehand, and once dry is milled.
  • FIG. 1 shows the essential components of the mill as disclosed in the aforementioned patent.
  • This mill 1 comprises a grinding chamber 10 provided with a supply port 12 in moist biomass and air, and an outlet conduit 14 of the ground biomass.
  • the chamber 10 comprises a lower wall 16, a cylindrical lateral wall 18 and a set of generally circular lids 20.
  • a plurality of chains 42 is mounted on a hub 44 which can be rotated in a horizontal plane by a motor 46 via an axis 48.
  • a flywheel can be keyed onto the axis 48 to stabilize the forces exerted by the engine.
  • Deflector plates 50 and a frustoconical hollow torus 52 are arranged above the chains 42 to confine the wet bio mass projected by the chains 42 in rotation.
  • the outlet duct 14 of the chamber 10 is extended towards the upper cylinder of a cyclone separator 22.
  • the solid organic mass particles crushed by bursting against the walls 16, 18, 52 of the chamber 10 are removed from the by air flow and are separated from the air in the cyclone separator 22.
  • the comminuted particles are substantially drier than they were in the input wet biomass 12.
  • the solid particles separated from the The air inside the separator is collected at the bottom of a cone and discharged through a discharge port 24.
  • a fan 30 evacuates the air from the separator to circulate it through a conduit 32 to a condenser 34, then into a heating circuit 36 and, finally, to a number of ejectors 38 from which the air is injected into the grinding chamber. This air circulates through the chamber and then recirculates in the conduit 14 where it returns to the cyclone separator 22.
  • An extraction pipe or vent 40 made in the cover 20 allows a portion of the moisture-laden air containing any residues to be extracted directly into the atmosphere from inside the grinding chamber 10.
  • the inventor has used such a mill to produce biofuel pellets from crushed wood particles extracted.
  • a good water content determines whether a granule can be formed in a press provided for this purpose and how the granule can retain its shape afterwards.
  • control and adjustment mechanisms are needed to help control the moisture content.
  • the finely ground biomass particles Before the finely ground biomass particles are turned into pellets, they must be re-wetted in order to reach the optimum water content for this transformation. There seems to be a consensus on the optimum of moisture with a rate between 10% and 15% for wood particles. Outside this range, if the crushed particles are too dry in the press, the granules obtained become brittle and the operating state of the press becomes such that it is necessary to carry out more frequent maintenance work with costs. related maintenance costs. If the crushed particles are too wet, the flow rate of the press decreases as well as the quality of the granules formed.
  • the object of the invention is to respond at least in part to this need. Presentation of the invention
  • the invention relates, in one of its aspects, to a process for producing granules, comprising the following successive steps:
  • step b recover the vapors resulting from the grinding of the wet biomass, c / condense the recovered vapors, d / introducing and mixing in a pellet press, the ground biomass particles according to step a / and at least a portion of the condensates from step c1.
  • the biomass may advantageously be lignocellulosic biomass constituted by forest chips, or green waste having possibly undergone pre-grinding.
  • the forest chips may advantageously be of the M40 type, with a moisture content of less than 40%, or else green waste, obtained by pre-milling of the M65 type.
  • the pellets when intended for energy purposes, it can be any type of bio-resource that can be converted into biofuel granules.
  • the moisture content of the material introduced into the press, obtained by the condensates is between 5 and 25%, preferably between 10 and 20%, preferably of the order of 15%. It is specified here that this moisture content is a mass percentage is that it is equal to the ratio between the mass difference of wet wood and that of dry wood on the wet wood mass, multiplied by 100.
  • the method may furthermore comprise a step c1 / recovery of the latent heat from the vapors.
  • Step c1 / is advantageously carried out by means of an air exchanger, the heated air being injected at the inlet of the mill implementing step a /.
  • the temperature of the air entering the exchanger may be the ambient temperature, while the temperature of the heated air injected at the inlet of the mill is between 40 and 50 ° C.
  • the latent heat resulting from the grinding is advantageously recovered during this condensation step, to achieve preheating of the bio-input resource mill.
  • the temperature of the air entering the mill can be increased, which promotes its operation because the hot air can absorb more moisture, and therefore the user can inject even more humid resources, typically resources to 40-50%) of moisture as green waste of waste.
  • step d1 can be carried out with addition of an additional binder, preferably containing lignin.
  • temperature of the condensates introduced into the pellet press being between 30 and 60 ° C.
  • the invention also relates, in another of its aspects, to a continuous granule production plant comprising:
  • a wet biomass mill comprising a wet biomass supply port, at least one exhaust orifice of the vapors from the grinding of wet biomass, and a discharge port of ground biomass particles;
  • an air exchanger forming a condenser, a first circuit of which is a circuit for circulating ambient air; a second circuit is the circulation circuit for the vapors extracted from the mill;
  • a pellet press comprising a condensate supply port connected to the second condenser circuit and a ground biomass particle feed port connected to the discharge port of the mill.
  • the first circuit of the condenser is connected to the air supply port of the mill.
  • the invention essentially consists in recovering the vapors extracted during the operation of grinding the biomass (wood or other bio-resources or other biomass) and forcing their condensation, then recovering and injecting the condensates within a pellet press to manufacture biofuel pellets or for agronomic purposes (granules of fertilizer, animal feed pellets).
  • the condensates recovered at the condenser outlet which are composed of hot water containing residues (dust, tannin, lignin, etc.) advantageously serve as additives to the crushed biomass particles.
  • the reuse of hot condensates according to the invention can lead to savings in terms of energy and water consumption of a global facility for manufacturing biofuel pellets.
  • binders are additives which are incorporated at a low level, typically 0.5 to 2.5%, for the sole purpose of increasing the press yield and cohesion of the granules.
  • These substances can be of organic or mineral origin.
  • lignosulfites are by-products of the paper industry, including organic compounds extracted from wood (lignin).
  • Pilot-scale tests generally show a positive influence of the addition of lignosulfites on the mechanical properties of agglomerates and a tendency to a reduction of the energy consumed by the press in the case of mixtures rich in cereals and / or starch.
  • the highly reliable lignosulfite formulation provides a high quality pulverized particle spray.
  • the vapors extracted from the grinding contain residues which contain lignosulfites.
  • the injection in a pellet press condensates from the vapors extracted from the grinding not only has the advantage of allowing the absence of water supply from outside the grinding process but also allows to bring by the content of its residues lignosulfites which are very favorable to obtain the properties sought by the granules.
  • FIG. 1 is a schematic view of a wet biomass mill according to US7481385B2;
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of a biofuel granule manufacturing plant comprising a mill according to FIG. 1 and a pellet press.
  • the inventors have thought to realize a plant for continuous manufacture of biofuel pellets, using a wet biomass mill and a pellet press whose water it needs to achieve granulation is provided directly by the condensates of the vapors extracted from the grinding .
  • the installation according to the invention therefore comprises a wet mill 1, such as that described with reference to FIG. 1 and a pellet press 7.
  • the mill 1 incorporates a classification wheel which largely allows itself to select the particle size of the crushed biomass particles so that they have dimensions adapted to their granulation by a pellet press.
  • the classification wheel which can also be arranged in the mill 1, between the inlet of the bio mass and the grinding part itself, makes it possible to select the fine particles having the desired size to obtain granulation by the following.
  • the rotational speed of the classification wheel thus makes it possible to adjust the fineness of the crushed particles at the outlet of the mill.
  • the discharge orifice 24 of the biomass particles ground in the mill 1 is connected to the feed orifice 71 of the pellet press 7.
  • the installation further comprises an air exchanger 6, which forms a condenser.
  • the air exchanger 6 is of the fin type.
  • One of the circuits 60 is an ambient air circulation circuit.
  • the other of the circuits 61 is a circulation circuit of the vapors extracted from the mill.
  • the vapor circuit is open from the extraction port 40 of the steam from the mill 1 to a supply port 70 condensate of the pellet press.
  • the condensates injected through the orifice 70 provide all the water necessary for producing the granules.
  • the humidity level at this inlet 70 is controlled to be between 10 and 15%.
  • the ambient air circulating in the circuit 60 which is heated by heat exchange with the vapors flowing in the circuit 61, directly preheats the inlet air of the mill 1.
  • the inlet temperature of the mill is between 40 and 50 ° C.
  • the wet mill implemented may or may not include a means of classifying the ground particles to obtain granules in the pellet press.
  • a classification or not it is necessary to carry out a classification or not to obtain the right particle size. If grinding as such gives crushed particles to dimensions all compatible with the downstream pellet press, no classification as such is necessary.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de granulés, comprenant les étapes successives suivantes : a/ broyage fin d'une biomasse humide au sein d'un broyeur, b/ récupérer les vapeurs issues du broyage de la biomasse humide, c/ condenser les vapeurs récupérées, d/ introduire et mélanger dans une presse à granulés, les particules de biomasse broyée selon l'étape a/ et au moins une partie des condensats issues de l'étape c/. Elle concerne également l'installation en continu associée.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE GRANULES COMPRENANT LA RECUPERATION DE VAPEURS ISSUES DU BROYAGE DE LA BIOMASSE,
INSTALLATION ASSOCIEE
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine général de la fabrication de granulés à partir d'une biomasse, plus particulièrement de la biomasse ligno-cellulosique, qui est broyée.
Par « biomasse», on entend ici et dans le cadre de l'invention, l'ensemble des matières organiques utilisées à des fins énergétiques ou agronomiques.
On entend par « matière organique » l'ensemble de la matière vivante qui peut être broyée pour former des granulés, que ce soit les matières d'origine végétale comprenant les déchets organiques issus de l'agriculture et de la sylviculture : déchets agricoles, résidus alimentaires, bois, racines, feuilles..., les déchets organiques ménagers ou industriels, les boues des stations d'épuration..., les champignons et les matières d ' origine animale (fumier animal ... )
L'invention a trait plus particulièrement à la récupération des vapeurs issues du broyage de la biomasse humide qui conduit à la réalisation d'une farine ou poudre à partir de laquelle des granulés sont fabriqués.
Bien que décrite en relation avec l'application à une bio masse destinée à former également des granulés biocombustibles, l'invention s'applique à toute biomasse dont les granulés qui en sont issus peuvent être utilisés à des fins énergétiques (granulés biocombustibles) ou agronomiques. Les granulés fabriqués à des fins agronomiques peuvent être des granulés d'engrais, des granulés alimentaires pour animaux.
Etat de la technique
Le traitement mécanique de la biomasse d'origine végétale contenant du carbone (tronc d'arbre, balles de paille, déchets verts) comprend classiquement une première étape de broyage grossier, en général sur le lieu même de la récolte, qui permet notamment de faciliter le transport et d'en réduire son coût. Cette première étape de broyage est réalisée au moyen de déchiqueteuse (en anglais « shredder ») et conduit à des particules de dimensions centimétriques ou millimétriques, typiquement des plaquettes forestières dans les filières bois. Elle est réalisée au moyen de broyeurs à la technologie éprouvée (broyeur à marteaux, à couteaux ou à ciseaux). Les particules ainsi broyées grossièrement constituent ainsi ce que l'on appelle les intrants des voies de conversion thermochimique ou de granulation pour obtenir des granulés biocombustibles.
Selon l'application souhaitée, une deuxième étape de traitement mécanique consécutif au premier, est nécessaire et consiste en un broyage fin pour conférer des propriétés spécifiques à la poudre de biomasse. Par exemple, il peut s'agir de farine ou poudre de bois pour la fabrication de biocombustibles sous forme de granulés.
Un certain nombre d'études est consacré au broyage fin de particules de biomasse, notamment de plaquettes forestières, pour atteindre des granulométries du millimètre au micron selon les cas. Dans ces études, les effets de la nature de la biomasse, du type de broyeur(s) utilisé(s), de la granulométrie désirée ont été caractérisés sur le coût énergétique de l'opération proprement dite de broyage fin, et/ou les propriétés de la poudre obtenue (distribution granulo métrique, forme des particules).
Un nouveau type de broyage fin a été récemment mis en œuvre : il combine de manière innovante à la fois le broyage et le séchage des intrants. Ce procédé a été développé par la société canadienne First American Scientifîc Corporation. Ce procédé est particulièrement avantageux dans la mesure où il permet d'économiser de l'énergie de chaleur à produire par rapport à un procédé classique dans lequel la biomasse humide est d'abord séchée au préalable, puis une fois sèche est broyée.
Ce procédé ainsi que le broyeur afférent sont décrits dans le brevet US7481385B2. Le broyage en tant que tel est réalisé au moyen de chaînes métalliques montées sur un axe et qui tournent à grande vitesse et projettent ainsi par la force centrifuge la biomasse humide, telles que les plaquettes forestières, sur les parois de la chambre du broyeur. Les impacts de la biomasse, telles que les plaquettes de bois, sur les parois les pulvérisent et libèrent de la chaleur et de l'eau contenant des résidus (poussières, tanin, lignine, ...). Sous l'effet de la chaleur produite, l'eau se transforme en vapeur d'eau contenant les résidus, qui se retrouve ainsi mélangée au fort débit d'air qui parcourt le broyeur. Le broyeur peut en outre être équipé en sortie de chambre de broyage d'une roue de classification granulométrique qui permet de sélectionner les particules fines ayant la taille désirée. La vitesse de rotation de la roue de classification permet d'ajuster la finesse de la poudre en sortie.
On a reproduit en figure 1, les composants essentiels du broyeur tels qu'ils sont divulgués dans le brevet précité. Ce broyeur 1 comprend une chambre de broyage 10 munie d'un orifice d'alimentation 12 en biomasse humide et en air, et d'un conduit de sortie 14 de la biomasse broyée. La chambre 10 comprend une paroi 16 inférieure, une paroi latérale cylindrique 18 et un ensemble de couvercles de forme générale circulaire 20.
Une pluralité de chaînes 42 est montée sur un moyeu 44 qui peut être mis en rotation dans un plan horizontal par un moteur 46 par l'intermédiaire d'un axe 48. Un volant d'inertie peut être claveté sur l'axe 48 pour stabiliser les efforts exercés par le moteur.
Des plaques déflectrices 50 et un tore creux tronconique 52 sont agencés au- dessus des chaînes 42 pour confiner la bio masse humide projetée par les chaînes 42 en rotation.
Le conduit de sortie 14 de la chambre 10 se prolonge vers le cylindre supérieur d'un séparateur à cyclone 22. Ainsi, les particules de bio masse solides broyées par éclatement contre les parois 16, 18, 52 de la chambre 10 sont évacuées de celle-ci par un courant d'air et sont séparés de l'air dans le séparateur à cyclone 22. Les particules broyées sont sensiblement plus sèches qu'elles ne l'étaient dans la biomasse humide en entrée 12. Les particules solides séparées de l'air à l'intérieur du séparateur sont collectées au fond d'un cône et sont déchargées à travers un orifice d'évacuation 24.
Un ventilateur 30 provoque l'évacuation de l'air du séparateur pour le faire circuler à travers un conduit 32 vers un condenseur 34, puis dans un circuit de chauffage 36 et, enfin, vers un certain nombre d'éjecteurs 38 depuis lesquels l'air est injecté dans la chambre de broyage. Cet air circule à travers la chambre puis recircule dans le conduit 14 où il retourne vers le séparateur à cyclones 22.
Un tuyau d'extraction ou évent 40 réalisé dans le couvercle 20 permet à une partie de l'air chargé d'humidité et contenant des résidus éventuels d'être extraite directement à l'atmosphère depuis l'intérieur de la chambre de broyage 10.
L'inventeur a utilisé un tel broyeur pour réaliser des granulés biocombustibles à partir de particules broyées de bois extraites.
Il a pu mettre ainsi en évidence un inconvénient majeur qui est que des rejets importants de vapeur d'eau, de la chaleur et des poussières sont évacués directement à l'air libre. Par ailleurs, un des paramètres clefs à maîtriser dans la fabrication de granulés (« pellets » en anglais) biocombustibles, est la teneur en eau.
Ainsi, une bonne teneur en eau détermine si un granulé peut être formé dans une presse prévue à cet effet et de quelle façon le granulé peut conserver sa forme par après. Pendant tout le processus de fabrication des granulés, il faut donc des mécanismes de contrôle et de réglage qui aident à maîtriser la teneur en eau. Avant que les particules de biomasse broyée finement ne soient transformées en granulés, elles doivent être à nouveau humidifiées afin d'atteindre la teneur en eau optimale pour cette transformation. Il semble se dégager un consensus sur l'optimum d'une humidité avec un taux entre 10% et 15% pour des particules de bois. En dehors de cette gamme, si les particules broyées sont trop sèches dans la presse, les granulés obtenus deviennent cassants et l'état de fonctionnement de la presse devient tel qu'il est nécessaire de réaliser des travaux d'entretien plus fréquents avec des coûts de maintenance afférents plus élevés. Si les particules broyées sont trop humides, le débit de la presse diminue ainsi que la qualité des granulés formés.
Une utilisation intensive d'une presse à granulés implique une consommation d ' eau importante .
Il existe donc un besoin d'améliorer le procédé de fabrication de granulés biocombustibles à partir de biomasse, en particulier de biomasse ligno-cellulosique, afin de surmonter les inconvénients actuels liés à l'utilisation d'un broyeur humide et afin de garantir une utilisation optimale d'une presse à granulés.
De manière générale, il existe un besoin d'améliorer le procédé de fabrication de tous types de granulés à partir d'une matière première humide qui doit être broyée préalablement, afin de surmonter les inconvénients actuels liés à l'utilisation d'un broyeur humide et afin de garantir une utilisation optimale d'une presse à granulés.
Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne, sous un de ses aspects, un procédé de fabrication de granulés, comprenant les étapes successives suivantes :
a/ broyage fin d'une biomasse humide au sein d'un broyeur,
b/ récupérer les vapeurs issues du broyage de la biomasse humide, c/ condenser les vapeurs récupérées, d/ introduire et mélanger dans une presse à granulés, les particules de biomasse broyée selon l'étape a/ et au moins une partie des condensais issues de l'étape cl.
La biomasse peut être avantageusement de la biomasse ligno-cellulosique constituée par des plaquettes forestières, ou des déchets verts ayant éventuellement subi un pré-broyage. Les plaquettes forestières peuvent être avantageusement du type M40, avec un taux d'humidité inférieur à 40%, ou encore des déchets verts, obtenus par broyage préalable de type M65. De manière générale, lorsque les granulés sont destinés à des fins énergétiques, il peut s'agir de tout type de bio-ressource qui peut être transformé sous la forme de granulés biocombustibles.
De préférence, le taux d'humidité de la matière introduite dans la presse, obtenu par les condensais, est compris entre 5 et 25 %, de préférence entre 10 et 20 %, de préférence de l'ordre 15%. On précise ici que ce taux d'humidité est un pourcentage massique est qu'il est égal au rapport entre la différence de masse de bois humide et celle de bois sec sur la masse de bois humide, multiplié par 100.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé peut comprendre en outre une étape cl/ de récupération de la chaleur latente issue des vapeurs.
L'étape cl/ est avantageusement réalisée au moyen d'un échangeur à air, l'air réchauffé étant injecté en entrée du broyeur mettant en œuvre l'étape a/.
La température de l'air en entrée d'échangeur peut être la température ambiante, tandis que la température de l'air réchauffé injecté en entrée du broyeur est comprise entre 40 et 50°C.
Ainsi, selon ce mode, la chaleur latente issue du broyage est récupérée avantageusement lors de cette étape de condensation, pour réaliser préchauffage de la bio ressource en entrée de broyeur. Ainsi, la température de l'air entrant dans le broyeur peut être augmentée, ce qui favorise son fonctionnement car l'air chaud peut absorber plus d'humidité, et donc l'utilisateur peut injecter des ressources encore plus humides, typiquement des ressources à 40-50%) d'humidité comme des déchets verts de déchetteries.
On obtient ainsi un gain énergétique dans le fonctionnement du broyeur.
Selon une variante avantageuse, l'étape dl peut être réalisée avec ajout d'un liant supplémentaire, de préférence contenant de la lignine.
Les gammes de températures suivantes sont avantageuses : - température au sein du broyeur supérieure à 100°C.
- température des vapeurs à la sortie du broyage de la biomasse humide comprise entre 70 et 90°C.
- température des condensats introduits dans la presse à granulés étant comprise entre 30 et 60 °C.
L'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation de fabrication de granulés en continu comprenant :
- un broyeur de biomasse humide, comprenant un orifice d'alimentation en biomasse humide, au moins un orifice d'extraction des vapeurs issues du broyage de la biomasse humide, et un orifice d'évacuation des particules de biomasse broyées ;
- un échangeur à air formant condenseur dont un premier circuit est un circuit de circulation d'air ambiant un deuxième circuit est le circuit de circulation des vapeurs extraites du broyeur ;
- une presse à granulés comprenant un orifice d'alimentation en condensats relié au deuxième circuit du condenseur et un orifice d'alimentation en particules de biomasse broyée relié à l'orifice d'évacuation du broyeur.
Selon une variante avantageuse, le premier circuit du condenseur est relié à l'orifice d'alimentation en air du broyeur.
Ainsi l'invention consiste essentiellement à récupérer les vapeurs extraites pendant l'opération de broyage de la biomasse (bois ou d'autres bio ressources ou autre bio masse ) et à forcer leur condensation, puis à récupérer et injecter les condensats au sein d'une presse à granulés afin de fabriquer des granulés biocombustibles ou à des fins agronomiques (granulés d'engrais, des granulés alimentaires pour animaux).
Les condensats récupérés en sortie condenseur, qui sont composés d'eau chaude contenant des résidus (poussières, tanin, lignine, ...) servent avantageusement d'additifs aux particules de biomasse broyées.
La réutilisation des condensats chauds selon l'invention peut conduire à des économies en termes d'énergie et de consommation d'eau d'une installation globale de fabrication de granulés biocombustibles.
En effet, la production de granulés, plus particulièrement de granulés biocombustibles, de bonne qualité requiert un certain nombre de conditions et peut nécessiter l'ajout d'eau (liquide ou vapeur). En injectant les condensais issus des vapeurs extraites du broyage directement dans la presse à granulés, on peut s'affranchir de toute alimentation en eau supplémentaire.
Autrement dit, grâce à l'invention, on amène l'humidité nécessaire à la fabrication de granulés directement depuis l'étape amont de broyage humide de la biomasse, ce qui revient à ne pas consommer d'eau supplémentaire.
En outre, l'ajout des condensais permet de s'affranchir de tout additif chimique ou liant usuellement requis dans les presses à granulés.
Ces liants (ou adjuvants de pressage) sont des additifs qui sont incorporés à faible taux, typiquement 0,5 à 2,5 %, dans le seul but d'augmenter le rendement des presses et la cohésion des granulés. Ces substances peuvent être d'origine organique ou minérale. Parmi les substances organiques, les lignosulfïtes sont des sous-produits de l'industrie papetière, comprenant des composés organiques extraits du bois (lignine).
Il existe des tests de laboratoire qui permettent d'évaluer l'aptitude liante ou lubrifiante de ces adjuvants de pressage, en fonction principalement de l'humidité et du type de matière première : [1]. Les essais à échelle pilote montrent généralement une influence positive de l'addition des lignosulfïtes sur les propriétés mécaniques des agglomérés et une tendance à une réduction de l'énergie consommée par la presse dans le cas de mélanges riches en céréales et/ou en amidon. La formulation extrêmement fiable des lignosulfïtes assure une pulvérisation des particules broyées qui est de grande qualité.
Or, comme évoqué ci-avant, les vapeurs extraites du broyage contiennent des résidus qui comportent des lignosulfïtes.
Ainsi, l'injection dans une presse à granulés, des condensais issus des vapeurs extraites du broyage a non seulement pour avantage de permettre l'absence d'alimentation d'eau provenant de l'extérieur du process de broyage mais en outre elle permet d'amener par le contenu de ses résidus des lignosulfïtes qui sont très propices pour obtenir les propriétés recherchées par les granulés.
Par ailleurs, la récupération et la condensation des vapeurs extraites du broyage permet d'éviter leurs rejets à l'air libre.
Au vu des procédés et installations de l'état de l'art, récupérer les vapeurs extraites d'un broyage humide, les condenser puis injecter les condensais, mélange de vapeur d'eau, de composés ligno-cellulosique, de poussières, dans une presse à granulés est loin d'être évident pour un homme du métier.
En effet, il ressort de l'ensemble de l'état de l'art, que l'homme du métier a tendance nécessairement à rejeter à l'air libre ces vapeurs, car il considère que les poussières qu'elles contiennent, ont une tendance systématique à se déposer et à former des bouchons nuisibles à la sortie du broyeur.
Description détaillée
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique d'un broyeur de biomasse humide selon le brevet US7481385B2;
- la figure 2 est une représentation schématique d'une installation de fabrications de granulés bio combustibles comprenant un broyeur selon la figure 1 et une presse à granulés.
Un broyeur de biomasse humide 1 selon l'état de l'art et selon l'invention comprend les références numériques pour désigner les mêmes éléments.
On précise que les termes « amont », « aval », « entrée », « sortie » utilisés en référence avec la figure 1 et 2 sont à considérer par rapport au sens de circulation de la biomasse ligno-cellulosique dans un broyeur et une installation de fabrication en continu de granulés biocombustibles selon l'invention.
La figure 1 a déjà été décrite en détail en préambule. Elle ne sera donc pas commentée ci-après.
Les inventeurs ont pensé à réaliser une installation de fabrication en continu de granulés biocombustibles, utilisant un broyeur de biomasse humide et une presse à granulés dont l'eau dont elle a besoin pour réaliser la granulation est apportée directement par les condensais des vapeurs extraites du broyage.
L'installation selon l'invention comprend donc un broyeur humide 1, tel que celui décrit en référence avec la figure 1 et une presse à granulés 7. On précise que dans le mode de réalisation illustré, le broyeur 1 intègre une roue de classification qui permet en grande partie à elle seule de sélectionner la granulométrie des particules de biomasse broyées de telle sorte qu'elles aient des dimensions adaptées à leur granulation par une presse à granulés. Autrement dit, la roue de classification qui peut d'ailleurs être agencée dans le broyeur 1, entre l'entrée de la bio masse et la partie de broyage proprement dite, permet de sélectionner les particules fines ayant la taille désirée pour obtenir une granulation par la suite. La vitesse de rotation de la roue de classification permet ainsi d'ajuster la finesse des particules broyées en sortie de broyeur.
Comme visible en figure 2, l'orifice d'évacuation 24 des particules de biomasse broyées dans le broyeur 1 est relié à l'orifice d'alimentation 71 de la presse à granulés 7.
Selon l'invention, l'installation comprend en outre un échangeur à air 6, qui forme condenseur. Dans l'exemple illustré, l'échangeur à air 6 est de type à ailettes.
Un des circuits 60 est un circuit de circulation d'air ambiant. L'autre des circuits 61 est un circuit de circulation des vapeurs extraites du broyeur.
Comme visible en figure 2, le circuit des vapeurs est ouvert depuis l'orifice d'extraction 40 des vapeurs issues du broyeur 1 jusqu'à un orifice d'alimentation 70 en condensais de la presse à granulés.
Ainsi, lorsqu'on fait passer les vapeurs dans le circuit 61 de l'échangeur à air 6, celles-ci sont refroidies par l'air ambiant circulant de manière forcé dans le circuit 60. Les vapeurs changent donc de phase et se condensent.
Les condensais injectés par l'orifice 70 apportent toute l'eau nécessaire à la réalisation des granulés. Le taux d'humidité à cette entrée 70 est contrôlé pour être compris entre 10 et 15%.
Par ailleurs, le circuit 60 du condenseur 6 est relié à l'orifice d'alimentation 12 en air du broyeur.
Ainsi, l'air ambiant circulant dans le circuit 60, qui est réchauffé par échange thermique avec les vapeurs circulant dans le circuit 61, vient directement préchauffer l'air d'entrée du broyeur 1. De préférence, la température en entrée de broyeur est comprise entre 40 et 50°C.
Avec ce réchauffage d'air par les propres vapeurs issues du broyage, on récupère et on utilise une énergie importante, sous forme de chaleur latente, au sein même du broyeur 1. Par conséquent, on diminue la consommation énergétique du broyeur 1 comparativement à l'état de l'art où les vapeurs extraites du broyage humide sont directement rejetées dans l'atmosphère. D'autres variantes et avantages de l'invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Le broyeur humide mis en œuvre peut comprendre ou non un moyen de classification des particules broyées permettant d'obtenir des granulés dans la presse à granulés. Ainsi, en fonction du type de broyeur et/ou de la nature de la biomasse en entrée du broyeur humide, il est nécessaire d'effectuer ou non une classification pour obtenir la bonne granulométrie. Si le broyage en tant que tel donne des particules broyées à des dimensions toutes compatibles avec la presse à granulés en aval, aucune classification en tant que telle n'est nécessaire.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.
Références citées
[1]: Melcion, J.P. (1995). « Emploi des liants pour le pressage des aliments des aspects technologiques et nutritionnels. «Productions Animales, 8 (2), 83-96.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de granulés, comprenant les étapes successives suivantes :
a/ broyage fin d'une biomasse humide au sein d'un broyeur,
b/ récupérer les vapeurs issues du broyage de la biomasse humide, c/ condenser les vapeurs récupérées,
d/ introduire et mélanger dans une presse à granulés, les particules de biomasse broyée selon l'étape a/ et au moins une partie des condensats issues de l'étape c/.
2. Procédé selon la revendication 1, la bio masse humide étant constituée par des plaquettes forestières ou des déchets verts ayant éventuellement subi un pré-broyage, les granulés obtenus à l'issue de l'étape d/ étant des granulés biocombustibles.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, le taux d'humidité de la matière introduite dans la presse, obtenu par les condensats, étant compris entre 5 et 25 %, de préférence entre 10 et 20 %, de préférence de l'ordre 15%.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une étape cl/ de récupération de la chaleur latente issue des vapeurs.
5. Procédé selon la revendication 4, l'étape cl/ étant réalisée au moyen d'un échangeur à air, l'air réchauffé étant injecté en entrée du broyeur mettant en œuvre l'étape a/.
6. Procédé selon la revendication 5, la température de l'air en entrée d'échangeur étant la température ambiante, tandis que la température de l'air réchauffé injecté en entrée du broyeur est comprise entre 40 et 50°C.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'étape d/ étant réalisée avec ajout d'un liant supplémentaire, de préférence contenant de la lignine.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la température au sein du broyeur étant supérieure à 100°C.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la température des vapeurs à la sortie du broyage de la biomasse humide étant comprise entre 70 et 90°C.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la température des condensats introduits dans la presse à granulés étant comprise entre 30 et 60 °C.
11. Installation de fabrication de granulés en continu comprenant : - un broyeur (1) de biomasse humide, comprenant un orifice d'alimentation (12) en biomasse humide, au moins un orifice d'extraction (40) des vapeurs issues du broyage de la biomasse humide, et un orifice d'évacuation (24) des particules de biomasse broyées;
- un échangeur à air (6) formant condenseur dont un premier circuit (60) est un circuit de circulation d'air ambiant un deuxième circuit (61) est le circuit de circulation des vapeurs extraites du broyeur ;
- une presse à granulés (7), comprenant un orifice d'alimentation (70) en condensais relié au deuxième circuit du condenseur et un orifice d'alimentation (71) en particules de biomasse broyées relié à l'orifice d'évacuation du broyeur.
12. Installation selon la revendication 11, le premier circuit du condenseur étant relié à l'orifice d'alimentation (12) en air du broyeur.
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MELCION, J.P.: "Emploi des liants pour le pressage des aliments des animaux : aspects technologiques et nutritionnels", PRODUCTIONS ANIMALES, vol. 8, no. 2, 1995, pages 83 - 96

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