L'invention concerne un dispositif de séchage de biomasse solide et une utilisation de ce dispositif.

Dans le contexte du changement climatique et de l'imposition de quotas d'émissions de dioxyde de carbone émis par les installations industrielles et notamment de production d'énergie à base de combustibles fossiles solides, il apparaît que la capture et le stockage de dioxyde de carbone qui est envisagé à moyen et long terme pour les installations de grande taille seront insuffisants pour répondre au facteur quatre de division des émissions de dioxyde de carbone en 2050.

La capture et le stockage de dioxyde de carbone devront être complétés par l'utilisation de biomasses agricoles et forestières pour les installations de capacité moyenne et inférieure qui sont à même de collecter ces biomasses dans une zone géographique limitée. Ces biomasses d'origine naturelle présentent l'inconvénient de fortes teneurs en humidité, ce qui a un effet pénalisant sur les rendements des installations de conversion tant de combustion que de gazéification. Sachant que des efforts technologiques doivent être apportés sur toutes les étapes de la conversion thermochimique de la biomasse, il est nécessaire d'améliorer les performances de l'étape de séchage et d'éviter que le séchage ne soit émetteur d'émissions spécifiques de dioxyde de carbone.

Il est connu dans les industries utilisatrices de biomasses du type fabrication des panneaux de particules, d'effectuer ce séchage en four tournant, alimenté par des fumées produites par des générateurs alimentés au gaz naturel. Ces fumées permettent de réduire l'humidité de départ des biomasses, qui est de 55 à 60 %, à environ 20 à 25 %, au prix d'une consommation énergétique chère et génératrice de dioxyde de carbone.

L'utilisation d'un four tournant est une technique primaire de contact gaz solides et peu compacte, connue pour des performances moyennes de séchage de biomasse. Elle possède par contre l'avantage de tolérer des biomasses grossières et d'être bien adaptée à des copeaux papetiers mais d'être limitée par les teneurs en sciures fines.

Il existe par ailleurs des technologies en développement pour le séchage de lignite à haute teneur en humidité qui sont réalisées en lit fluidisé dense possédant des échangeurs immergés parcourus par de la vapeur. Mais ces technologies sont adaptées à du lignite de faible granulométrie, destiné à une combustion à l'état pulvérisé très fin.

Le document de brevet US 2005/0274067 décrit un dispositif de séchage de biomasse en tant que carburant dans une installation de cimenterie. Le cru de cimenterie contenant ces biomasses est séché dans une section de préchauffage comportant une série d'étages de préchauffage de type cyclones, le cru étant introduit dans le cyclone supérieur et le gaz chaud provenant d'un four tournant étant introduit dans le cyclone inférieur, le séchage se réalisant à contre courant des solides et des gaz.

Le préchauffeur de type cyclone supérieur reçoit les solides par une conduite horizontale latérale amenant également le gaz en fin de boucle gazeuse et les solides séparés des gaz s'écoulent d'un cyclone à l'autre par une conduite verticale inférieur aux cyclones. Le préchauffeur de type cyclone inférieur reçoit le gaz chaud par une conduite horizontale latérale en début de boucle gazeuse.

Un tel dispositif de séchage pose les problèmes techniques suivants. Un tel dispositif de séchage est très encombrant, chaque cyclone ayant un diamètre de l'ordre de 10 mètres et la hauteur totale de la série de cyclones étant de l'ordre de 80 mètres, et ne peut être installé en tout lieu. Le séchage à contre courant s'applique exclusivement à une installation de type cimenterie où l'alimentation en gaz chaud est en partie basse.

L'invention résout ces problèmes techniques et propose un dispositif de séchage spécifiquement destiné à la biomasse, qui soit compact et particulièrement intégré à une installation de conversion thermochimique à lit fluidisé rapide, tout en assurant une forte turbulence de mélange avec des gaz chauds.

Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de séchage de biomasse solide comportant une pluralité de cyclones disposés en série, dont un premier cyclone comporte une conduite d'alimentation en gaz chaud et une conduite de sortie du gaz et dont les autres cyclones comportent une conduite d'entrée et une conduite de sortie du gaz, chaque cyclone comportant une conduite verticale inférieure d'écoulement des solides vers le plafond du cyclone adjacent, caractérisé en ce que ladite conduite d'alimentation en gaz chaud débouche dans le plafond du cyclone supérieur et ladite conduite d'entrée du gaz des autres cyclones débouche également dans le plafond du cyclone correspondant.

Pour améliorer les rendements de conversion thermochimique des biomasses et réduire leur humidité à environ 10 % , humidité équivalente à celle de combustibles fossiles solides de type charbon, il est nécessaire d'effectuer un séchage mettant en œuvre une forte turbulence de mélange avec des gaz chauds contenant de l'oxygène et éventuellement des solides, sans toutefois enflammer ces biomasses et assurer un temps de séjour suffisant pour ces migrations d'humidité dans les particules poreuses de biomasse qui auront été préparées en granulométrie. Une amélioration de performances exige de réduire le spectre granulométrique des biomasses en entrée pour contrôler leur temps de séjour et le rendre homogène. La compacité du dispositif de séchage est essentielle pour réduire les coûts d'investissement.

L'invention concerne également une utilisation d'un tel dispositif de séchage de biomasse solide, caractérisée en ce que ledit gaz chaud est prélevé sur des fumées de combustion ou sur du gaz de synthèse à une température d'environ 600 à 700 ⁰ C. L'invention concerne enfin une utilisation d'un tel dispositif de séchage de biomasse solide, caractérisée en ce que des solides inertes sont mélangés à la biomasse alimentée et sont récupérés en sortie du dispositif de séchage pour être recyclés dans la biomasse alimentée.

L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.

La figure 1 est une vue schématique en élévation d'un dispositif de séchage de biomasse conforme à l'invention.

La figure 2 est une vue en perspective de détail d'un tel dispositif de séchage de biomasse conforme à l'invention. La figure 3 est une vue de dessus de détail d'un tel dispositif de séchage de biomasse conforme à l'invention.

La figure 4 est une vue schématique en plan d'une installation de conversion thermochimique à lit fluidisé rapide équipé d'un dispositif de séchage de biomasse conforme à l'invention. Comme illustré sur la figure 1, un dispositif de séchage de biomasse solide, conforme à l'invention, comporte une pluralité de cyclones à haute vitesse disposés en série, cinq cyclones IA à IE selon l'exemple représenté, chaque cyclone comportant une partie inférieure conique et une partie supérieure cylindrique. Un premier cyclone IA comporte une conduite d'alimentation en gaz chaud 2 et une conduite de sortie du gaz 3A et les autres cyclones IB à IE comportent une conduite d'entrée 4B à 4E et une conduite de sortie 3B à 3E du gaz. Chaque cyclone comporte une conduite verticale inférieure 5A à 5E d'écoulement des solides vers le plafond du cyclone adjacent, disposée sur l'axe de symétrie du cyclone correspondant.

La conduite d'alimentation 2 en gaz chaud débouche dans le plafond du cyclone supérieur IA et la conduite d'entrée 4B à 4E du gaz des autres cyclones débouche également dans le plafond du cyclone correspondant.

La conduite d'alimentation 2 et les conduites d'entrée 4B à 4E du gaz sont inclinées, d'au moins 20° par rapport à l'horizontale, dans un dernier tronçon en partie haute du cyclone correspondant et à écoulement dirigé vers le bas La conduite de sortie 3B à 3E du gaz est quant à elle disposée latéralement à la partie conique du cyclone correspondant et inclinée vers le bas.

La biomasse est alimentée dans le cyclone supérieur IA par une conduite verticale 6 disposée sur l'axe de symétrie de ce cyclone. La pluralité de cyclones IA à IE est disposée en une tour, leurs axes de symétrie étant alignés en une droite X. Cet agencement minimise la charpente de support.

Le gaz de séchage contenant l'humidité évaporée à la sortie du dernier cyclone IE, évacué par la conduite de sortie 3E, est dirigé vers une filtration et une condensation pour une réutilisation de l'eau puis un transfert vers un procédé aval de transformation ou un rejet à l'atmosphère après traitement éventuel de substances volatiles contenues.

Les figures 2 et 3 représentent plus en détail les conduites de sortie et d'entrée du gaz entre deux cyclones IB et IC. Sur ces figures sont également représentées les conduites verticales inférieures 5A et 5B d'écoulement des solides correspondants.

La conduite d'entrée du gaz 4C débouche dans le plafond du cyclone IC à proximité de la périphérie de ce dernier de préférence par une fente en arc de cercle, de largeur constante. Le bord périphérique externe de cette fente est disposé en continuité avec la paroi cylindrique du cyclone IC, afin de ne pas réduire la vitesse des solides.

Le cyclone IB comporte une conduite de sortie des fumées latérale 3B, par sa partie conique inférieure. Conduite de sortie 3B et conduite d'entrée 4C sont raccordées en une conduite unique qui présente une géométrie de liaison à longueur minimum pour raccorder la conduite de sortie latérale inclinée 3B de gaz par le cône inférieur du cyclone IB avec la conduite d'entrée de gaz chaud 4C au plafond du cyclone suivant IC. Le tronçon de conduite de sortie inclinée 3B est suivie d'un tronçon de conduite de course verticale 7 puis du tronçon de conduite d'entrée inclinée 4C. De préférence, un angle de 45° dans un plan horizontal de projection est aménagé entre le tronçon de conduite de sortie latérale inclinée 3B du cyclone IB et le tronçon de conduite d'entrée inclinée 4C au plafond du cyclone adjacent IC.

Selon une utilisation préférée de ce dispositif de séchage de biomasse solide, le gaz chaud introduit dans la conduite d'alimentation 2 est prélevé sur des gaz issus d'une installation de combustion, par exemple combustion à l'air, oxycombustion ou cycle thermochimique, ou sur du gaz de synthèse, à une température d'environ 600 à 700 ⁰ C.

Avantageusement, pour améliorer la mise en contact des gaz chauds avec la biomasse à sécher, des solides inertes pouvant jouer le rôle de caloporteur, par exemple des sables, des argiles, des cendres circulantes ou des minéraux, sont mélangés à la biomasse alimentée par la conduite 6 et sont récupérés en sortie du dispositif de séchage, séparés par tamisage partiel de la biomasse séchée, pour être recyclés dans la biomasse à sécher alimentée en tête du dispositif de séchage, comme illustré par une ligne pointillée 16 en figure 1.

Cette boucle de solides inertes mélangés à la biomasse à sécher avec les gaz chauds favorise les écoulements par rinçage des gaines, entre les cyclones successifs et augmente le contact avec la biomasse pour accélérer la cinétique de séchage.

La figure 4 illustre un exemple d'utilisation de ce dispositif de séchage de biomasse solide. Ce dispositif de séchage de biomasse solide, comportant par exemple deux cyclones IA et IB en série, est installé dans une boucle à lit fluidisé rapide comportant un réacteur 10, un cyclone de séparation 11 associé et une conduite de retour 12 des solides de ce cyclone vers le réacteur, la conduite d'alimentation 2 en gaz chaud étant alimenté par des gaz soutirés en sortie du cyclone de séparation 11.

La biomasse séchée est alimentée par la conduite 6 et en sortie du dispositif de séchage, évacuée par la conduite 5B, est injectée dans le bas du réacteur 10. Le gaz de séchage contenant l'humidité évaporée à la sortie du dernier cyclone IB, est évacué par la conduite 15. Des solides sont soutirés de la conduite de retour 12 et, après refroidissement par un échangeur 13 à une température d'environ 600 ⁰ C à 700 ⁰ C, sont mélangés au moyen d'une conduite 14 à la biomasse alimentée au dispositif de séchage, par la conduite 6.