Brevet FR2416931A1 — publié le 19790907

Le présent mémoire décrit un procédé non polluant de carbonisation du bois comportant essentiellement un four de production agencé de manière à récupérer par le charbon lui-mme le contenu valorisable des produits résiduaires. Il concerne l'appareillage nécessaire, le mode d'utilisation ainsi que le charbon de bois nouveau ainsi obtenu. Dans beaucoup de techniques connues, il nta pas paru avantageux de récupérer les produits volatils de la carbonisation du bois pour en tirer des produits chimiques ; aussi, se contentet-on alors de recueillir le charbon de bois. les vapeurs pyroligneuses qui se dégagent au cours de la carbonisation sont constituées par de la vapeur d'eau, des gaz incondensables et différents corps organiques tels que méthanol, acide acétique et homologues, goudrons. les g incondensables sont riches en oxyde de carbone, donc toxiques, et, d'autre part, les goudrons rendent ces vapeurs suffocantes et polluantes. Ces vapeurs pyroligneuses ont une valeur calorifique globale non négligeable et le meilleur moyen de les valoriser consiste à les briller. Ceci n'est toutefois possible que si l'humidité du bois traité ne dépasse pas une limite voisine de 25 . Or ceci n'est qu'exceptionnellement le cas pour des bois séchés naturellement : il faut donc, habituellement, pour la carbonisation continue, traiter les bois préalablement dans des séchoirs artificiels. Ces séchoirs sont encombrants, cofteux et peuvent présenter des risques d'incendie. De plus, leur usage nécessite une manutention supplémentaire. Lorsque les bois carbonisés sont très humides, les vapeurs pyroligneuses sont trop riches en vapeur d'eau et elles ne sont plus combustibles dans des foyers ordinaires. On peut cependant en biler une partie par combustion catalytique avec de l'air sur le charbon pour chauffer les appareils de carbonisation. C'est en partie ce qui se passe dans les meules de carbonisation discontinue et cette possibilité a été utilisée dans certains fours de carbonisation continue (fours ERIM et fours CISR). De toute manière, cette combustion ne peut être que partielle et le reste des vapeurs pyroligneuses, encore appauvries par dilution avec l'azote de l'air utilise sont incombustibles et elles doivent être dégagées à l'atmosphère, ce qui est gênant pour l'environnement. La présente invention consiste essentiellement à disposer un four continu de carbonisation avec un foyer annexe, de telle sorte que les vapeurs pyrolîgneuses soient entièrement brûlées, méme en traitant des bois très humides sans préséchage, de manière à sup- primer ainsi toute pollution atmosphérique. Dans ce but, les fumées du foyer annexe sont utilisées pour porter à haute température l'air utilisé dans ce foyer pour la combustion finale complète des vapeurs pyroligneuses issues du four et pour chauffer celui-ci par combustion partielle de ces vapeurs sur le charbon. Nous décrivons ci-dessous cet ensemble, en nous référant au schéma joint le four de carbonisation est un appareil cylindrique vertical à parois métalliques, comportant 1 En tête, une cheminée de chargement R, de section réduite, où on contrôle périodiquement le niveau de bois avec le boulet 3. Le bois est chargé périodiquement dans cette cheminée par un appareil élévateur quelconque A, de manière à maintenir cette cheminée H constamment garnie de bois. 20- u-dessous, une cuve C, de section beaucoup plus large, où le bois est progressivement séché, puis carbonisé sous l'effet de gaz très chauds venant de la partie basse de cette cuve. les vapeurs pyroligneuses sont évacuées de cette cuve par le tuyau 10. Toute cette zone est à paroi de préférence en acier inoxydable et calorifugée extérieurement, 30- Plus bas, la cuve est constituée en acier ordinaire et sa section est réduite par un garnissage intérieur en matériaux réfractaires isolants. C'est dans cette zone quia lieu la cuisson du charbon, étant entendu que ce terme correspond à la réduction de la teneur en matières volatiles du charbon. A ce niveau se trouvent deux chambres F et D, ménagées dans la masse de charbon, l'une F recevant par le tuyau 11 les vapeurs pyroligneuses issues de la cuve C par le tuyau 10 et refoulées par le ventilateur V1 avec réglage par la vanne 1. On y injecte en même temps, par le tuyau 13, avec réglage par la vanne 2, de l'air très chaud (400 à 5000 C) provenant de l'échangeur E. les vapeurs pyroligneuses branlent ainsi catalytiquement à basse température sur le charbon en bas de la tubulure F sans consommation de charbon. On règle, par la vanne 1, un flux suffisant de vapeurs pyroligneuses pour que la zone C de carbonisation reste assez chaude (3500 C en T5 et 200 à 2500 C en T6) sans trop dépasser 1500 C 6 en ?7. Par la vanne 2, on règle la quantité d'air de chauffage pour obtenir la température de cuisson voulue du charbon (450 à 6000 C) observée en T4. Les produits gazeux sont évacués de la chambre D située sensiblement au niveau de la chambre F, à une température voisine de celle de la cuisson du charbon. Ils en sortent par le tuyau 15 avec réglage par la vanne 3 pour aller au foyer annexe M. Le passage de la totalité des vapeurs pyroligneuses à travers le charbon chaud provoque le cracking des goudrons et, de ce fait, les produits gazeux sortant du four ne sont plus cokéfiants. 40 - Au-dessous de la zone de cuisson du charbon se trouve une capacité à parois en acier ordinaire R où le charbon est refroidi par un recyclage de gaz prélevé par le tuyau 18, lui-même refroidi avec de l'eau dans la colonne L et refoulé froid par le tuyau 19 à la base de la zone de refroidissement au moyen du ventilateur V2 et avec réglage par la vanne 5. 50 - Enfin, à la base du four, on dispose un sas S pour l'évacuation du charbon ; ce sas, compris entre la vanne O et le clapet K, est alimenté périodiquement par une capacité I comprise entre la vanne O et des griffes de retenue N. Ce dispositif nta rien de particulier, ; il est généralement adopté pour l'évacuation du charbon dans les fours continus. Ainsi que cela a été indiqué plus haut, les vapeurs pyroligneuses craquées et à haute température sont envoyées par le tuyau 15 dans le foyer annexe M. Celui-ci est une capacité a enveloppe en acier ordinaire garnie intérieurement de matériaux réfractaires isolants. Ce foyer communique directement avec l'échangeur de chaleur E où y circule à contre-courant l'air nécessaire à la combustion de la totalité des vapeurs pyroligneuses, tant dans le four (en F) que dans le foyer annexe. Cet appareil est réalisé de manière à porter l'air de combus ou tion à une température de 400 à 5000 C,/légèrement supérieure si le bois est très humide. Cet air est soufflé par le ventilateur Vg et admis à l'é- changeur de chaleur par le tuyau 16. l'air chaud sortant de E est réparti par les tuyaux 13 et 14 avec réglage par les vannes 2 et 4 entre le chauffage du four et la combustion finale complète, dans le foyer M, des vapeurs pyroligneuses. Dans ces conditions, la température du foyer M est assez élevée pour que la combustion y soit complète et les gaz brillés partiellement refroidis sont évacués, après passage dans E par le tuyau 17 dans l'atmosphère. Ces gaz encore très chauds peuvent être utilisés pour certains chauffages s'il y a lieu. Ils ne sont pas polluants car, outre la vapeur d'eau et l'asote, ils ne contiennent que du gaz carbonique, l'air admis au foyer par le tuyau 14 étant en quantité suffisante pour que la combustion soit complète. La régulation de cette combustion peut être assurée automatiquement par appareil doseur d'oxygène libre dans les fumées agissant sur la vanne 4. Revenant sur les réglages du Ilvx de vapeurs pyroligneuses par la vanne 1 pour la ci-culation par V1 et sur la sortie des gaz craqués par la vanne 3, on remarque qu'il est possible de laisser passer par 3 un peu plus de gaz qu'on en renvoie par 1 au four, ce qui permet, compte tenu de la production des vapeurs pyroligneuses du bois, de provoquer une entrée d'air en tette de four. C'est ainsi qu'on réglera, par la vanne 3, -la sortie des gaz pour qu'il y ait toujours une certaine proportion d'air aspiré par V1 avec les vapeurs pyroligneuses. Cette proportion d'air sera toutefois contrtlée par l'analyseur de 02 libre F pour qu'il n'y ait pas de risque d'explosion. Cet appareil de contrtle pourra, avantageusement, titre enregistreur et régulateur en agissant sur la vanne 3. Ainsi il n'y a pas de dégagement de fumée en tête de four puisqu'on le maintient en légère dépression par rapport à l'atmosphère. L'ensemble décrit ci-dessus permet de carboniser sans pollution des bois ayant jusqu'à 45 % d'humidité sans séchage artificiel préalable, la productivité d'un four étant d'autant plus grande que le bois est moins humide et en morceaux de grosseur plus réduite. il convient de remarquer que le principe du procédé de carbonisation du bois, selon la présente invention, est indépendant du mode de réalisation des chambres F et D qui sont prévues, selon la figure 1, sous forme de grosses tubulures latérales diamétralement opposées. En utilisant des aciers réfractaires, ces chambres F et D peuvent être réalisées par de simples cloisons intérieures dans le four selon la figure 2. Elles peuvent aussi etre réalisées avec des couronnes intérieures tronconiques selon la figure 3. Enfin, il importe peu que la sortie des vapeurs pyroligneuses craquées soit faite au-dessous ou au-dessus de la chambre P. La figure 4 montre D un peu au-dessus de F 5 il suffit que ces chambres soient assez voisines pour que la température en D soit très peu inférieure à celle qui règne en P. RETjENDICATIONS 1 - Procédé non polluant de carbonisation du bois comportant un four continu alimenté en bois humide, constitué d'au moins une zone centrale de pyrolyse dans laquelle les gaz résiduai res habituellement gtnants sont craqués sur le charbon en formation et brûlés dans -wn foyer annexe qui réchauffe son air de combustion et l'air nécessaire au chauffage du four. 2 - Four de carbonisation selon le procédé décrit en 1, compor tant dans sa zone centrale deux chambres permettant l'admi6- sion et l'évacuation du mélange gazeux avant et après pyro lyse sur le produit réactionnel. -3 - Charbon de bois obtenu selon le procédé et le four décrites en 1 et 2.