Brevet FR2528062A1 — publié le 19831209

La production du charbon de bois se fait avec des fours montés sur installations fixes qui necessitent des investissements très élevés et avec des fours artisanaux amovibles. Ces derriers,-de conception simple ne permettent pas d'exploiter les gaz combustibles qui sont perdus. De plus, une partie de la matière première est branlée pour produire la température-necessaire à la carboni sation. ,La perte énergétique est de l'ordre de 50 %. Le modèle décrit évite ces inconvénients et améliore-à la fois la producti vité et la production des fours de faible tonnage. Il représente un modèle intermédiaire entre le four à tirage inversé " M " pl. 1 et le gazogène. L'originalité de ce four est caractérisé par la conception d'ensemble et le fonctionnement très simple qui le mot a la portée de tous,suivant le descriptif: Le four comprend deux cuves rondes où parallélépipédiques montées l'une dans l'autre. La cuve de traitement centrale agit en partie basse comme une cornue de distillation et en partie haute comme sèchoir. La partie basse est en forme de cône terminé par un dispositif d'évacuation et de fermeture étanche. Une grille ajourée "0" supporte le végétal à traiter. Elle est composée de barres parallèles à dégagement longitudinal pour assurer l'évacuation du charbon. Cette grille est suivie d'une trappe étanche "P" à dégagement horizontal sur glissières. Le tube d'évacuation des gaz combustibles se trouve entre ces deux éléments. Ces gaz sont dirigés vers le brûleur "D" où à l'extérieur du four par l'intermédiaire d'une vanne à deux directions. Sur la partie haute la cuve porte une trappe étanche pour l'alimentation en végétal avec une soupape à tare règlable "B" pour l'évacuation de la vapeur-d1eau. Un foyer "C" permet de brûler séparément où simultanément les gaz combus tilles et le végétal disponible; l'allumage difficile des gaZ est ainsi assuré par la combustion du végétal. Ce foyer comprend une grille 'support avec l'entrée d'air frais, les brû- leurs à gaz et les trappes latérales d'alimentation en végétal. t'enveloppement de gaz chauds maintient une température élevée dans la cuve de traitement. Les fumées sont évacuées par les cheminées "N" placées à la périphérie du four en vue de dégager complètement l'aire d'alimentation principale. Le végétal à carboniser est introduit à l'aide d'une bande sans fin à écailles munie d'une extrémité relevable pour permettre la fermeture de la trappe "I" où avec un engin de levage. I Pour protéger le four contre une température accidentellement élevée, le cbne et la partie ntérieure de la cuve extérieure sont protégés une tôle mince à circulation d'air frais "A" et par une isolation thermique "E". L'évacuation du charbon est prévue à chaud dans des containers étanches, corne sur les installations fixes courantes. FONCTIONNEUENT: La mise en service se fait en remplissant complètement la ?uve de distillation et en garnissant de végétal le foyer "C". Les trappes d'alimentation "I" et d'étanchéité basse "P" restent ouvertes. Ltallumage se fait simultanément au foyer "C" et à la base de la cuve centrale, au travers de la grille de soutien "0" à l'aide d'un chalumeau. Lorsque la température est suffisante pour amorcer la réaction exothermi que iics ihm de carbonisation dans le bas de la cuve,centrale, les trappes étanches "I" et "P" sont fermées. La progression de la carbonisation est suivie par une série de voyants étanches éventuellement munis de signalisation sonore. L'évacuation du charbon de bois se fait pendant l'alimentation, après avoir complète le remplissage de la cuve de carbonisation. La trappe basse "P' est ouverte pour obtenir un tirage direct pendant quelques minutes. Cette activation augmente l'indice de carbone, réduit les imbrûlés et dope la réaction Les deux trappes sont ensuite fermées, la.production et la pression des gaz remet les brûleurs en service. Après cette mise en route à froid, l'alimentation en végétal et l'évacuation du charbon sont conditionnés par la rapidité de propagation de la réaction de carbonisation, sans brûler de végétal dans la cuve centrale . Le four fonctionne en marche continue avec l'apport thermique du foyer mixte gaz-végétal "C". Le foyer "C" à l'avantage de réduire le temps necessaire à la mise en température du four. De plus, il permet de remédier aux déficiences thermiques qui peuvent se produire lorsque l'humidité du bois augmente où après une extraction excessive de gaz combustibles à l'extérieur du four. Les gaz combustibles sont débarrassés des goudrons et épurés en traversant la partie la plus chaude de la cuve de carbonisation. Ils sont utilisables dans les meilleures conditions pour les besoins thermiques internes où à l'extérieur du four. Ces gaz ne sont pas mélangés avec les gaz brûlés ni avec la vapeur d'eau qui est évacuée sélectivement par la soupape "B". En fermant la vanne des brûleurs et de l'extraction basse extérieure, les gaz combustibles et la vapeur peuvent également être recueillisS par la soupape "B" pour une distillation extérieure. L'apport thermique necessaire pour sècher le bois nouvellement introduit dans le four et activer la réaction de carbonisation est alors uniquement assuré par une combustion de végétal dans le foyer "C". Une quotité importante de gaz combustibles reste disponible pour usages extérieurs au four lorsque le végétal traité est bien sec DISPOSITIF D'ACTIVATION - Pour les chantiers qui disposent d'énergie électrique et d'un personnel formé, le four est équipé d'un dispositif d'activation et de régulation automatique de la carbonisation. voir pl. 2 Ltenveloppement des deux cuves "J""A" est utilisé dans toute la hauteur pour une circulation de fluide composé d'air et de gaz brûlés mélangés dans une proportion règlable. Des turbines "G""H" pulsent ce gaz de haut en bas dans la double parois de la cuve extérieure "J".Une communication au niveau du -foyer "C" avec la double parois de la cuve interne "A" permet au gaz de remonter le long du cbne d'évacuation pour pénétrer en "F" dans la partie médiane de la cuve interne de traitement - La distribution circulaire, étagée et très diffuse d'un gaz pulsé légèrement oxygéné n'entraine pas la combustion locale malgré la température. élevée car l'échauffement du bois est limité par l'évaporation de l'eau. Très avide d'eau, le gaz pulsé est évacué avec la vapeur par la soupape "Bn La régulation automatique de carbonisation est assurée par ce débit de gaz pulsé faiblement oxygéné. Lorsque la réaction de carbonisation ralentit, le volume des gaz combustibles diminue en proportion et laisse pénétrer le gaz pulsé dans la zone de carbonisation. Cet apport d'oxygène très diffus active la réaction. Inversement, une extension rapide de la carbonisation refoule le gaz pulsé dans la partie haute de la cuve et isole la zone de carbonisation. Les structures sont protégées contre une température élevée du foyer ,QC" et la chaleur latente du gaz pulsé est récupérée pour le sèchage et la réaction. Un contact électrique monté en série sur les trappes "I" et "P" entraine l'arrêt des turbines è l'ouverture de i'une où l'autre trappe. Ce type de four fonctionne sans fumée en marche continue au gaz, lorsque la soupape "B" dlévacuation des vapeurs est équipée d'un condenseur. Ce four est utilisable pour la fabrication semi-industrielle du charbon de bois par carbonisation de végétaux: déchets de bois, noyaux de fruits, coques de noix, d'arachide, de palmiers, de babacu, de café, de tourbe, de bourre de noix, de balles de riz, de bagasse, de déchets de coton etc.... Il permet également de récupérer intégralement les gaz combustibles pour les propres besoins thermiques et pour différents usages externes en exploitant la chaleur latente: chauffage, séchage, étuvage, production de vapeur, d'électri- cité, production de produits chimiques. Une tuyère "S" en bas de cuve permet la gazéification sous haute température en réduisant le charbon de bois formé. Les gaz sont épurés par le foyer. REVEND ICÂTIONS 1 Fours semi-industriels mixtes pour carboniser et gazéifier les végétaux avec récupération intégrale du pouvoir calorifique des gaz combustibles issus de la réaction de carbonisation. Caractérisés en ce qu'ils fonctionnent à faible surpression d'air, par l'intermédiaire de turbines 'G.H.' pour les chantiers disposant de l'énergie électrique pl. 2/2 où sans turbinage avec un rendement moindre pl. 1/2, les gaz combustibles etant brûlés partiellement où en totalité à l'intérieur de la cuve de traitement 'L' p1.2/2 où dans un espacement circulaire 'C' situé entre le cône d'évacuation et le cylindre extérieur 'E' - l'évacuation des gaz brûlés etant assuré périphériquement en 'Xt, dans la partie haute du cylindre porteur 'E'.L'air pulsé sert pour le refroidissement des structures avant d'être introduit à haute température dans la cuve de traitement, d'une façon très diffuse, circulaire et étagée en hauteur, I'oxygènation etant alors localement trop faible pour brûler directement le bois, mais suffisante pour assurer la combustion de gaz et l'activation de la réaction de carbonisation, la température permettant un sèchage efficace du bois stocké et l'évacuation de l'humidité par la soupape à tare règlable 'B' située au sommet de la cuve. Ces fours sont constitués d'un cylindre porteur extérieur 'E' à double enveloppe 'J' qui supporte tous les éléments: la cuve de traitement 'avec sa double enveloppe 'A', les cornières distributrices d'air 'F', la trappe d'alimentation étanche 'I', la soupape à tare règlable 'B', les canalisations de liaison, les turbines 'G.H.' d'activation, la tuyère 'S' avec sa turbine indépendante, la grille '0' avec la trappe d'évacuation étanche 'P', les brûleurs 'D' avec les vannes,'le foyer inter-cuve avec son règlage d'admission d'air séparé, l'évacuation des gaz brûlés 'N'; le dégagement en partie basse du cylindre porteur permettant le passage des containers étanches pour l'évacuation à chaud du charbon formé 2 Four selon revendication 1 Caractérisé par la trappe d'alimentation 'I' étanche placée au centre du four, largement dimensionnée, manoeuvrée par traction a l'aide d'une tige. Le basculement à 1800 dégage entièrement l'aire de chargement. 3 Four selon revendication 1,2 Caractérisé par une soupape à tare règlable 'B' placée au sommet de la cuve de traitement, destinée à l'évacuation sélective de la vapeur d'eau et de l'air chaud chargé d'humidité. 4 Four selon revendication 1,3 Caractérisé par une vanne à deux sorties pour diriger les gaz combustibles sur les brûleurs 'D' ou à l'extérieur du four dans une proportion règlable. Cette vanne permet également de réduire où de fermer les sorties basses pour entrainer les gaz de carbonisation vers la zane médiane d'oxygènation diffuse. 5 Four selon revendication 1 Caractérisé par le foyer mixte gaz- végétal 'C' destiné à fournir un complément thermique pour sècher le bois nourellement introduit en marche continue, entretenir et activer la réaction de carbonisation. Ce foyer assure l'enveloppement de la cuve centrale avec des gaz chauds et l'allumage des gaz combustibles. L'évacuation périphérique des gaz brûlés du foyer 'C' en 'N' dégage entièrement l'aire de chargement. 6 Four selon revendication 1 Caractérisé par le cône d'évacuation en bas de cuve muni d'une grille-support '0' constituée de barres parallèles séparées, à manoeuvrer individuellement et d'une trappe- étanche à déplacement horizontal, sur glissières 'P' 7 Four selon revendication 1,6 Caractérisé par une enveloppe en t81e mince de protection, à circulation d'air 'J.A.' sur la partie basse des deux cuves 'E.L.' pour protéger les structures contre une température élevée,en récupérant ensuite la chaleur sensible en 'F' . Liaison par canalisations au niveau des brûleurs, dans le foyer 'C'. 8 Four selon revendication 1 Caractérisé par les regards étanches de contre de carbonisation 'K'permettant un contrôle visuel et une signalisation Chaque ensemble comprend un tube métallique saillant avec fermeture extérieure amovible munie d'un verre trempé et d'un controle de température 9 Four selon revendication 1,6,7. Caractérisé par l'introduction périphérique très diffuse du gaz pulsé dans la partie médiane 'F' de la cuve centrale avec plusieurs cornières circulaires inclinées vers le bas. Ces cornières assurent une répartition étagée et diffuse de l'air chaud.Ce dispositif permet à la fois l'accélération du sèchage par un gaz chaud avide d'eau éliminé en haut de cuve et la régulation automatique de la réaction de carbonisation par l'équilibre entre la pression du fluide pulsé faiblement oxygèné et la pression des gaz combustibles qui sont évacués sur débit constant dans la partie basse de la cuve de traitement 10 Four selon revendication 1,3,4,6,7,8,9. Caractérisé par une introduction centrale d'air dans la partie basse de la cuve de traitement ( tuyère S) pour permettre la gazéification sous haute température lorsque la production de gaz est recherchée en priorité, au delà du volume disponible par la réaction de carbonisation. La surface centrale de cette tuyère saillante 'S' permettra de limiter la rapidité de l'écoulement du charbon incandescent dans la partie centrale de la cuve de traitement tandis que la face orientée vers le bas du cône d'évacuation servira à répartir l'air sur le charbon de bois pour obtenir la gazéification