WO2015110653A1 - Procédé et centrale de torréfaction de biomasse - Google Patents

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gas
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David Mateos
Florian CASTAGNO
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Areva Renouvelables SAS
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to the field of roasting biomass, in particular lignocellulosic biomass, especially wood and bagasse.
  • Lignocellulosic biomass includes water, volatile compounds and fixed carbon.
  • the roasting of the biomass makes it possible to evaporate the water and a part of the volatile compounds, to preserve the most energetic compounds.
  • Biomass roasting is for example used to produce a fuel having a higher energy / weight ratio and millability than those of the initial biomass, and which has better hydrophobic characteristics.
  • Roasting consists in heating the biomass to a high temperature, generally between 200 ° C and 350 ° C, in an oxygen-poor atmosphere, to avoid any combustion.
  • Roasting is carried out for example by exposing the biomass to a flow of hot gases produced by a burner integrated in the gas loop feeding the roasting column and burning the roasting gases through the addition of an additional fuel. presence of air used as oxidant.
  • WO2007 / 000548 and WO201 1/086262 disclose such biomass roasting processes.
  • This type of configuration has the need to control the oxygen content in the combustion gases at the outlet of the burner and consequently at the inlet of the roasting column.
  • the prior art mentions a maximum threshold of 2% of oxygen in the flow of hot gases, but, in practice, this value is extremely difficult to sustainably maintain during continuous operation. This threshold has been set to prevent unwanted combustion of the biomass during roasting.
  • One of the aims of the present invention is to propose a biomass roasting facility and a biomass roasting process that is easy to implement and that has a satisfactory yield.
  • the invention proposes a method for roasting biomass, comprising the gravity flow of biomass from the top to the bottom of a counter-current column of hot gases flowing from the bottom to the top of the column, with establishment a temperature gradient increasing from the top to the bottom of the column, the recovery of gases at the top of the column and their recycling down the column using a gas circuit so that the gases flow in closed loop in the column and the gas circuit, and the heating of the gases recovered by passage through a heat exchanger before recycling down the column.
  • the method comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • a preparation phase comprising filling the column and the gas circuit with an inert gas
  • the pressure in the column and the gas circuit is less than 0.5 bar
  • the gases are introduced at the bottom of the column at a temperature of between 200 ° C. and 350 ° C., preferably between 240 ° C. and 280 ° C.
  • the invention also relates to a biomass roasting plant, comprising a column for the gravitational movement of the biomass from the top to the bottom of the countercurrent column of hot gases flowing from the bottom to the top of the column, and a circuit of gas arranged to recover the gases at the top of the column and reinject the gases down the column so that the gases circulate in a closed loop in the column and the gas circuit, wherein the gas circuit comprises a heat exchanger for heating the gases recovered at the top of the column before their injection at the bottom of the column.
  • control unit comprises one or more of the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • a source of inert gas for injecting inert gas into the column and the gas circuit;
  • a carbon monoxide sensor for determining the carbon monoxide content of the gases circulating in a closed loop;
  • a dioxygen sensor for determining the oxygen content of the gases circulating in a closed loop
  • the gas circuit comprises a condenser for condensing organic compounds contained in the gases recovered at the top of the column, preferably before they pass through the heat exchanger;
  • a separator of solid particles for separating solid particles from the gases recovered at the top of the column, preferably before they pass through the heat exchanger;
  • At least one control valve for evacuating gas from the column or from the gas circuit.
  • FIG. 1 is a schematic view of a biomass roasting facility for the implementation of a biomass roasting process
  • FIG. 2 is a schematic view of a roasting plant including the biomass roasting facility of Figure 1.
  • the roasting plant 2 illustrated in FIG. 1 is intended for the roasting of biomass, in particular of lignocellulosic biomass.
  • Lignocellulosic biomass is for example made of wood, nut shells, bagasse, straws such as, for example, rice or wheat straw, bark or residues of use of the palm fruit. oil (called EFB acronym for "Empty Fruit Branch”).
  • the roasting plant 2 comprises a roasting column 4 for gravity flow of the biomass from top to bottom in column 4, in counterflow of hot gases flowing from bottom to top in column 4.
  • Column 4 is tubular and extends vertically. Column 4 advantageously has a frustoconical shape widening downwards. Column 4 is hollow and devoid of internal support for biomass.
  • the roasting plant 2 comprises a feed system 6 for introducing biomass BB at the top of the column 4.
  • the supply system 6 is sealed to prevent the exit of hot gases from the column 4.
  • the supply system 6 comprises for example a lock 6A for the introduction of biomass at the top of column 4, preferably a honeycomb valve.
  • the roasting plant 2 comprises an extraction system 8 for extracting the roasted biomass BT at the bottom of the column 4.
  • the extraction system 8 comprises an unloading device 8A closing the bottom of the column 4, the unloading device 8A retaining the biomass in the column 4 while allowing controlled flow of the biomass through the unloading device 8A.
  • the unloading device 8A further allows the hot gases to enter the column 4 through the extraction device.
  • the extraction system 8 here comprises an unloading box 8B disposed at the bottom of the column 4, the unloading device 8A being disposed in the unloading box 8B by closing the bottom of the column 4.
  • the unloading box 8B comprises a gas inlet for the injection of hot gases under the unloading device 8A.
  • the hot gases injected into the unloading box 8B enter the column through the unloading device 8A.
  • the material discharged by the unloading device 8A flows gravitarily towards the bottom of the unloading box 8B.
  • the extraction system 8 is sealed to prevent the hot gas from leaving the column 4.
  • the extraction system 8 comprises for example, at the bottom of the unloading box 8B, an airlock 8C and preferably a valve alveolar.
  • the extraction device 8A is for example a horizontal grid for retaining the biomass in the column 4, the grid being at least partially mobile to cause the flow of the biomass through the opening of the grid, the grid allowing the hot gas inlet at the bottom of the column 4 through the grid.
  • the extraction device 8A comprises a plurality of endless members (for example chains) wound around drive wheels and return wheels, so that end-member retaining strands are arranged in parallel in a longitudinal direction being side-by-side in a transverse direction defining between them interstices, such that the retaining strands together form a perforated horizontal support surface for supporting the biomass received in the column 4, the wheels of The drive is rotated so as to move the retaining strands relative to one another in the longitudinal direction to cause biomass flow through the support surface.
  • the drive wheels are rotated so that retaining strands move in a direction along the longitudinal direction. alternate in the transverse direction with retaining strands moving in the other direction in the longitudinal direction.
  • the extraction system 8 is sealed to prevent the hot gas from leaving the column 4.
  • the extraction system 8 comprises for example an airlock for the evacuation of the biomass having passed through the gate 8A, preferably a honeycomb valve.
  • the biomass introduced in bulk at the top of the column 4 forms a stack resting at the bottom of the column 4, more specifically on the unloading device 8A.
  • Unloading roasted biomass from the bottom of the stack and introducing biomass from the top of the stack ensures a biomass flow from the top of column 4 to the bottom of column 4.
  • Biomass unloading at the bottom of the stack causes the gravity flow of the rest of the biomass to the bottom of the column. Feeding from above compensates for biomass extracted from the bottom.
  • the roasting plant 2 comprises a transport and cooling device 10 for cooling the roasted biomass extracted by the extraction system 8.
  • the roasting installation 2 comprises a gas circuit 12 for recovering the gases at the top of the column 4 and reinjecting the recovered gases at the bottom of the column 4.
  • the gas circuit 12 ensures a circulation of the closed-loop gases in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the gases flow from bottom to top in the column 4 in contact with the biomass being treated, then are recovered at the top of the column 4 by the gas circuit 12, and reinjected by the gas circuit 12 at the bottom 4.
  • the gases pass through the pile of bulk biomass packed in column 4.
  • the gas circuit 12 comprises a heating device 14 for indirectly heating the gases before reinjecting them down the column.
  • the heating device 14 is configured for heating gases without gas injection in the gas circuit 12.
  • the heating device 14 comprises a heat exchanger 16 for heating the gases flowing in the gas circuit 12 by a heat exchange between the gases flowing in the gas circuit 12 and a heat source, without addition of material in the gases flowing in the gas circuit 12.
  • the heat source is formed of combustion gases supplied by a combustion system 18 burning a fuel, the combustion gases generated by the combustion system 18 supplying heat to the gases flowing in the circuit of gas 12 in the heat exchanger 16, without mixing between the gases flowing in the gas circuit 12 and the combustion gases supplied by the heating system.
  • the heat exchanger 16 is then, for example, a gas-gas heat exchanger.
  • the gas circuit 12 comprises a gas purification system located in the gas circuit 12 between the top of the column 4 and the heat exchanger 16 of the heating device 14, for purifying the gases leaving column 4 before they pass through. in the heat exchanger 16.
  • the gas circuit 12 comprises a condenser 20 for condensing compounds present in the gases leaving the top of the column 4.
  • the condenser 20 is disposed in the gas circuit 12 between the top of the column 4 and the heating device 14. The condensate formed in the condenser 20 is removed from the gas circuit 12.
  • the gas circuit 12 further comprises at least one filtering device disposed between the top of the column 4 and the heat exchanger 16 of the heating device 14, for removing solid particles present from the gases recovered at the top of the column.
  • the gas circuit 12 comprises a downstream filtering device 22 disposed in the gas circuit 12 downstream of the condenser 20, and upstream of the heating device 14.
  • the filtering device downstream of the condenser 20 makes it possible to remove the fine particles present. gases recovered at the top of the column after the condenser 20.
  • the gas circuit optionally comprises an upstream filtering device 23 disposed in the gas circuit 12 upstream of the condenser 20, between the top of the column 4 and the condenser 20.
  • the filtering device upstream of the condenser 20 makes it possible to remove the largest solid particles present gases recovered at the top of the column before the condenser 20. This improves the operation of the condenser 20 and the downstream filtering device 22 which is then responsible for filtering only the finest particles.
  • the upstream and downstream filtering devices 23 are for example cyclone separators, in particular multi-cyclone separators.
  • the condenser 20 and the downstream filtering device 22 are integrated in the same unit 19 as shown in FIG.
  • the condenser 20, the downstream filtering device 22 and the upstream filtering device 23 form the purification system.
  • the purification system comprises a single filtering device arranged upstream or downstream of the condenser 20.
  • the roasting plant 2 comprises a pressure regulating device for regulating the pressure of the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the pressure regulating device is formed by a discharge branch 21 feeding into the gas circuit 12, provided with a regulating valve 24, and opening into a discharge chimney 25.
  • the pressure regulating device is located in upstream of the heat exchanger 16 of the heating device 14.
  • the exhaust branch 21 is fed here upstream of the heating device 14 and downstream of the downstream filtering device 22.
  • the opening of the control valve 24 makes it possible to evacuate towards the exhaust stack 25 an excess of gas, in order to limit the pressure inside the column 4 and the gas circuit 12.
  • the regulation valve 24 enables to regulate the flow of gas extracted from the gas circuit 12 and column 4.
  • the roasting plant 2 comprises a source of inert gas 26 for the injection of an inert gas into the column 4 and the gas circuit 12.
  • the inert gas source 26 is connected to the gas circuit 12 at one or more injection points for injection of the inert gas into the gas circuit 12.
  • the inert gas source 26 is for example connected to the gas circuit 12 at an injection point located upstream of the bottom of the column 4 and downstream of the heating device 14 and / or at an injection point downstream of the the top of the column 4 and upstream of the heating device 14.
  • the source of inert gas 26 is here connected to the gas circuit 12 at two injection points: an injection point upstream of the bottom of the column 4 and in downstream of the heating device 14, and an injection point downstream of the top of the column 4 and upstream of the heating device 14.
  • one or both of the injection points will be used selectively to introduce the inert gas into the gas circuit 12.
  • the two injection points are used alternately.
  • Inert gas is a non-combustible gas.
  • the inert gas is, for example, dinitrogen (N 2 ).
  • the gas circuit 12 comprises a carbon monoxide sensor 28 for measuring the carbon monoxide (CO) content of the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the carbon monoxide sensor 28 is here located on the gas circuit 12 downstream of the heating device 14.
  • the carbon monoxide sensor 28 also measures the carbon dioxide content (C0 2 ) present in the gas circuit 12.
  • the gas circuit 12 comprises a oxygen sensor 29 for measuring the oxygen (0 2 ) content of the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the oxygen sensor 29 is here located on the gas circuit 12 in downstream of the heating device 14. Its role is to control the rate of oxygen present in the roasting plant 2 during the purge operations and the preparation and start-up phases of the roasting facility 2.
  • the oxygen sensor 29 also allows to detect any accidental presence of oxygen in production mode and thus to control consequently the injection of inert gas. Its installation between the heat exchanger 16 and the bottom of the column 4 where the gases are reinjected into column 4 makes it possible to control the oxygen level of the gases at the inlet of the column 4 to avoid any risk of combustion of the biomass. in column 4 and explosion with CO present in the gas circuit in case of oxygen level too high.
  • the rate of oxygen in the flow of hot gas injected at the bottom of column 4, and controlled by the oxygen sensor, is kept below 2%.
  • the roasting installation 2 comprises a valve 27 for permanently limiting the pressure of the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the valve 27 is for example disposed at the top of the column 4.
  • the roasting facility 2 makes it possible to implement a roasting process comprising a preparation phase, a start-up phase and then a continuous production phase.
  • Column 4 is initially filled with biomass.
  • the bulk biomass introduced in column 4 forms a stack resting at the bottom of column 4.
  • the roasting process comprises sweeping the column 4 and the gas circuit 12 with inert gas, so as to evacuate the gases initially present in the column 4 and the gas circuit 12 and to fill column 4 and the gas circuit 12 with inert gas.
  • the gas circuit 12 is thus free of oxygen (O 2 ).
  • the inert gas is injected with the aid of the inert gas source 26.
  • the column 4 and the gas circuit 12 are filled with inert gas until a determined starting pressure, which is preferably 0 or less, is reached. , 5 bar at any point of the gas circuit 12.
  • the valve 27 is for example calibrated at a maximum pressure equal to or less than 0.5 bar, so as to limit the pressure in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the gases present in the column 4 and the gas circuit 12 are circulated in a closed loop and heated with the aid of the heating device 14.
  • the biomass exposed to the hot gases begins by evacuating water vapor.
  • the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12 essentially contain inert gas and water.
  • organic compounds of the biomass are evaporated.
  • the organic compounds and their respective proportions depend on the biomass used.
  • organic compounds are mainly carbon dioxide (CO 2), carbon monoxide (CO), methanol (CH 3 OH), acetic acid (CH 3 COOH), formic acid or methanoic acid (HCOOCH) and furfural (C 5 H 4 O 2 ).
  • CO 2 carbon dioxide
  • CO carbon monoxide
  • methanol CH 3 OH
  • acetic acid CH 3 COOH
  • HCOOCH formic acid or methanoic acid
  • furfural C 5 H 4 O 2
  • the gases leaving the top of the column 4 pass into the condenser 20.
  • the less volatile compounds are condensed.
  • Most of the methanol, acetic acid, formic acid, furfural and other organic compounds resulting from roasting is condensed in the condenser and recovered in liquid form. These organic compounds remain in the form of traces downstream of the capacitor 20.
  • the gases Downstream of the condenser 20, the gases mainly contain water vapor, nitrogen, carbon dioxide and carbon monoxide. There are traces of organic compounds and oxygen.
  • the gases leaving the top of the column 4 are purified by removal of the solid particles, here by passing through the cyclone separator 22. This eliminates fine particles of biomass carried by the gas flow during its passage into the atmosphere. column 4. Such particles could eventually clog the gas circuit.
  • the pressure regulating valve 24 makes it possible to maintain the pressure in the column and the gas circuit 12 in a determined pressure range ( ⁇ 0.5 bar).
  • the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12 reach an equilibrium in their composition.
  • Carbon monoxide is a combustible gas. An excessive presence of carbon monoxide is likely to lead to a combustion of the biomass present in column 4. However, this risk of combustion is only real if the carbon monoxide CO level reaches its flammability threshold, and if, simultaneously, carbon monoxide CO is brought to a sufficient temperature and if furthermore it is brought into contact with an oxidizer.
  • the roasting process comprises measuring the carbon monoxide content in the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 1. The measurement is made here using the carbon monoxide sensor 28.
  • the roasting process comprises injecting inert gas into the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12 to limit the carbon monoxide content during roasting.
  • the injection is carried out using the source of inert gas 26.
  • the roasting process comprises the injection of neutral gas when the content of carbon monoxide in the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12 exceeds a predetermined threshold.
  • the bulk biomass forms a compact stack in column 4, based on the unloading device 8A.
  • the biomass treated is extracted progressively at the bottom of column 4, and the new biomass is fed progressively from the top of column 4.
  • a flow of biomass flows in column 4 from top to bottom. low.
  • the gases are introduced at the bottom of column 4 at a first temperature T1 and leave at the top of column 4 at a second temperature T2 lower than the first temperature T1.
  • the first temperature T1 is between 200 ° C and 350 ° C, preferably between 240 ° C and 280 ° C.
  • the second temperature T2 is preferably less than or equal to 80 ° C.
  • the second temperature T2 is for example between 60 ° C and 80 ° C.
  • the gases are reheated in the gas circuit 12, from the second temperature T2 to the first temperature T1, by passing through the heat exchanger 16.
  • the heating is carried out in the heat exchanger 16, without injection of material, in particular of combustion gas, into the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12.
  • the heating is carried out by heat exchange between the gases and a heat source through a wall of the heat exchanger 16, without exchange of material.
  • the heating of the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12 does not modify their composition.
  • the heating of the gases flowing in the column 4 and the gas circuit 12 using a heat exchanger is not likely to introduce oxygen into the gas.
  • the heating of the gases in a heat exchanger 16 makes it possible to use different heat sources to heat the gases.
  • the source of heat is, for example, biomass, a solid or gaseous fossil source, fatal heat or a source of geothermal heat.
  • the term "fatal heat” refers to the heat generated by an industrial installation, not valorised on the spot in this industrial installation generating this heat and sent towards another industrial facility user of the heat.
  • the heat transport vector is, for example, water vapor or fumes.
  • All the recycled gases passing through the heat exchanger 16 are injected down the column 4.
  • the gases possibly discharged by the pressure regulating device are taken from the circuit 12 upstream of the heat exchanger 16.
  • the roasting process enables efficient roasting at a temperature between 240 ° C and 280 ° C, which limits the energy cost of the implementation of roasting by limiting the temperature of the gas, while obtaining a satisfactory performance .
  • the roasting plant 2 is included in a roasting plant 31.
  • the roasting plant 31 comprises, upstream of the roasting plant 2, a biomass preparation device 32 and a biomass drying device 34.
  • the biomass preparation device 32 is configured, for example, for grinding, refining and / or screening the biomass supplying the roasting plant 31.
  • the preparation of the biomass makes it possible to give it properties, in particular granulometric properties, ensuring efficient roasting. Smaller biomass particles have a larger heat exchange surface with respect to their weight, but flow differently.
  • the drying device 34 is configured to at least partially dry the biomass and achieve a moisture content of the biomass of less than 30%.
  • the roasting plant 31 optionally comprises an intermediate storage device 33 between the biomass preparation plant 32 and the biomass drying installation 34, and / or an intermediate storage device between the biomass drying installation 34 and the roasting plant.
  • the roasting unit 31 may comprise, downstream of the roasting plant 2, a densification device 36 for densifying the roasted biomass supplied by the roasting facility 2.
  • the densification device 36 is configured to condition the roasting unit. biomass roasted pellets, balls, bricks, briquettes or granules (or "pellets" in English) easily packaged, transportable and usable.
  • the roasting unit 31 optionally comprises a buffer storage device 38 between the roasting plant 2 and the densification plant 36 and / or a downstream storage device 39 downstream of the densification plant.
  • the roasting unit 31 comprises a heating installation 40.
  • the heating system 40 supplies the dryer and the heat exchanger of the roasting plant 2 with hot gases.
  • the heating installation 40 comprises, for example, the combustion system
  • the combustion system 18 is configured to burn, for example, biomass, for example a fraction of the biomass supplying the roasting plant 31 and / or a fraction discharged by the biomass preparation plant 32.
  • the heating installation 40 is here shared for the heating of the dryer and the heat exchanger.
  • the roasting plant comprises separate heat sources for the heat exchanger and the dryer, for example respective heating systems for the dryer and the heat exchanger.
  • the roasting plant 31 thus makes it possible to use a minority of the biomass to roast the majority of the biomass.

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Abstract

Ce procédé de torréfaction de biomasse, comprenant l'écoulement gravitaire de biomasse du haut vers le bas d'une colonne (4) à contre-courant de gaz chauds circulant du bas vers le haut de la colonne (4), avec établissement d'un gradient de température croissant du haut vers le bas de la colonne (4), la récupération des gaz en haut de la colonne et leur recyclage en bas de la colonne (4) à l'aide d'un circuit de gaz (12) de sorte que les gaz circulent en boucle fermée dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12), et le chauffage des gaz récupérés par passage au travers d'un échangeur thermique (16) avant leur recyclage en bas de la colonne (4).

Description

Procédé et centrale de torréfaction de biomasse
La présente invention concerne le domaine de la torréfaction de biomasse, en particulier de la biomasse lignocellulosique, notamment du bois et de la bagasse.
La biomasse lignocellulosique comprend de l'eau, des composés volatiles et du carbone fixe. La torréfaction de la biomasse permet d'évaporer l'eau et une partie des composés volatiles, pour conserver les composés les plus énergétiques.
La torréfaction de biomasse est par exemple utilisée pour produire un combustible ayant un rapport énergie/poids et une broyabilité plus élevés que ceux de la biomasse initiale, et qui présente de meilleures caractéristiques hydrophobes.
La torréfaction consiste à chauffer la biomasse à une température élevée, généralement comprise entre 200°C et 350°C, dans une atmosphère pauvre en oxygène, pour éviter toute combustion.
La torréfaction est mise en œuvre par exemple en exposant la biomasse à un flux de gaz chauds produits par un brûleur intégré dans la boucle de gaz alimentant la colonne de torréfaction et brûlant les gaz de torréfaction grâce à l'ajout d'un combustible additionnel en présence d'air utilisé comme comburant. WO2007/000548 et WO201 1/086262 divulguent de tels procédés de torréfaction de biomasse.
Ce type de configuration présente la nécessité de contrôler le taux de dioxygène dans les gaz de combustion en sortie du brûleur et par conséquent en entrée de la colonne de torréfaction. L'art antérieur mentionne un seuil maximal de 2% d'oxygène dans le flux de gaz chauds, or, en pratique, cette valeur est extrêmement difficile à maintenir de façon pérenne lors d'une exploitation en continue. Ce seuil a été fixé de manière à prévenir toute combustion indésirable de la biomasse lors de la torréfaction.
Un des buts de la présente invention est de proposer une installation de torréfaction de biomasse et un procédé de torréfaction de biomasse faciles à mettre en œuvre et qui présente un rendement satisfaisant.
A cet effet, l'invention propose un procédé de torréfaction de biomasse, comprenant l'écoulement gravitaire de biomasse du haut vers le bas d'une colonne à contre-courant de gaz chauds circulant du bas vers le haut de la colonne, avec établissement d'un gradient de température croissant du haut vers le bas de la colonne, la récupération des gaz en haut de la colonne et leur recyclage en bas de la colonne à l'aide d'un circuit de gaz de sorte que les gaz circulent en boucle fermée dans la colonne et le circuit de gaz, et le chauffage des gaz récupérés par passage au travers d'un échangeur thermique avant leur recyclage en bas de la colonne. Selon des modes de mise en œuvre particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possible :
- une phase de préparation comprenant le remplissage de la colonne et du circuit de gaz avec un gaz inerte ;
- à l'issue de la phase de préparation, la pression dans la colonne et le circuit de gaz est inférieure à 0,5 bar ;
- le traitement des gaz récupérés en haut de la colonne par passage dans un condenseur avant leur recyclage en bas de la colonne ;
- le traitement des gaz récupérés en haut de la colonne par passage dans au moins un dispositif de filtrage pour filtrer les particules solides contenu dans les gaz, avant leur recyclage en bas de la colonne ;
- le maintien d'une pression inférieure à 0,5 bar à l'intérieur de la colonne, par exemple par régulation d'un débit de gaz évacué de la colonne et/ou du circuit de gaz à l'aide d'une vanne ;
- l'évacuation de gaz en excès hors de la colonne et/ou du circuit de gaz pour limiter et réguler la pression dans la colonne ;
- l'ajout de gaz inerte aux gaz circulant dans la colonne et le circuit de gaz lorsque la teneur en monoxyde de carbone des gaz circulant dans la colonne et le circuit de gaz dépasse un seuil déterminé ;
- en phase de production stabilisée, les gaz sont introduits en bas de la colonne à une température comprise entre 200°C et 350°C, de préférence comprise entre 240°C et 280°C.
L'invention concerne également une centrale de torréfaction de biomasse, comprenant une colonne pour le mouvement gravitaire de la biomasse du haut vers le bas de la colonne à contre-courant de gaz chauds circulant du bas vers le haut de la colonne, et un circuit de gaz agencé pour récupérer les gaz en haut de la colonne et réinjecter les gaz en bas de la colonne de sorte que les gaz circulent en boucle fermée dans la colonne et le circuit de gaz, dans laquelle le circuit de gaz comprend un échangeur thermique pour le chauffage des gaz récupérés en haut de la colonne avant leur injection en bas de la colonne.
Selon d'autres modes de réalisation, la centrale comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- une source de gaz inerte pour injecter du gaz inerte dans la colonne et le circuit de gaz ; - un capteur de monoxyde de carbone pour déterminer la teneur en monoxyde de carbone des gaz circulant en boucle fermée ;
- un capteur de dioxygène pour déterminer la teneur en dioxygène des gaz circulant en boucle fermée ;
- le circuit de gaz comprend un condenseur pour condenser des composés organiques contenus dans les gaz récupérés en haut de la colonne, de préférence avant leur passage dans l'échangeur thermique ;
- un séparateur de particules solides pour séparer des particules solides des gaz récupérés en haut de la colonne, de préférence avant leur passage dans l'échangeur thermique ;
- au moins une vanne de régulation pour évacuer du gaz de la colonne ou du circuit de gaz.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue schématique d'une installation de torréfaction de biomasse pour la mise en œuvre d'un procédé de torréfaction de biomasse ; et
- la Figure 2 est une vue schématique d'une centrale de torréfaction incluant l'installation de torréfaction de biomasse de la Figure 1 .
L'installation de torréfaction 2 illustrée sur la Figure 1 est prévue pour la torréfaction de biomasse, en particulier de biomasse lignocellulosique. La biomasse lignocellulosique est par exemple formée de bois, de coques de fruit à coque, de bagasse, de pailles telles que par exemple, de la paille de riz ou de blé, d'écorces ou encore de résidus d'utilisation du fruit de palmier à huile (appelés EFB acronyme de « Empty Fruit Branch » en anglais).
L'installation de torréfaction 2 comprend une colonne 4 de torréfaction pour l'écoulement gravitaire de la biomasse du haut vers le bas dans la colonne 4, à contre- courant de gaz chauds circulant du bas vers le haut dans la colonne 4.
La colonne 4 est tubulaire et s'étend verticalement. La colonne 4 présente avantageusement une forme tronconique s'élargissant vers le bas. La colonne 4 est creuse et dénuée de support interne pour la biomasse.
L'installation de torréfaction 2 comprend un système d'alimentation 6 pour introduire la biomasse BB en haut de la colonne 4.
Le système d'alimentation 6 est étanche pour empêcher la sortie de gaz chauds de la colonne 4. A cet effet, le système d'alimentation 6 comprend par exemple un sas 6A pour l'introduction de la biomasse en haut de la colonne 4, préférentiellement une vanne alvéolaire.
L'installation de torréfaction 2 comprend un système d'extraction 8 pour extraire la biomasse torréfiée BT en bas de la colonne 4.
Le système d'extraction 8 comprend un dispositif de déchargement 8A fermant le bas de la colonne 4, le dispositif déchargement 8A retenant la biomasse dans la colonne 4 tout en permettant un écoulement contrôlé de la biomasse au travers du dispositif déchargement 8A. Le dispositif déchargement 8A permet en outre l'entrée des gaz chauds dans la colonne 4 au travers du dispositif d'extraction.
Le système d'extraction 8 comprend ici une boîte de déchargement 8B disposée en bas de la colonne 4, le dispositif de déchargement 8A étant disposé dans la boîte de déchargement 8B en fermant le bas de la colonne 4.
La boîte de déchargement 8B comprend une entrée de gaz pour l'injection des gaz chauds sous le dispositif de déchargement 8A. Les gaz chauds injectés dans la boîte de déchargement 8B entrent dans la colonne au travers du dispositif de déchargement 8A.
Le matériau déchargé par le dispositif de déchargement 8A s'écoule gravitairement vers le fond de la boîte de déchargement 8B.
Le système d'extraction 8 est étanche pour empêcher la sortie de gaz chauds de la colonne 4. A cet effet, le système d'extraction 8 comprend par exemple, au fond de la boîte de déchargement 8B, un sas 8C et préférentiellement une vanne alvéolaire.
Le dispositif d'extraction 8A est par exemple une grille horizontale pour retenir la biomasse dans la colonne 4, la grille étant au moins en partie mobile pour provoquer l'écoulement de la biomasse au travers d'ouverture de la grille, la grille permettant l'entrée des gaz chaud en bas de la colonne 4 au travers de la grille.
En variante, le dispositif d'extraction 8A comprend une pluralité d'organes sans fin (par exemple des chaînes) enroulés autour de roues d'entraînement et de roues de renvoi, de sorte que des brins de retenue des organes sans fin sont disposés parallèlement suivant une direction longitudinale en étant côte à côte suivant une direction transversale en délimitant entre eux des interstices, de telle manière que les brins de retenue forment ensemble une surface de support horizontale ajourée pour supporter la biomasse reçue dans la colonne 4, les roues d'entraînement étant entraînées en rotation de façon à déplacer les brins de retenue les uns par rapport aux autres suivant la direction longitudinale, pour provoquer l'écoulement de biomasse au travers de la surface de support. De préférence, les roues d'entraînement sont entraînées en rotation de sorte que des brins de retenue se déplaçant dans un sens suivant la direction longitudinale alternent suivant la direction transversale avec des brins de retenue se déplaçant dans l'autre sens suivant la direction longitudinale.
Le système d'extraction 8 est étanche pour empêcher la sortie de gaz chauds de la colonne 4. A cet effet, le système d'extraction 8 comprend par exemple un sas pour l'évacuation de la biomasse ayant traversé la grille 8A, préférentiellement une vanne alvéolaire.
En fonctionnement, la biomasse introduite en vrac en haut de la colonne 4 forme une pile reposant au fond de la colonne 4, plus spécifiquement sur le dispositif de déchargement 8A. Le déchargement de la biomasse torréfiée par le bas de la pile et l'introduction de biomasse par le haut de la pile assure un flux de biomasse du haut de la colonne 4 vers le bas de la colonne 4. Le déchargement de biomasse à la base de la pile provoque l'écoulement gravitaire du reste de la biomasse vers le bas de la colonne. L'alimentation par le haut compense la biomasse extraite par le bas.
L'installation de torréfaction 2 comprend un dispositif de transport et de refroidissement 10 pour refroidir la biomasse torréfiée extraite par le système d'extraction 8.
L'installation de torréfaction 2 comprend un circuit de gaz 12 pour récupérer les gaz en haut de la colonne 4 et réinjecter les gaz récupérés en bas de la colonne 4. Le circuit de gaz 12 assure une circulation des gaz en boucle fermée dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12.
En fonctionnement, les gaz circulent de bas en haut dans la colonne 4 en contact avec la biomasse en cours de traitement, puis sont récupérés en haut de la colonne 4 par le circuit de gaz 12, et réinjectés par le circuit de gaz 12 en bas de colonne 4. Les gaz traversent la pile de biomasse en vrac entassée dans colonne 4.
Le circuit de gaz 12 comprend un dispositif de chauffage 14 pour chauffer indirectement les gaz avant de les réinjecter en bas de la colonne. Le dispositif de chauffage 14 est configuré pour le chauffage des gaz sans injection de gaz dans le circuit de gaz 12. Le dispositif de chauffage 14 comprend un échangeur thermique 16 pour le chauffage des gaz circulant dans le circuit de gaz 12 par un échange thermique entre les gaz circulant dans le circuit de gaz 12 et une source de chaleur, sans apport de matière dans les gaz circulant dans le circuit de gaz 12.
Dans un mode de mise en œuvre, la source de chaleur est formée de gaz de combustion fournis par un système de combustion 18 brûlant un combustible, les gaz de combustion générés par le système de combustion 18 fournissant de la chaleur aux gaz circulant dans le circuit de gaz 12 dans l'échangeur thermique 16, sans mélange entre les gaz circulant dans le circuit de gaz 12 et les gaz de combustion fournis par le système de combustion 18. L'échangeur thermique 16 est alors par exemple un échangeur thermique gaz-gaz.
Le circuit de gaz 12 comprend un système de purification des gaz situé dans le circuit de gaz 12 entre le haut de la colonne 4 et l'échangeur thermique 16 du dispositif de chauffage 14, pour purifier les gaz sortant de la colonne 4 avant leur passage dans l'échangeur thermique 16.
Le circuit de gaz 12 comprend un condenseur 20 pour condenser des composés présents dans les gaz sortant du haut de la colonne 4. Le condenseur 20 est disposé dans le circuit de gaz 12 entre le haut de la colonne 4 et le dispositif de chauffage 14. Le condensât formé dans le condenseur 20 est évacué du circuit de gaz 12.
Le circuit de gaz 12 comprend en outre au moins un dispositif de filtrage, disposé entre le haut de la colonne 4 et l'échangeur thermique 16 du dispositif de chauffage 14, pour retirer des particules solides présentes des gaz récupérés en haut de la colonne.
Le circuit de gaz 12 comprend un dispositif de filtrage aval 22 disposé dans le circuit de gaz 12 en aval du condenseur 20, et en amont du dispositif de chauffage 14. Le dispositif de filtrage en aval du condenseur 20 permet de retirer les particules fines présentes des gaz récupérés en haut de la colonne après le condenseur 20.
Le circuit de gaz comprend en option un dispositif de filtrage amont 23 disposé dans le circuit de gaz 12 en amont du condenseur 20, entre le haut de la colonne 4 et le condenseur 20. Le dispositif de filtrage en amont du condenseur 20 permet de retirer les particules solides les plus grosses présentes des gaz récupérés en haut de la colonne avant le condenseur 20. Ceci améliore le fonctionnement du condenseur 20 et du dispositif de filtrage aval 22 qui est alors chargé de filtrer uniquement les particules les plus fines.
Les dispositifs de filtrage amont 23 et aval 22 sont par exemple des séparateurs à effet cyclone, notamment des séparateurs multi-cyclones.
Avantageusement, le condenseur 20 et le dispositif de filtrage aval 22 sont intégrés dans une même unité 19 comme représenté sur la Figure 1 .
Le condenseur 20, le dispositif de filtrage aval 22 et le dispositif de filtrage amont 23 forment le système de purification. En variante, le système de purification comprend un seul dispositif de filtrage, disposé en amont ou en aval du condenseur 20.
L'installation de torréfaction 2 comprend un dispositif de régulation de pression pour réguler la pression des gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12.
Le dispositif de régulation de pression est formé par une branche d'évacuation 21 s'alimentant dans le circuit de gaz 12, munie d'une vanne de régulation 24, et débouchant dans une cheminée d'évacuation 25. Le dispositif de régulation de pression est situé en amont de l'échangeur thermique 16 du dispositif de chauffage 14. La branche d'évacuation 21 s'alimente ici en amont du dispositif de chauffage 14 et en aval du dispositif de filtrage aval 22.
L'ouverture de la vanne de régulation 24 permet d'évacuer vers la cheminée d'évacuation 25 un excès de gaz, pour limiter la pression à l'intérieur de la colonne 4 et du circuit de gaz 12. La vanne de régulation 24 permet de réguler le débit de gaz extrait du circuit de gaz 12 et de la colonne 4.
L'installation de torréfaction 2 comprend une source de gaz inerte 26 pour l'injection d'un gaz inerte dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12.
La source de gaz inerte 26 est raccordée au circuit de gaz 12 en un ou plusieurs points d'injection pour l'injection du gaz inerte dans le circuit de gaz 12.
La source de gaz inerte 26 est par exemple raccordée au circuit de gaz 12 en un point d'injection situé en amont du bas de la colonne 4 et en aval du dispositif de chauffage 14 et/ou en un point d'injection en aval du haut de la colonne 4 et en amont du dispositif de chauffage 14. La source de gaz inerte 26 est ici raccordée au circuit de gaz 12 en deux points d'injection : un point d'injection en amont du bas de la colonne 4 et en aval du dispositif de chauffage 14, et un point d'injection en aval du haut de la colonne 4 et en amont du dispositif de chauffage 14.
On utilisera de préférence sélectivement l'un ou l'autre des deux points d'injection pour introduire le gaz inerte dans le circuit de gaz 12. Dans un mode de mise en œuvre particulier, on utilise alternativement les deux points d'injections.
Le gaz inerte est un gaz non combustible. Le gaz inerte est par exemple du diazote (N2).
Le circuit de gaz 12 comprend un capteur de monoxyde de carbone 28 pour mesurer la teneur en monoxyde de carbone (CO) des gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12. Le capteur de monoxyde de carbone 28 est ici situé sur le circuit de gaz 12 en aval du dispositif de chauffage 14. En option, le capteur de monoxyde de carbone 28 mesure aussi la teneur en dioxyde de carbone (C02) présente dans le circuit de gaz 12.
Le circuit de gaz 12 comprend un capteur de dioxygène 29 pour mesurer la teneur en dioxygène (02) des gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12. Le capteur de dioxygène 29 est ici situé sur le circuit de gaz 12 en aval du dispositif de chauffage 14. Son rôle est de contrôler le taux de dioxygène présent dans l'installation de torréfaction 2 pendant les opérations de purge et les phases de préparation et de démarrage de l'installation de torréfaction 2. Le capteur de dioxygène 29 permet également de détecter toute présence accidentelle de dioxygène en mode de production et ainsi de commander en conséquence l'injection de gaz inerte. Son installation entre l'échangeur thermique 16 et le bas de la colonne 4 où les gaz sont réinjectés dans la colonne 4 permet de contrôler le taux de dioxygène des gaz à l'entrée de la colonne 4 pour éviter tout risque de combustion de la biomasse dans la colonne 4 et d'explosion avec le CO présent dans le circuit de gaz en cas de taux de dioxygène trop élevé.
Le taux de dioxygène dans le flux de gaz chauds injecté en bas de la colonne 4, et contrôlé par le capteur de dioxygène, est maintenu inférieur à 2%.
En option, l'installation de torréfaction 2 comprend une soupape 27 pour limiter en permanence la pression des gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12. La soupape 27 est par exemple disposée en haut de la colonne 4.
En fonctionnement, l'installation de torréfaction 2 permet de mettre en œuvre un procédé de torréfaction comprenant une phase de préparation, une phase de démarrage puis une phase de production continue.
La colonne 4 est initialement remplie de biomasse. La biomasse en vrac introduite dans la colonne 4 forme une pile reposant au fond de la colonne 4.
Ensuite, dans une phase de préparation, le procédé de torréfaction comprend le balayage de la colonne 4 et du circuit de gaz 12 avec du gaz inerte, de manière à évacuer les gaz initialement présents dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 et à remplir la colonne 4 et le circuit de gaz 12 avec du gaz inerte. Le circuit de gaz 12 est ainsi exempt de dioxygène (02). Le gaz inerte est injecté à l'aide de la source de gaz inerte 26. La colonne 4 et le circuit de gaz 12 sont remplis de gaz inerte jusqu'à atteindre une pression de démarrage déterminée, qui est de préférence égale ou inférieure à 0,5 bar en tout point du circuit de gaz 12. La soupape 27 est par exemple tarée à une pression maximale égale ou inférieure à 0,5 bar, de manière à limiter la pression dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12.
Ensuite, dans une phase de démarrage, les gaz présents dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 sont mis en circulation en boucle fermée et chauffés à l'aide du dispositif de chauffage 14. La biomasse exposée aux gaz chauds commence par évacuer de la vapeur d'eau. Dans la phase de démarrage, les gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 contiennent essentiellement du gaz inerte et de l'eau.
Ensuite, dans une phase de production continue, lorsque les gaz circulant en boucle fermée atteignent une température suffisante en bas de la colonne 4 (environ 200°C), la torréfaction de la biomasse commence. Du fait de la torréfaction, des composés organiques de la biomasse sont évaporés. Les composés organiques et leurs proportions respectives dépendent de la biomasse utilisée. En général, les composés organiques sont principalement du dioxyde de carbone (C02), du monoxyde de carbone (CO), du méthanol (CH3OH), de l'acide acétique (CH3COOH), de l'acide formique ou acide méthanoïque (HCOOCH) et du furfural (C5H402). D'autres composés organiques apparaissent sous forme de traces.
Les gaz sortant du haut de la colonne 4 passent dans le condenseur 20. Les composés les moins volatiles sont condensés. La majeur partie du méthanol, de l'acide acétique, de l'acide formique, du furfural et des autres composés organiques résultant de la torréfaction est condensée dans le condensateur 20 et récupérée sous forme liquide. Ces composés organiques subsistent sous la forme de traces en aval du condensateur 20.
En aval du condenseur 20, les gaz contiennent principalement de la vapeur d'eau, du diazote, du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. Il y a des traces de composés organiques et de dioxygène.
Les gaz sortant du haut de la colonne 4 sont purifiés par élimination des particules solides, ici par passage dans le séparateur à effet cyclone 22. Ceci permet d'éliminer des fines particules de biomasse emportées par le flux de gaz lors de son passage dans la colonne 4. De telles particules pourraient à terme boucher le circuit de gaz.
Du fait de la torréfaction, même si la majeure partie des composés organiques est récupérée sous forme liquide dans le condenseur 20, la quantité de gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 tend à augmenter, ce qui tend à faire augmenter la pression. La vanne de régulation de pression 24 permet de maintenir la pression dans la colonne et le circuit de gaz 12 dans une plage de pression déterminée (< 0,5 bar).
En phase de production continue, les gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 atteignent un équilibre dans leur composition.
Le monoxyde de carbone est un gaz combustible. Une présence excessive de monoxyde de carbone est susceptible d'entraîner, une combustion de la biomasse présente dans la colonne 4. Toutefois ce risque de combustion n'est réel que si le taux de monoxyde de carbone CO atteint son seuil d'inflammabilité, et si, simultanément, le monoxyde de carbone CO est porté à une température suffisante et si en outre il est mis en contact avec un comburant.
Le procédé de torréfaction comprend la mesure de la teneur en monoxyde de carbone dans les gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 1 . La mesure est effectuée ici à l'aide du capteur de monoxyde de carbone 28.
Le procédé de torréfaction comprend l'injection de gaz inerte dans les gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 pour limiter la teneur en monoxyde de carbone pendant la torréfaction. L'injection est effectuée à l'aide de la source de gaz inerte 26. Dans un mode de mise en œuvre, le procédé de torréfaction comprend l'injection de gaz neutre lorsque la teneur en monoxyde de carbone dans les gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 dépasse un seuil prédéterminé.
Pendant la phase de torréfaction, la biomasse en vrac forme une pile compacte dans la colonne 4, reposant sur le dispositif déchargement 8A. La biomasse traitée est extraite au fur et à mesure en bas de la colonne 4, et de la nouvelle biomasse est alimentée au fur et à mesure par le haut de la colonne 4. Un flux de biomasse circule dans la colonne 4 du haut vers le bas.
Pendant la phase de production continue, les gaz sont introduits en bas de la colonne 4 à une première température T1 et ressortent en haut de la colonne 4 à une deuxième température T2 inférieure à la première température T1 .
Les gaz circulent du bas de la colonne 4 vers le haut de la colonne 4 en traversant la pile de biomasse présente dans la colonne 4. Les gaz arrivent chauds en bas de la colonne 4 et se refroidissent progressivement en circulant vers le haut de la colonne 4 et en traversant la pile de biomasse. Ainsi, il s'établit dans la colonne 4 un gradient de température décroissant du bas de la colonne 4 vers le haut de la colonne 4. La biomasse est exposée à une température progressivement croissante du haut de la colonne 4 vers le bas de la colonne 4.
La première température T1 est comprise entre 200°C et 350°C, de préférence entre 240°C et 280°C. La deuxième température T2 est de préférence inférieure ou égale à 80°C. La deuxième température T2 est comprise par exemple entre 60°C et 80°C.
Entre le haut de la colonne 4 et le bas de la colonne 4, les gaz sont réchauffés dans le circuit de gaz 12, de la deuxième température T2 à la première température T1 , par passage dans l'échangeur thermique 16.
Le chauffage est réalisé dans l'échangeur thermique 16, sans injection de matière, en particulier de gaz de combustion, dans les gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12. Le chauffage est réalisé par échange thermique entre les gaz et une source de chaleur au travers d'une paroi de l'échangeur thermique 16, sans échange de matière.
Ainsi, le chauffage des gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 ne modifie pas leur composition. En particulier, le chauffage des gaz circulant dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12 à l'aide d'un échangeur thermique ne risque pas d'introduire du dioxygène dans les gaz.
Le chauffage des gaz dans un échangeur thermique 16 permet d'utiliser différentes sources de chaleur pour chauffer les gaz. La source de chaleur est par exemple de la biomasse, une source fossile solide ou gazeuse, de la chaleur fatale ou une source de chaleur géothermique. L'expression « chaleur fatale » désigne de la chaleur produite par une installation industrielle, non valorisée sur place dans cette installation industrielle génératrice de cette chaleur et envoyée vers une autre installation industrielle utilisatrice de la chaleur. Le vecteur de transport de chaleur est par exemple de la vapeur d'eau ou des fumées.
Tous les gaz recyclés traversant l'échangeur thermique 16 sont injectés en bas de la colonne 4. Les gaz éventuellement évacués par le dispositif de régulation de pression sont prélevés dans le circuit 12 en amont de l'échangeur thermique 16.
Pendant la phase de production continue, seuls les gaz générés par la torréfaction s'ajoutent aux gaz circulant en boucle fermée dans la colonne 4 et le circuit de gaz 12. Ceci limite les pertes thermiques, et améliore le rendement énergétique global de l'installation de torréfaction 2. Le seul gaz éventuellement ajouté est du gaz inerte supplémentaire pour limiter la teneur en monoxyde de carbone. La torréfaction est réalisée en l'absence de dioxygène, ce qui limite tout risque de combustion.
Il est possible de remplir la colonne 4 à 80% de biomasse en volume tout en ayant des échanges thermiques satisfaisant entre les gaz chauds et la biomasse. La torréfaction dans une colonne 4 permet ainsi de traiter une grande quantité de biomasse tout en conservant une installation de torréfaction 2 compacte et peu coûteuse.
Le procédé de torréfaction permet de réaliser une torréfaction efficace à une température comprise entre 240°C et 280°C, ce qui limite le coût énergétique de la mise en œuvre de la torréfaction en limitant la température des gaz, tout en obtenant un rendement satisfaisant.
Comme illustrée sur la Figure 2, l'installation de torréfaction 2 est incluse dans une centrale de torréfaction 31 .
La centrale de torréfaction 31 comprend, en amont de l'installation de torréfaction 2, un dispositif de préparation biomasse 32 et un dispositif de séchage de biomasse 34.
Le dispositif de préparation de biomasse 32 est configuré par exemple pour le broyage, l'affinage et/le criblage de la biomasse alimentant la centrale de torréfaction 31 . La préparation de la biomasse permet de lui conférer des propriétés, en particulier des granulométriques, assurant une torréfaction efficace. Des particules de biomasse plus petites possèdent une plus grande surface d'échange avec les gaz chauds en rapport à leur poids, mais s'écoule différemment.
Le dispositif de séchage 34 est configuré pour sécher au moins partiellement la biomasse et atteindre un taux d'humidité de la biomasse inférieure à 30%. La centrale de torréfaction 31 comprend en option un dispositif de stockage intermédiaire 33 entre l'installation de préparation biomasse 32 et l'installation de séchage de biomasse 34, et/ou un dispositif de stockage intermédiaire entre l'installation de séchage de biomasse 34 et l'installation de torréfaction.
En option, la centrale de torréfaction 31 peut comprendre, en aval de l'installation de torréfaction 2, un dispositif de densification 36 pour densifier la biomasse torréfiée fournie par l'installation de torréfaction 2. Le dispositif de densification 36 est configuré pour conditionner la biomasse torréfiée en pastilles, boulets, briques, briquettes ou granulés (ou « pellets » en anglais) facilement conditionnables, transportables et utilisables.
La centrale de torréfaction 31 comprend, en option, un dispositif de stockage tampon 38 entre l'installation de torréfaction 2 et l'installation de densification 36 et/ou un dispositif de stockage aval 39 en aval de l'installation de densification.
La centrale de torréfaction 31 comprend une installation de chauffage 40. L'installation de chauffage 40 alimente en gaz chauds le sécheur et l'échangeur thermique de l'installation de torréfaction 2.
L'installation de chauffage 40 comprend par exemple le système de combustion
18. Le système de combustion 18 est configuré pour brûler par exemple de la biomasse, par exemple une fraction de la biomasse alimentant la centrale de torréfaction 31 et /ou une fraction rejetée par l'installation de préparation de biomasse 32.
L'installation de chauffage 40 est ici mutualisée pour le chauffage du sécheur et de l'échangeur thermique. Dans une variante, la centrale de torréfaction comprend des sources de chaleurs distinctes pour l'échangeur thermique et le sécheur, par exemple des installations de chauffage respectives pour le sécheur et l'échangeur thermique.
La centrale de torréfaction 31 permet ainsi d'utiliser une minorité de la biomasse pour torréfier la majorité de la biomasse.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Procédé de torréfaction de biomasse, comprenant l'écoulement gravitaire de biomasse du haut vers le bas d'une colonne (4) à contre-courant de gaz chauds circulant du bas vers le haut de la colonne (4), avec établissement d'un gradient de température croissant du haut vers le bas de la colonne (4), la récupération des gaz en haut de la colonne et leur recyclage en bas de la colonne (4) à l'aide d'un circuit de gaz (12) de sorte que les gaz circulent en boucle fermée dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12), et le chauffage des gaz récupérés par passage au travers d'un échangeur thermique (16) avant leur recyclage en bas de la colonne (4).
2. - Procédé de torréfaction selon la revendication 1 , comprenant une phase de préparation comprenant le remplissage de la colonne (4) et du circuit de gaz (12) avec un gaz inerte.
3. - Procédé de torréfaction selon la revendication 2, dans lequel, à l'issue de la phase de préparation, la pression dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12) est inférieure à 0,5 bar.
4. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le traitement des gaz récupérés en haut de la colonne (4) par passage dans un condenseur (20) avant leur recyclage en bas de la colonne (4).
5.- Procédé de torréfaction selon la revendication 4, dans lequel le condenseur
(20) est situé en amont de l'échangeur thermique (16).
6. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le traitement des gaz récupérés en haut de la colonne (4) par passage dans au moins un dispositif de filtrage (23, 22) pour filtrer les particules solides contenu dans lez gaz, avant leur recyclage en bas de la colonne (4).
7. - Procédé de torréfaction selon la revendication 6, dans lequel le dispositif de filtrage (22, 23) est situé en amont de l'échangeur thermique (16).
8. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le maintien d'une pression inférieure à 0,5 bar à l'intérieur de la colonne (4), par exemple par régulation d'un débit de gaz évacué de la colonne (4) et/ou du circuit de gaz (12) à l'aide d'une vanne (24).
9. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel tous les gaz récupérés en haut de la colonne (4) et réchauffés dans l'échangeur thermique (16) sont injectés en bas de la colonne (4).
10. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant l'évacuation de gaz en excès hors de la colonne (4) et/ou du circuit de gaz (12) pour limiter et réguler la pression dans la colonne (4).
1 1 . - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant l'ajout de gaz inerte aux gaz circulant dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12) lorsque la teneur en monoxyde de carbone des gaz circulant dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12) dépasse un seuil déterminé.
12. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, en phase de production continue, les gaz récupérés en haut de la colonne (4) sont à une température inférieure ou égale à 80°C, de préférence comprise entre 60°C et 80°C.
13. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, en phase de production continue, les gaz sont introduits en bas de la colonne à une température comprise entre 200°C et 350°C, de préférence comprise entre 240°C et 280°C.
14. - Procédé de torréfaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on contrôle la teneur en dioxygène et/ou la teneur en monoxyde de carbone des gaz introduits en bas de la colonne (4).
15. - Centrale de torréfaction de biomasse, comprenant une colonne (4) pour le mouvement gravitaire de la biomasse du haut vers le bas de la colonne (4) à contre- courant de gaz chauds circulant du bas vers le haut de la colonne (4), et un circuit de gaz (12) agencé pour récupérer les gaz en haut de la colonne (4) et réinjecter les gaz en bas de la colonne (4) de sorte que les gaz circulent en boucle fermée dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12), dans laquelle le circuit de gaz comprend un échangeur thermique (16) pour le chauffage des gaz récupérés en haut de la colonne (4) avant leur injection en bas de la colonne (4).
16. - Centrale de torréfaction selon la revendication 15, comprenant une source de gaz inerte (26) pour injecter du gaz inerte dans la colonne (4) et le circuit de gaz (12).
17. - Centrale de torréfaction selon la revendication 16, comprenant un capteur de monoxyde de carbone (28) pour déterminer la teneur en monoxyde de carbone des gaz circulant en boucle fermée.
18. - Centrale de torréfaction selon la revendication 16 ou 17, comprenant un capteur de dioxygène (29) pour déterminer la teneur en dioxygène des gaz circulant en boucle fermée.
19. - Centrale de torréfaction selon la revendication 17 ou 18, dans laquelle le capteur de dioxygène (29) ou le capteur de monoxyde de carbone (28) est situé entre l'échangeur thermique (16) et le bas de la colonne (4).
20. - Centrale de torréfaction selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, dans lequel le circuit de gaz (12) comprend un condenseur (20) pour condenser des composés organiques contenus dans les gaz récupérés en haut de la colonne, de préférence avant leur passage dans l'échangeur thermique (16).
21 . - Centrale de torréfaction selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, comprenant un séparateur de particules solides (22) pour séparer des particules solides des gaz récupérés en haut de la colonne (4), de préférence avant leur passage dans l'échangeur thermique (16).
22. - Centrale de torréfaction selon l'une quelconque des revendications 15 à 21 , comprenant au moins une vanne de régulation (24) pour évacuer du gaz de la colonne (4) ou du circuit de gaz (12), de préférence en amont de l'échangeur thermique (16).
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