FR2601380A1

FR2601380A1 - Procede et dispositif pour la fabrication en continu de combustibles mixtes a base de matieres organiques et de matieres hydrocarbonees

Info

Publication number: FR2601380A1
Application number: FR8609906A
Authority: FR
Inventors: Philippe Combette; Francois-Pierre Navarre
Original assignee: Clextral SAS; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: Clextral SAS; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1986-07-08
Publication date: 1988-01-15
Also published as: FR2601380B1

Abstract

CONFORMEMENT A L'INVENTION, LE PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UN PRODUIT COMBUSTIBLE MIXTE A BASE DE MATIERES ORGANIQUES ET DE MATIERES HYDROCARBONEES DANS UNE MACHINE MODULAIRE 1 COMPORTANT AU MOINS UNE VIS 1A, 1B ENTRAINEE EN ROTATION A L'INTERIEUR D'UN FOURREAU 2 ET MUNIE DE FILETS HELICOIDAUX 3, 8, 13 A PAS VARIABLE ET D'ORGANES PERIPHERIQUES 4, 9 DE TRAITEMENT, EST CARACTERISE EN CE QUE LE TRAITEMENT DES MATIERES ORGANIQUES ET HYDROCARBONEES EST REALISE DANS LA MACHINE MODULAIRE 1 EN PLUSIEURS ETAPES SE SUCCEDANT EN CONTINU ET COMPRENANT AU MOINS UNE ETAPE DE DILACERATION DE LA MATIERE ORGANIQUE SOUS L'ACTION COMBINEE DE FORCES DE COMPRESSION ET DE CISAILLEMENT, AU MOINS UNE ETAPE D'HYPERPRESSAGE MECANIQUE POUR AMELIORER LES QUALITES DE COMBUSTION DU PRODUIT COMBUSTIBLE EN DIMINUANT SA TENEUR EN EAU, AU MOINS UNE ETAPE DE TRAITEMENT THERMOCHIMIQUE ET UNE ETAPE DE MISE EN FORME DUDIT PRODUIT COMBUSTIBLE.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de réaliser en continu un produit combustible mixte à base de matières organiques et de matières hydrocarbonées. La matière organique utilisée dans la présente invention est généralement appelée de la biomasse.

Ce terme général recouvre l'ensemble des ma tières à pouvoir combustible peu élevé ce qui les rend trés peu utilisées à l'heure actuelle, mais par contre disponibles en trés grandes quantités. Ces matières sont généralement issues de diverses industries telles que l'industrie du bois qui en génère d'importants volumes : sciures, petits bois, tant à la découpe sur les lieux d'exploitation qu'en usine après travail sur machine. rejets des différentes papeteries sous forme de liqueur noire.

Certaines biomasses telles que les ordures ménagères, les lisiers comportent une grosse proportion de matériaux organiques mais malheureusement en association avec d'importants volumes d'eau, ce qui limite le pouvoir calorifique et rend l'utilisation en tant que combustible très difficile. Cette caractéristique varie dans les matériaux et permet méme de les classer selon les quantités d'eau présentes. Ces quantitis peuvent varier en fonction de l'origine de ces matières organiques.

Un exemple de classement est regroupé dans le tableau ci-dessous.

TABLEAU I

<tb> <SEP> Nature <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> matière
<tb> <SEP> Z <SEP> Poids <SEP> sèche <SEP> Z <SEP> Poids
<tb> Boues <SEP> primaires <SEP> 98 <SEP> - <SEP> 99 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2
<tb> Boues <SEP> secondai
<tb> <SEP> res <SEP> 96 <SEP> - <SEP> 94 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 6
<tb> Boues <SEP> pressées
<tb> ou <SEP> centrifugées <SEP> 80 <SEP> --60 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 40
<tb> Tourbes <SEP> 70 <SEP> 30
<tb> Lignite <SEP> 60 <SEP> 40
<tb> Raffles <SEP> de <SEP> mais <SEP> 50 <SEP> 50
<tb> Paille <SEP> de <SEP> blé <SEP> 20 <SEP> 80
<tb> Papier <SEP> 10 <SEP> 90
<tb> Aiguilles <SEP> de
<tb> <SEP> pin <SEP> 5 <SEP> 95
<tb>
Pour brûler ou gazéifier ces matériaux seuls ou associés, on peut penser à extraire l'eau et faire en sorte que le matériau puisse etre facilement brûlé.

Néanmoins. il faut distinguer les différentes formes sous lesquelles l'eau est fixée, généralement en fonction des substrats dont l'énergie de désorbtion ajoutée à l'énergie de vaporisation de l'eau rend non économiques les procédés classiques par séchage thermique.

Aussi des études approfondies sur ces matériaux ont permis de conclure à trois phénomènes essentiels permettant d'améliorer ce séchage.

Le premier est que la micronisation d'un solide qui contiendrait de l'eau liée permet la trans formation de l'eau lieue en eau libre et ce dans un certain pourcentage, l'eau libre etant alors facilement separee par des moyens mecaniques.

Le deuxieme concerne un solide qui contient de l'eau de façon classique sous ses deux formes, eau libre et eau lieue. Dans ce cas, on a remarqué qu'un tel solide soumis a une pression superieure a la tension de vapeur de l'eau et donc a des temperatures associees voisines de 150'C, il se produit également migration de l'eau et il est alors possible d'effectuer une separation mecanique.

Le troisiéme fait essentiel est que 1' ensem- ble de ces matieres organiques ne comporte pas uniquement des groupements hydrophiles mais bien des groupements oleophiles qui permettent de penser que l'on peut absorber une partie importante de produits hydrocarbones et remplacer même certaines molecules d'eau par ces memes molecules hydrocarbonées. Ainsi, une matiere organique contenant de l'eau et un hydrocarbure a une temperature voisine de 150'C et une pression telle que l'eau ne se vaporise pas, il y a déplacement de l'eau par l'huile et cette eau peut être a nouveau separee par des moyens mecaniques.

Un procede utilisant les fruits d'une telle etude consiste a ajouter de l'eau a la matiere organique prealablement broyee pour obtenir une boue qui puisse être pompée et introduite dans des appareils permettant la pressurisation et le chauffage simultane pour, qu'aprés refroidissement, le produit de départ puisse être separe en plusieurs éléments , ce sont egalement ces observations qui ont conduit au depàt de plusieurs brevets au nom de la Demanderesse.

Le FR-A-2.548.208 décrit par exemple un procedé utilisant une macroemulsion type huile dans l'eau en association avec une matière organique de façon également à extraire des groupements fonctionnels H20 et les remplacer par des groupements issus de produits hydrocarbonés, le résultat étant alors double puisque, d'une part. on diminue le pourcentage d'eau contenu dans le produit, et d'autre part, on améliore sa capacité de combustion par introduction de chaines carbonées.

Le FR-A-2.561.253 reprend l'idée de base, mais utilise à la place d'une émulsion une huile portée à très haute température qui. lorsqu'elle est as sociée à de la matière organique à température ambiante provoque l'éclatement des différentes cellules et l'extraction d'une partie de l'eau liée. Dans un tel cas, la matière organique n'a pas besoin d entre finement broyée, la vaporisation instantanée se charge elle-même de provoquer la dilacération du produit.

La demande de brevet français n' 85-06298.

également au nom de la Demanderesse, s'applique à la valorisation de produits hydrocarbonés à fort point de ramolissement et qui se présentent essentiellement sous une forme solide,
Les procédés de l'art antérieur qui consistent à associer à des matières organiques des composés hydrocarbonés sont donc bien connus, mais l'industrialisation pose certains problèmes, car jusqu'à présent il n'a été possible que d'utiliser des dispositifs discontinus. D'autre part, ces dispositifs sont adaptés à chaque fois aux différents produits qui doivent être traités, et il est alors évident que d'un point de vue économique. la multiplication des dispositifs diminue la rentabilité et donc la valorisation des tels produits.

Par ailleurs, les dispositifs discontinus obligent à des stockages intermédiaires avec les dif férents problèmes que cela peut poser du point de vue de l'hygiène. car les matériaux organiques fermentent très facilement interdisant tous stockages de longue durée notamment quand il s agit de lisiers. d'ordures ménagères ou des différentes boues industrielles.

De plus, des produits comme les raffles de mals, les écorces, les sciures, les différentes pulpes et tiges de produits agricoles ou mêmes certaines plantes aquatiques posent des problèmes évidents de volume de stockage.

La présente invention propose donc un procedé et un dispositif continus permettant la mise en oeuvre des trois phénomènes explicités ci-dessus sans adjonction d'eau et permettant la valorisation de produits à faible valeur énergétique en association avec les coupes lourdes difficilement utilisables des produits pétroliers.

La presente invention a ainsi pour objet un procédé pour la fabrication d'un produit combustible mixte à base de matières organiques et de matières hydrocarbonées dans une machine modulaire comportant au moins une vis entrainée en rotation à l'intérieur d'un fourreau et munie de filets hélicolaux à pas variable et d'organes périphériques de traitement, caractérisé en ce que le traitement des matières organiques et hy drocarbonées est réalisé dans la machine modulaire en plusieurs étapes se succédant en continu et comprenant - au moins une étape de dilacération de la matière organique sous l'action combinée de forces de compression et de cisaillement, - au moins une étape d'hyperpressage mécanique pour améliorer les qualités de combustion du produit com bustible en diminuant sa teneur en eau, - au moins une etape de traitement thermochimique, - et une etape de formage dudit produit combustible.

Ce procedé est en outre caractérise en ce que les matiéres hydrocarbonées sont constituees par des hydrocarbures liquides pouvant être emulsionnes avec de l'eau ou des hydrocarbures solides tels que des asphaltes, ou encore des produits intermédiaires tels que des huiles lourdes.

L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé en ce qu'il est constitué d'un extrudeur a vis comportant au moins deux vis corotatives et copenétrantes entrainées en rotation a l'intérieur d'un fourreau muni de moyens d'introduction des matiéres organiques et hydrocarbonées, lesdites vis étant constituées chacune de sections accolées munies d'organes de transport et de traitement specifique et déterminant des zones successives correspondant aux étapes de la preparation du produit combustible et comprenant - une zone d'alimentation et de compression, - une zone de cisaillement et de contrepression associée avec des moyens d'évacuation de l'eau, - éventuellement. une zone de detente associée avec des moyens d'évacuation de la vapeur, - au moins une nouvelle zone de compression, de cisaillement et de contrepression, éventuellement asso ciee avec des moyens d'évacuation de l'eau, - une zone de transfert, - et enfin une zone de mise en forme du produit combustible placée a l'extrémité aval du transporteur a vis.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la Figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical passant parl'axe d'une vis d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procedé selon l inven- tion. cette figure étant d'ordre général,
- la Figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1.

~ la Figure 3 représente un dispositif d'accouplement et des moyens de mise en température du dispositif selon l'invention,
- la Figure 4 est une variante du dispositif représenté à la Figure 3,
- la Figure 5 est une vue en coupe du dispositif pour l'application de produits hydrocarbonés sous forme d'émulsion,
- la Figure 5a représente un diagramme montrant les pressions et températures du produit dans le cas de la Figure 5,
- la Figure 6 est une représentation du dispositif pour l'application utilisant de l'huile surchauffée,
- la Figure 6a représente un diagramme montrant les pressions et températures du produit dans le dispositif de la Figure 6,
- la Figure 7 est une vue en coupe du dispositif utilisant comme produit hydrocarbone des asphaltes.

- la Figure 7a represente un diagramme montant les pression et températures du produit dans le dispositif de la Figure 7.

Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, représenté d'une maniére genérale sur les figures 1 et 2, est constitué par un extrudeur a vis 1 comprenant au moins deux vis la et lb entrainees en rotation autour de leurs axes a l'intérieur d'une en ceinte allongée formant un fourreau 2 qui les enveloppe.

Comme on le voit sur la Figure 2, les vis la et lb sont munies de filets ou autres organes periphériques qui engrènent les uns dans les autres et la paroi interne du fourreau 2 forme deux lobes cylindriques sécants, de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets ou des organes périphériques. Ces filets sont imbriqués les uns dans les autres et, dans l'exemple représenté, les deux vis la et lb sont entrainées en rotation dans le méme sens de telle sorte que les filets soient identiques et simplement décalés l'un par rapport a l'autre.

Les vis la et lb sont constituées avantageusement d'arbres cannelés sur lesquels sont empilés des tronçons de vis constitués de manchons dont la partie intérieure est munie de cannelures correspondant à celles de l'arbre et dont la partie extérieure est munie de filets a pas différents ou autres organes péri phériques de traitement et de transport. On peut disposer d un assez grand nombre de tronçons permettant de faire varier le pas, la profondeur et le nombre des filets ainsi que la longueur de chaque zone.

L'extrudeur a vis 1 est constitué de plusieurs zones successives correspondant chacune a une fonction particulière.

D'une maniére générale, l'extrudeur a vis 1 comporte une première zone A munie d'une première section Al d'alimentation et de compression suivie d'une seconde section A2 de cisaillement et de contrepression.

Dans la première section Al, les vis la et lb sont munies de filets 3 à pas direct, ces derniers se resserrant vers l'aval pour créer une compression.

Dans la seconde section A2, les vis la et lb sont munies de filets 4 à pas inversé dans lesquels sont menagées des ouvertures 5 qui s'étendent radialement depuis l'arbre de chaque vis la et lb jusqu'à la péri phérie du filet et sont en outre réparties régulière- ment autour de l'axe. Les vis la et lb sont calées de façon que deux ouvertures 5 viennent en coincidence périodiquement dans la zone centrale d'entrainement.

On contrôle de la sorte le passage a débit contrôlé de matière vers l'aval, ce qui détermine un freinage dans la section A2 et de ce fait une compression en amont.

Dans la première zone Al, le fourreau 2 comporte une trémie d'alimentation 6 qui débouche sur les vis la et lb par un orifice 7 largement ouvert.

La biomasse est donc introduite dans la trémie d'alimentation 6 et passe dans les filets 3 dits de compression, puis dans les filets 4 dits contrefilets dont le pas est inversé et munis d'ouvertures 5. Cet ensemble de filets de compression et de contrefilets cree alors a l'interface un front de pression maximum de préférence compris entre 50 et 200 bars et c'est la que le fourreau 2 est muni a sa partie infé rieure d'une grille 1 la d'évacuation de l'eau libre exprimée.

Cette première zone A assure donc les fonctions de convoyage avec mise en compression progressive, suivie d'une dilacération permettant la libération et l'expression de l'eau libre contenue dans la biomasse,
Un tel ensemble peut être répété plusieurs fois en fonction de la biomasse introduite.

La première zone A est donc suivie d'une seconde zone B constituée d'une première section B1 de compression et d'une seconde section 62 de cisaillement et de contrepression.

Les vis la et lb sont munies dans la première section B1 de filets 8 à pas direct se resserrant vers l'aval et dans la seconde section B2 de filets 9 à pas inversé dans lesquels sont ménagées des ouvertures 10. Cet ensemble de filets de compression 8 suivis de filets à pas inversé 9 crée donc un deuxième front de pression au droit duquel le fourreau 2 comporte, à sa partie inférieure, une grille ilb pour l'extraction de l'eau sous forme liquide et, à sa partie supérieure, un orifice 12 permettant le dégagement des vapeurs produites.

La seconde zone 8 est suivie d'une troisième zone E dite zone de transfert dans laquelle les vis la et lb comportent des filets 13 à pas constant, Le rôle d'une telle zone est de permettre un ultime traitement thermique sous forme de chauffage ou de refroidissement et peut être complétée en extrémité par une fi lière 14 -pour la mise en forme du produit final. Cette mise en forme est étudiée pour permettre une meilleure manipulation en fonction du type de chaudière dans laquelle le produit combustible ainsi réalisé sera utilise.

Ce dispositif est complété par des moyens d'introduction des matières hydrocarbonées. Ces moyens d'introduction varient en fonction du produit utilisé.

Les asphaltes solides sont plutôt introduits dans la trémie 6 de la même maniere que la biomasse et les produits hydrocarbonés liquides sous forme d'émulsion ou les huiles surchauffées sont introduits de préfé- rence par un orifice d'injection 15 prévu dans le fourreau 2 au début de la zone B, afin que l'essentiel de l'eau libre soit exprimé. Enfin, un dernier orifice d'injection 16 peut être prévu sur la zone de transfert E facilitant ainsi l'introduction d'additifs comme des charges minérales par exemple.

L'ensemble de ce dispositif est contrôlé en température a l'aide d'une enveloppe exterieure 17 qui n'est que symbolisée sur les figures 1 et 2 et se veut représenter les différents modes de réalisation utilisant un liquide caloporteur ou des gaz chauds tout comme des résistances electriques d'appoint. Les avantages de la température s'appliquent quels que soient les procédés, qu'ils utilisent une émulsion, une huile surchauffée ou bien un solide type asphalte.

En effet, la montée en température se traduit par un certain nombre d'avantages - une réduction de la viscosité de l'eau. A 20'C, la viscosité de l'eau est de 1.1.10 3 Pa.s a 80'C, la viscosité de l'eau est de 0,35.1.10 Pa.s et à 100'C la viscosité est de 0,28.1.10 -3 Pa.s ; l'effort méca- nique est donc moins important et le relarguage se fera d'autant plus rapidement - une réduction de la viscosité du produit hydrocarboné, notamment les huiles, ce qui facilite le mouillage de la biomasse et qui donc ameliore l'agglomération ultérieure et favorise lthomogenelsation ; - la rupture de l'émulsion de l'huile dans l'eau se fait également d'autant plus facilement que la temperature est plus élevée - un relarguage acceléré de l'eau liée en eau libre est facilité sous réserve que l'eau reste liquide, c'est-a-dire que l'on maintienne une pression suffisante au minimum a 10 bars - la matière elle-mëme a une viscosité diminuée, les forces de frottement le sont d'autant et la consommation d'énergie initiale à la tonne produite est di minuée d'autant.

Dans ce but. on a représenté a la figure 3, l'extrudeur a vis 1 dont le fourreau 2 est disposé au sein d'une double enveloppe 20. Les deux vis la et lb sont accouplées de façon classique a un moteur a combustion interne 21 dont les gaz sont récupérés et dirigés par une conduite 22 vers la double enveloppe 20 et circulent à travers des chicanes 23 qui favorisent l'échange thermique. Ce gaz d'échappement refroidi est alors évacué à l'extrémité de la double enveloppe 20 par une conduite 24.

Sur la figure 4, on a représenté une variante des moyens de mise en température de l'extrudeur à vis 1. Dans ce cas, le fourreau 2 de l'extrudeur à vis est également disposé au sein d'une enveloppe 30 et les deux vis la et lb sont accouplées à un moteur à combustion interne 31. Les gaz d'échappement du moteur 31 sont maintenant dirigés par une conduite 32 vers un échangeur 33 constitué lui-meme d'une enveloppe 34 dans laquelle est disposé un serpentin 35. Ce serpentin 35 est raccordé à la double enveloppe 30 de l'ex- trudeur 1 par un conduit d'entrée 36 et un conduit de sortie 37 pour assurer par l'intermédiaire d'une pompe 38 la circulation d'un fluide caloporteur dans ladite double enveloppe.Dans le but de fournir un appoint de calories pour certains produits particuliers, il est prévu dans ce circuit un chauffage électrique 39 en amont ou en aval de l'échangeur 33.

En se reportant aux figures 5 à 7, on va maintenant décrire le procédé grâce a une série d'exemples. Dans ces différents exemples. les éléments correspondant a'ux éléments des figures 1 et 2 portent les mêmes reperes.

EXEMPLE 1.

Ce premier exemple, tel que représenté sur la figure 5, se rapporte au dispositif pour l'appilca- tion de produits hydrocarbonés sous forme d'émulsion d'huile.

Dans ce cas, l'extrudeur a vis 1 est constitue de trois zones successives de compression et de cisaillement respectivement A, B, C, puis d'une zone E de transfert. Dans chaque zone de compression et de cisaillement A, B et C, les vis la et lb sont formées d'une première section de filets respectivement 3, 8, 40 à pas direct se resserant vers l'aval et d une seconde section de filets respectivement 4, 9, 41 a pas inversé. Les contrefilets 4, 9, 41 comportent des ouvertures ou fenëtres respectivement 5, 10, 42.

Les vis la et lb sont munies dans la zone de transfert E de filets 13 à pas constant ou dégressif.

Au droit de chaque front de pression constitué par les contrefilets 4. 9, 41, le fourreau 2 comporte a sa partie inférieure une grille respectivement îîa, 11b et 11c.

La biomasse formée par des copeaux ou des déchets de bois, ou des petits bôis est introduite par la tremie 6 dans l extrudeur a vis 1. La biomasse est alors comprimée par les filets de compression 3 qui la conduisent dans la section munie de contrefilets 4 a fenétres 5 ce qui provoque un front d hypercompression sous lequel est disposée la grille 11a destinée a l'é- coulement de l'eau libre exprimee par cet hyperpressage. Il y a donc eu combinaison des effets de compression et de cisaillement ainsi qu'une torsion des fibres. La teneur pondérale en eau de la biomasse dans 1 exemple cité est de 65 Z pour un débit horaire de biomasse de 430 kg/h et la quantité extraite dans cette première zone A d'hyperpressage est de 120 kg/h soit 50 Z de l'eau contenue dans la biomasse.

La matière poursuit son déplacement à travers les fenêtres 5 des contrefilets 4 pour accéder a la deuxième zone B de compression.

Les différents frottements, cisaillements, le malaxage de cette matière par cette première action mécanique se sont traduits par une augmentation de la température interne jusqu'à des valeurs de 80 C et une augmentation de la pression interne jusqu'à environ 10 bars, comme on le voit sur le diagramme 5a.

Au début de la nouvelle zone de compression
B, il est prévu dans le fourreau 2 un orifice 15 d'introduction de l'émulsion qui s'effectue dans une zone de faible pression. Une telle emulsion est généralement å la température ambiante de 20'C et elle peut etre du type cationique ou anionique à partir d'un résidu sous vide.On peut noter comme exemple particulier qu'une émulsion du type cationique constituée de 35 Z d'eau et de 65 Z de résidus sous vide dont la viscosité a SDC est de 20 centistocks (1 centistock 1mm2 /s
Les caractéristiques du résidu sous vide sont regroupés dans le tableau II ci-dessous
TABLEAU Il
Résidus sous vide

<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> 25C <SEP> (t/m3) <SEP> : <SEP> 1,01
<tb> Viscosité <SEP> 100C <SEP> (mm2/s) <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 200
<tb> Point <SEP> éclair <SEP> cleveland <SEP> (C) <SEP> : <SEP> 345
<tb> Carbone <SEP> Conradson <SEP> : <SEP> <SEP> 23
<tb> Asphaltènes <SEP> (Z <SEP> pds) <SEP> : <SEP> <SEP> 6.7
<tb> PCI <SEP> kJ/kg <SEP> :<SEP> 39 <SEP> 292
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> soufre <SEP> (Z <SEP> pds) <SEP> : <SEP> 4,2 <SEP> Z
<tb> C <SEP> <SEP> 84 <SEP> Z <SEP>
<tb> H <SEP> : <SEP> 10,4 <SEP> Z <SEP>
<tb> Na <SEP> ppm <SEP> : <SEP> 34
<tb> V <SEP> ppm <SEP> : <SEP> 80
<tb> Ni <SEP> ppm <SEP> : <SEP> 26
<tb> Auto-inflammation <SEP> : <SEP> <SEP> 450 <SEP> C
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> paraffine <SEP> LCPC <SEP> : <SEP> 3,6
<tb> Distillation <SEP> sous <SEP> vide
<tb> <SEP> point <SEP> de <SEP> coupe <SEP> : <SEP> <SEP> 556 <SEP> C
<tb> <SEP> teneur <SEP> en <SEP> fer <SEP> : <SEP> <SEP> 0,005 <SEP> Z <SEP>
<tb> <SEP> teneur <SEP> en <SEP> cendres <SEP> :<SEP> <SEP> 0,023 <SEP> g. <SEP>
<tb>

La biomasse divisée est alors facilement recouverte par l'émulsion et instantanément la rupture de l'émulsion s'amorce augmentée d'ailleurs par un passage dans les filets de compression 8, puis dans les contrefilets 9 de la zone B qui provoquent un travail intense. Dans cette seconde zone B, il se produit tout d'abord une baisse de la température interne jus qu'à environ 30-C au moment de l'introduction de l'é- mulsion, puis une augmentation de la température interne jusqu'à des valeurs de 85 C et une augmentation de la pression jusqu'à environ 50 bars.

Le front d'hyperpressage constitué par les contrefilets 9 permet l'extraction de l'eau par la grille 11b et la valeur exprimée en poids de l'eau recueillie approche les 60 kg/h ce qui représente environ 30 Z de l'eau de l'émulsion. Il est alors bon de remarquer que l'eau est claire et ne contient pas de trace d'hydrocarbure ce qui prouve que le temps de séjour et les conditions sont suffisants pour avoir une rupture totale de l'émulsion.

Enfin, la troisième zone C assure, grâce aux filets de compression 40 et aux contrefilets 41, une expression au niveau du front d ' hyperpressage d'envi- ron 60 kg d'eau a l'heure par la grille îlc. Dans cette zone C. il se produit une nouvelle montée en pression jusqu'à environ 75 bars.

La matière est ensuite véhiculee par la zone de transfert et de compression E jusqu'à la sortie de l'extrudeur à vis 1, et le produit obtenu et mis en forme par l'intermédiaire de la filière 14 est alors homogene et sa combustibilité satisfaisante.

Dans le tableau III ci-dessous, on a indiqué les différents poids et pourcentages de matières sè- ches et d'eau introduits et extraits lors du procédé.

TABLEAU III

<tb> <SEP> ALIMENTATION <SEP> EXTRACTION <SEP> PRODUIT <SEP> FINAL
<tb> <SEP> ENTREE <SEP> MACHINE <SEP> SORTIE
<tb> <SEP> MS <SEP> H20 <SEP> MS <SEP> H2O <SEP> MS <SEP> H2 <SEP> O <SEP>
<tb> <SEP> 35Z <SEP> 65Z <SEP>
<tb> Biomasse <SEP> 0,5Z <SEP> 99.5Z <SEP>
<tb> <SEP> 430 <SEP> kg/h
<tb> <SEP> 75Z <SEP> <SEP> 2SZ <SEP>
<tb> <SEP> 65% <SEP> 35%
<tb> Pétrole <SEP> 1kg/h <SEP> 245kg/h
<tb> <SEP> 540 <SEP> kg/h <SEP> <SEP> 540kg/h <SEP> 180kg/h
<tb>
Le bilan fait bien apparaître un pourcentage de matières sèches de 35 Z et de 65 Z qui par effet de cinergie et -grace au dispositif en continu permet l'obtention d'un produit composite à 75 Z de matières sèches qui est bien une valeur supérieure à chacune des deux valeurs prises séparément.

EXEMPLE 2.

Ce second exemple tel que représenté à la figure 6 se rapporte au dispositif pour l'application utilisant de l'huile surchauffée.

Dans ce cas, l'extrudeur à vis 1 est con stitué de deux zones successives de compression et de cisaillement respectivement A et B puis d'une zone E de transfert. Dans chaque zone de compression et de cisaillement A et B, les vis la et lb sont formées d'une première section de filets respectivement 3, 8 a pas direct se resserrant vers l'aval et d'une seconde section de filets respectivement 4. 9 à pas inversé.

Les contrefilets 4, 9 comportent des ouvertures ou fenêtres respectivement 5, 10.

Les vis la et lb sont munies dans la zone de transfert E de filets 13 å pas constant.

Au droit du front de pression constitué par les contrefilets 4, le fourreau 2 comporte a sa partie inférieure une grille Ila,
De la même façon que dans l'exemple précédent, des copeaux ou déchets de bois sont introduits par la trémie 6 dans le transporteur a vis 1. La biomasse traverse la section de convoyage de la zone A avec les filets 3 de mise en compression jusqu'à la section de contrefilets 4 définissant le front d'hyperpressage. L'eau peut donc etre évacuee a travers la grille 11a placée au droit de ce front d'hyperpressage. La biomasse ainsi dilacérée est déchargée d'une partie de son eau (120 kg/h d'eau extraite pour 430 kg/heure de biomasse).Simultanément, la température de cette meme biomasse est passée de 20iC à 80'C et la pression interne augmente jusqu'à environ 100 bars (Figure 6a).

Les fenêtres 5 usinées dans les contrefilets 4 laissent passer la biomasse ainsi dilacérée qui est prise dans les filets 8 de la zone B, constituant une zone de détente.

C'est au droit de cette zone, à la partie inférieure du fourreau 2, que l'on dispose un orifice 50 d'introduction de l'huile surchauffée. Cette huile peut etre un résidu sous vide ayant la composition du
Tableau Il, mais cette huile disponible à 250-C en sortie de colonne de distillation est surchauffée à 350'C a l'aide par exemple de résistances électriques, puis introduite par cet orifice 50 dans la zone de détente.

Le contact de l'huile avec le solide organique se traduit par un eclatement des particules de biomasse. Une partie de l'eau se vaporise et cette vapeur s'évacue a travers l'orifice 12 grâce a une cheminée 51 équipée de chicanes 52 pour éviter tout entrainement de particules solides. La biomasse se trouve donc mouillée en une fraction de seconde par l'hui- le et dès la vaporisation de 1 eau, le mélange huile, biomasse se trouve a une température de l'ordre de 110'C, la biomasse subit alors un nouvel hyperpressage par les contrefilets 9, mais sans évacuation de l'eau exprimée. Il y a simplement transformation de l'eau liée en eau libre celle-ci restant liquide bien que la température soit supérieure à 110-C, mais la pression est maintenue a une valeur compatible.

Durant son passage dans la zone E, la biomasse et l'eau exprimée sont simplement déplacées et le remplacement de l'eau par l'huile tel que décrit à l'exemple 1 peut donc s'opérer.

Enfin, l'extrémité du fourreau 2 est généralement munie d'une filière 14 et d une plaque avant
avec un cône qui permet d'extruder le melange biomasse-produits hydrocarbonés. Le combustible peut être découpé en sortie et la mise à la pression atmosphérique provoque une détente qui vaporise une grosse partie de l'eau et assure au combustible une remise à une température inférieure à 100 C. Le combustible peut alors être refroidi à l'air froid avant son stockage, cette étape de séchage permet d'obtenir un combustible ne comportant que 10 % d'eau.

Des études complémentaires ont montré qu'après deux mois de stockage le combustible ne contient
plus que 2 2. d'eau.

Conformément au Tableau IV ci-dessous, il est possible de récapituler et de faire le bilan du traitement d'une biomasse en continu à l'aide d'une huile surchauffée.

TABLEAU IV

<tb> <SEP> ALIMENTATION <SEP> EXTRACTION <SEP> PRODUIT <SEP> FINAL
<tb> <SEP> ENTREE <SEP> MACHINE <SEP> SORTIE
<tb> <SEP> MS <SEP> H2 <SEP> 0 <SEP> MS <SEP> H2 <SEP> O <SEP> MS <SEP> H2 <SEP> O <SEP>
<tb> <SEP> 35g <SEP> 65Z <SEP>
<tb> Biomasse <SEP> 84,9Z <SEP> 15Z
<tb> <SEP> 190kg/h <SEP> 240kg/h <SEP> 100Z
<tb> <SEP> 1 <SEP> DOZ <SEP>
<tb> Huile <SEP> 1Okg/h+43kg/h <SEP> 377kg/h <SEP> 67kg/h
<tb> <SEP> +120kg/h
<tb> <SEP> 120kg/h <SEP> vaporisation
<tb> <SEP> pressage <SEP> eva
<tb> <SEP> poration
<tb>
EXEMPLE 3
Ce troisième exemple tel que représenté sur la figure 7 se rapporte au dispositif utilisant comme produits hydrocarbones des asphaltes.

L'extrudéur a vis 1- est constitué d'une première zone A de mélange. de compression et de cisaillement. puis d'une seconde zone E de transfert.

Dans la zone A, les vis la et lb sont tout d'abord constituées de filets 60 a pas constant, puis de filets 3 à pas resserré et enfin de contrefilets 4 munis de fenêtres 5.

Dans la zone E de grande longueur, les vis la et lb comportent des filets 13 a pas constant ou dégressif.

On utilise dans le cadre de cet exemple un asphalte extrait au Pentane (C5) qui est introduit directement par la trémie 6 dans l'extrudeur i et qui est un asphalte qui peut se présenter sous forme de grains d'un diamètre de 0,1 a 6 mm. Une analyse révele une teneur ponderale en eau de 20 Z et une densité de 1.1. La matière organique est composée par la fraction combustible solide des ordures ménageries provenant d'une unité de tri et de séchage. Cette matière organique a une teneur pondérale en eau de 8 Z environ et elle est introduite également par la trémie 6.

Les deux produits sont alors mélangés par les filets 60 à pas constant, puis mis en compression par les filets 3 a pas resserré et la matière est alors hyperpressée par l'effet des pas inversés des contrefilets 4 et surtout il est assuré par les fenê- tres 5 un excellent mélange. La matière sort donc de cette zone de contrefilets sous un aspect homogéne et l'eau qui aura été exprimée va pouvoir servir de lubrifiant par diminution des frottements tout comme l'asphalte qui, alors réduit en poudre, peut jouer le rôle de lubrifiant.

Au début de la zone E de transfert et en aval de la zone de contrefilets, la température du mélange a été portée a 80'C et la pression interne à 10 bars. Il est entendu que l'asphalte utilisé pour l'extraction au C5 a la propriété de se broyer facilement et les biomasses issues des ordures menageres ont une certaine facilité de dilacération ce qui fait que gé néralement une seule zone de contrefilets est nécessaire, par contre l'agglomération de l'asphalte et de ces mêmes matières organiques ne peut être réalisée qu'en atteignant le point de ramollissement de cet asphalte c est-a-dire dans le cas présent 150 C.

Il est donc nécessaire d'effectuer un chauffage supplémentaire qui peut prendre la forme cl un chauffage localise 61 par induction électromagnétique ou par tout autre système de chauffage placée autour du fourreau 2 dans la zone E de transfert et qui transforme cette poudre en une pate homogéne.

A l'extrémité du fourreau 2 en aval, il est nécessaire de disposer une plaque avant 62 pour augmenter la pression jusqu'à des valeurs de 50 bars ce qui permettra à 150'C de conserver l'eau à l'état liquide et que l'eau de la biomasse puisse se déplacer au profit de l'huile.

Enfin, après extrusion du produit par la filière 14, comme dans l'exemple 2, la température supérieure à 100'C et la chute brutale de pression provoque une vaporisation d'une grosse partie de l'eau résiduelle, il y a simultanement refroidissement du combustible a une température inférieure à 100'C et un durcissement permettant un transfert direct vers la zone de stockage de ce combustible.

De la meme façon que dans l'exemple 2, on a pu constater une perte complémentaire d'eau par évaporation de l'eau libre durant les temps de stockage.

Ce procédé permet donc d'obtenir en continu un produit combustible constitué d'éléments hydrocarbonus et d'éléments de biomasse- en proportions variables en fonction du pouvoir calorifique souhaité et permet également la valorisation de produit à faible valeur énergétique en association avec les coupes lourdes difficilement utilisables de produits pétroliers.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Procédé pour la fabrication d'un produit combustible mixte à base de matières organiques et de matières hydrocarbonées dans une machine modulaire comportant au moins une vis entrainée en rotation à l'intérieur d'un fourreau et munie de filets hélicoi- daux à pas variables et d'organes périphériques de traitement, caractérisé en ce que le traitement des matières organiques et hydrocarbonées est réalisé dans la machine modulaire en plusieurs étapes se succédant en continu et comprenant - au moins une étape de dilacération de la matière organique sous l'action combinée de forces de compression et de cisaillement, - au moins une étape d'hyperpressage mécanique pour améliorer les qualités de combustion du produit combustible en diminuant sa teneur en eau, - au moins une étape de traitement thermochimique, - et une étape de formage du produit combustible.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières hydrocarbonées sont constituées par des hydrocarbures liquides pouvant être émulsionés avec de l'eau, ou des hydrocarbures solides tels que des a-sphaltes, ou encore des produits intermédiaires tels que des huiles lourdes.

3.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le produit combustible obtenu à partir de matières organiques et d'hydrocarbures liquides émulsionés contient au moins 75 X de matières sèches.

4.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le produit combustible obtenu à partir de matières organiques et d huiles lourdes ou d'asphaltes contient au moins 90 Z de matières sèches,

5.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les matières hydrocarbonées sous forme d'hydrocarbures liquides émulsionés sont introduites dans la machine de traitement entre une étape de dilacération et une étape d'hyperpressage dans une zone de faible pression.

6.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les matières hydrocarbonées sous forme d'huiles lourdes surchauffées à environ 350'C sont introduites dans la machine de traitement dans une zone de détente avec mise à l'air libre entre une étape de dilacêration et une étaped'hyperpressage.

7.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les matières hydrocarbonées sous forme d asphaltes en grains sont introduites en même temps que les matières organiques au debut de la machine de traitement.

8.- Dispositif de fabrication d'un produit combustible mixte pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un extrudeur à vis (1) comprenant au moins deux vis (la, lb) corotatives et copènètrantes entrainées en rotation à l'intérieur d'un fourreau (2) muni de moyens d'introduction des matières organiques et hydrocarbonées, lesdites vis (la, -lb) étant constituées chacune de sections accolées munies d'organes de transport et de traitement spécifique déterminant des zones successives correspondant aux étapes de la préparation du produit combustible et comprenant - une zone (Al) d'alimentation et de compression, - une zone (A2) de cisaillement et de compression as sociée avec des moyens d'évacuation de l'eau, - eventuellement une zone de détente associée avec des moyens d'évacuation de la vapeur.

(1).

- au moins une nouvelle zone (B, C) de compression, de cisaillement et de contrepression éventuellement associée avec des moyens d'évacuation de l'eau, - une zone (E) de transfert, - et enfin une zone de formation du produit combustible placée a l'extrémité aval de l'extrudeur à vis

9.- Dispositif selon la revendication 8, ca ractérisé en ce que les moyens d'introduction des matières organiques sont constitués par une trémie d'alimentation (6) placée au début de l'extrudeur à vis (1) et débouchant sur les vis (la, lb) par un orifice

(7) largement ouvert.

10.- Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens d'introduction des matières hydrocarbonées sous forme d'asphalte sont également constitués par la trémie (6).

11.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'introduction des matières hydrocarbonées sous forme d'hydrocarbures liquides émulsionés sont constitués par un orifice (15) ménagé dans le fourreau (2) entre deux zones (A2, 82) de cisaillement et de contrepression.

12.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'introduction des matières hydrocarbonées sous forme d'huiles lourdes surchauffées sont constitués par un orifice (50) ménagé dans le fourreau (2) dans la zone de détente prévue entre deux zones (A2, 82) de cisaillement et de contrepres sion.

13.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les vis (la, lb) sont munies, dans- la zone (Al) d'alimentation et de compression de filets (3) à pas direct se resserrant vers l'aval.

14.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les vis (la, lb) sont munies, dans les zones (A2, 62. C2) de cisaillement et de contrepression, de filets (4. 9, 41) à pas inversé dans lesquels sont ménagées des ouvertures ou fenêtres (5, 10, 42) de passage contrôlé vers l'aval de la ma trière.

15.- Dispositif selon les revendications 8 et 14, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation de l'eau associés avec les zones de contrepression (A2, B2, C2) sont constitués par des grilles (11) disposées à la partie inférieure du fourreau (2) au droit du fond de pression créé par les filets (4, 9, 41) à pas inverse.

16.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation de la vapeur associés avec la zone de détente sont formés par une ouverture (12) ménagée à la partie supérieure du fourreau (2) et munie d'une cheminee (51) équipée de chicanes (52).

17.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fourreau (2) du transporteur à vis (1) est placé au sein d'une enveloppe (20, 30, 61) pour le contrôle en température du produit traité.

18.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité aval du fourreau (2) comporte une plaque de tête (62) et/ou une filière d'extrémité (14) pour la formation du produit final.