Brevet FR2424312A1 — publié le 19791123

te présent mémoire décrit un procédé pour la valorisation des produits ligneux fragmentés, consistant essentiellement à réaliser une pyrolyse autothermique de ceux-ci dans un four à garnissage réfractaire et isolant, dont une partie au moins est poreuse, l'évacuation des gas et vapeurs de distillation étant réalisée par aspiration à travers ladite partie et l'extraction du charbon produit par tous moyens connus. tes liquides condensables issus de la pyrolyse peuvent titre valorisés par tous moyens connus pour en récupérer les composés utiles, de même qu'ils peuvent entre mélangés avec le charbon convenablement broyé pour constituer un combustible liquide.On peut encore traiter ultérieurement ce combustible par distillation et recueillir en résidu de celle-ci un coke de bois particulièrement apte aux usages habituels du charbon de bois et un distillat valorisable. Le demandeur a en effet trouvé que s' il était connu que le bois ou les autres produits ligneux secs se prêtaient à une réaction exothermique de pyrolyse lorsque la température atteint une valeur suffisante, aucun dispositif industriel n'a pu, jusqutici, en tirer un profit réel du fait du dégagement des gas et vapeurs qui l'accompagne. Dans les anciens procédés, dits des meules, une cheminée permettait cette évacuation, mais le bois n'étant ni sec, ni assez fragmenté, n'était jamais méthodiquement traversé par les gaz réactionnels pour profiter de leurs chaleurs sensibles. De ce fait, celles-ci ont pratiquement toujours été perdues, et celles nécessaires à la carbonisation fournies par la combustion de bois frais diminuant d'autant le rendement énergétique global.Dans les fours modernes de carbonisation, ltéquilibre thermique est trop précaire pour permettre l'emploi de bois séché à un degré suffisant pour que l'on puisse profiter au maximum de la partie exothermique des réactions de décomposition. te demandeur a réalisé un dispositif dont le principe est représenté par la figure 1 et qui pallie les inconvénients cités plus haut. Une cuve métallique 'a' de forme cylindrique avec couvercle et fond incliné, comme indiqué sur la figure, sert à la fois d'enceinte de force et de condenseur à surface. île abrite une deuxième enceinte réfractaire 'b' constituée de matériaux isolants et poreux maintenus par tous moyens connus à une distance suffisante des parois intérieures de la cuve 'a' pour que les gaz puissent circuler librement dans l'espace annulaire ainsi constitué. Cette deuxième enceinte constitue le four de carbonisation destiné à recevoir la charge de produits ligneux. Un chalumeau d'allumage c', constitué par exemple d'un brdleur à gaz, permet, comme il est schématisé, d'mener une partie de la charge à sa température de combustion.Dès que ielle-ci est amorcée, le carburant utilisé peut d'ailleurs être arrête, l'oxygène ou l'air suffisant évidemment pour maintenir la combustion. Un ventilateur d'extraction des gaz 'd' provoque un tirage inverse du tirage naturel dans ltensem- ble, rendant possible la pyrolyse de '1haut en bas" dans l'enceinte, ainsi que la traversée du garnissage poreux. Ainsi, les gaz de py rolyse traversent méthodiquement la masse de bois dont ils assurent le préchauffage. t'oxygène ou flair peuvent titre arrentés à leur tour dès qu'une masse suffisante de bois est en ignition.Dès lors, le processus autothermique est engagé et la pyrolyse se poursuit d'elle-mme sans apport extérieur de calories. Une pompe d'extraction 'e' permet l'évacuation du liquide pyroligneux condensé- dans la cuve et qui se rassemble avec les goudrons au fond de celle-ci. Ce processus s'adapte particulièrement 'oien à du bois réduit en fragments ou copeaux secs, tels, par exemple, les particules utilisées dans l'industrie des panneaux agglomérés, de la paille déchiquetée, ou encore de déchets forestiers fragmentés. tes avantages de ce dispositif sont les suivants - simplicité de conception et de réalisation;; - multiplication facile des unités de production - rendement en charbon maximum - récupération maximum des gaz et condensats - concentration des éléments valorisables dans les gaz particu lièrement élevée - mécanisation facile d'un ensemble de production - adaptation possible à tous bois, déchets de bois, ou de produits agricoles préalablement fragmentés et séchés - séchage possible in situ des produits fragmentés en utilisant les gaz de pyrolyse d'un four couplé en marche cyclique avec le pre mier - possibilité de gaséifier le charbon produit par un gaz contenant de l'oxygène par simple introduction de celui-ci en fin de pyro lyse - possibilité de mélanger des liquides condensés avec le charbon produit obtenant ainsi une sorte de fuel de bois d'emploi bana lisable - enfin, possibilité de valorisation énergétique et chimique maxi mum des produits ligneux par distillation fractionnée des conden sats ou du fuel de bois, le résidu de la distillation donnant, dans ce dernier cas, un coke de bois particulièrement intéres sant. tes points importants auxquels il convient de prêter une attention particulière sont les suivants 1. La fragmentation du produit ligneux doit entre aussi régulière que possible. Néanmoins, des fragments ayant une épaisseur de l'ordre du millimètre et des dimensions autres de quelques cen timètres conviennent. Par produits ligneux, on entend toute bio masse constituée en tout ou en partie de cellulose et/ou de lignine. 2. ta répartition du produit fragmenté dans l'enceinte réaction nelle doit titre régulière et symétrique, de manière à éviter autant que faire se peut les cheminements gazeux privilégiés dbs à des pertes de charges irrégulières et qui entraveraient la méthodicité des échanges thermiques. Un bon moyen de charge ment peut titre réalisé par voie pneumatique en disposant un déchargeur à principe cyclonique en tête du four. 3. te séchage des produits fragmentés doit être tel que l'humidité mesurée à 1300 ne dépasse pas 1 Si;. Lorsque le séchage est réa lisé in situ, on considèrera qu'il est effectif lorsque la mas se entière du four aura atteint au minimum 1300. 4. La mise en régime autothermique peut titre réalisée par tous moyens imaginables, le plus simple consistant à "allumer" la partie supérieure du produit par un court apport d'air ou de gaz chauds. te processus autothermique s'amorce au bout de quelques minutes et se déroule alors sans aucun apport extérieur de fluides ou de calories. Néanmoins, un faible recyclage de gaz réactionnel est possible sans perturber gravement le processus autothermique. 5. te refroidissement en fin de réaction peut titre effectué par tous moyens connus. te recyclage de gaz réactionnels refroidis extérieurement constitue un moyen facile mais non limitatif d' opérer. Nous donnons ci-après, à titre d'exemple, évidemment non limitatif, le bilan d'une opération effectuée sur 100 Kg de bois de hêtre sec réduit en copeaux, de la dimension de ceux utilisés dans l'industrie des panneaux particules. Bois de hêtre sec 100 Kg 32 Eg de charbon 50 8 > 50 Kg de liquides 18 Kg de gaz tes gaz contiennent essentiellement du gaz carbonique, de llo- xyde de carbone, du méthane et de l'hydrogène. teur pouvoir calorifique est assez élevé et dépasse 2.000 calories par mètre cube pendant toute l'opération de pyrolyse. te mélange du charbon et des liquides donne un combustible ayant un pouvoir calorifique d'environ 5.000 calories par Kg. Ce bilan montre que les gaz issus d'une opération peuvent titre valorisés par le séchage d'une nouvelle charge et que le bilan calorifique global reste positif lorsque le bois ne dépasse pas 30 % d'humidité. Dans ces conditions extrermes, 130 Kg de bois de hêtre sec donneraient environ 82 Kg de mélange charbon-liquides sans apport extérieur de calories. a banalisation des divers produits traités ou obtenus au cours du processus décrit permet d'imaginer de nombreuses variantes adaptables aux divers cas envisagés. ta figure 2 schématise un appareil comprenant notamment - un dispositif de fragmentation 'et alimentant par 'f' un réac teur 'a' muni d'une vanne 'g' d'introduction d'air - une grille mobile est fixée à un arbre 'd' dont la rotation en traSne la fragmentation du charbon après opération. a mise en route n'est réalisée quten fin de pyrolyse et de refroidissement, - une base 'b' rassemble le pyroligneux dans lequel sera projeté le charbon produit ; une vanne 'h' en assure l'évacuatjon à vo lonté vers un bac 'c' muni d'un organe de reprise 'i' et de broyage ' - un dispositif d'évacuation 'u' avec ventilateur 'k' permet d'é jecter par 'r' les gaz résiduaires.Ceux-ci sont condensés par l'ensemble de réfrigération schématisé par la pompe 'o', le réfrigérant '1' lui-m8me maintenu en température par 'n' et 'm' par aéroréfrigération - la vanne 'q' permet l'évacuation à volonté du liquide combustible préparé vers un stockage par 't', tandis que la vanne 'p' permet éventuellement le soutirage du pyroligneux par 19 t ta figure 3 schématise un-ensemble de deux appareils couplés sur un seul bac de recette. En plus des organes décrits, les dispositifs 'u' et 'u" permettent la combustion des gaz résiduaires avant leur injection dans les fours, tandis que les vannes 'v' et 'vt' donnent a l'ensemble la possibilité d'une marche cyclique, un des réacteurs étant en pyrolyse tandis que l'autre est en séchage. Un ensemble de ce type, comprenant des réacteurs d'un volume unitaire de 3 m9, permet de produire quotidiennement 1.000Kg d'un liquide combustible à 5.000 Cal/Kg. t'avantage essentiel de ce procédé réside dans la possibilité qu'il offre de transformer des produits ligneux les plus divers en un liquide combustible facilement stockable, transportable et utilisable. Le procédé selon l'invention peut titre rendu continu par la juxtaposition en un ou plusieurs appareils des différentes phases d'unités. Ceci peut notamment être réalisé par un alignement d'un nombre indéfini de réacteurs suivis successivement par un appareillage de chargement, un dispositif d'allumage, et un dispositif de déchargement que tout homme de l'art peut imaginer lorsqu'il stagig de rendre globalement continu un processus unitairement discontinu. Pe même, le procédé peu titre rendu globalement continu en disposant les différents réacteurs de manière à constituer un seul réacteur composite. On peut aussi programmer les réacteurs, ou ensemble de réacteurs, de manière à donner au service l'automatisme soldlai- té, notamment par l'adjonction des appareils de mesure de contre et de régulation adéquats. REVENDICATIONS Proeedo pot'-- la valorisation des produits ligneux fragmentés et secs, consistant à amorcer dans une enceinte isolée et partiel lemcnt perdable, un processus autothermique de pyrolyse des dits prD duits conduisant à du charbon, des liquides et des gas de distillption. 2. Procédé selon 1. dans lequel les produits ligneux sont intro duits dans l'enceinte réactionnelle par un dispositif de char gement réalisant une répartition symétrique par rapport aux axes geometriques de ladite enceinte. 3. Procédé dans lequel les produits ligneux fragmentés sont intro duits humides et leur séchage réalisé in situ par un courant de gaz chauds pouvant titre obtenu par la combustion des gaz de py- pyrolyse d'une opération distincte menée en parallèle selon 1 et 2. 4. Charbons obtenus par l'un des procédes précédents. 5. Liquides condensables et valorisables en provenance de l'un des procédés selon 1. 2. et 3. 6. Combustible obtenu en mélangeant intimement, et en proportion quelconque, les produits selon 4. et 5. Matière première consti tuée par ce combustible hétérogène. 7. Coke obtenu en résidu de distillation du combustible décrit en 6. 8. Appareillage de pyrolyse consistant en au moins deux fours, tels que schématisés par la figure '3', destinés, en marche cyclique, à réaliser respectivement le séchage et la pyrolyse des produits ligneux fragmentés en vue d'obtenir un combustible selon 6. avec un rendement thermique quantitatif rapporté à la valeur calorifi que des sclides et liquides récupérables. 9. Appareillage continu de traitement constitue d'un ensemble indé fini de fours ou d'un ensemble composite programmé de manière à réaliser la succession des phases du procédé de manière méthodi que.