Brevet FR2564850A1 — publié le 19851129

La présente invention concerne un ensemble de dispositifs permettant de produire du charbon de bois à proximité des chantiers d'abattage forestiers. La fabrication actuelle du charbon de bois s'effectue en utilisant les systèmes suivants Fabrication traditionnelle à la meule à proximité des chantiers. Fabrication traditionnelle au four métallique mobile reproduisant les caractéristiques principales de la meule, à proximité des chantiers. Fabrication Industrielle en usine fixe éloignée des chantiers. La fabrication traditionnelle à la meule se réalise dans les pays où la main d'oeuvre ne constitue pas un élément principal du prix de revient. La fabrication traditionnelle au four métallique mobile se réalise dans un contexte d'Artisanat familial avec une faible production. La fabrication Industrielle en usine fixe nécessite une telle mobilisation de moyens de transport, manutention, préparation préalable des bois avant l'opération de pyrolyse qu'elles ne peuvent plus offrir un produit concurrentiel sur le marché. L'ensemble des dispositifs selon l'invention permet de fabriquer le charbon de bois à proximité des chantiers d'abattage en atteignant une dimension Industrielle de production tout en évitant la préparation préalable actuelle des bois. L'ensemble des dispositifs se compose de Une enceinte de pyrolyse transportable sur moyens routiers. Un panier de pyrolyse. Un compresseur d'air à moteur thermique. Un système de contrôle des températures. Un système de contrôle de la pression des gaz produits à l'intérieur de l'enceinte de pyrolyse. Un système d'injection d'air comprimé et d'arrêt de la pyrolyse. Un système de mise à feu. Un système d'évacuation des gaz de pyrolyse. Un système de rampes amovibles. L'enceinte de pyrolyse est constituée par un caisson métallique étanche formant enveloppe extérieure et réalisée en composants métalliques du commerce telles que toles et profilés suivant les règles de l'art de la construction métallique courante. Ses dimensions nominales sont 7550 mm de longueur, 3200 mm de largeur et 3300 mm de hauteur. Ce caisson métallique étanche est fixé sur une plateforme support de même longueur et même largeur constituée d'un assemblage de profilés métalliques du commerce. Réalisé suivant les règles de l'art de la construction métallique pour supporter une charge verticale uniformément répartie de 4000 kilogrammes par mètre carré.Dans chaque profilé métallique extérieur formant poutre longitudinale sont percés deux trous de diamètre 50 mm, dans l'axe du fer et à 300 mm de chaque extrémité, pour permettre la manutention et le transport routier de l'enceinte de pyrolyse. L'une des extémité du caisson est constitué d'une porte métallique pivotante de dimensions nominales 3200 mm pour la largeur et 3300 mm pour la hauteur. Cette porte pivote autour de trois charnières pour permettre l'ouverture ou la fermeture de l'enceinte étanche. L'étanchéité entre la porte et le caisson est assurée par un joint périphérique d'amiante tressé de diamètre 60 mm et fixé dans un profilé métallique en forme de U soudé sur le caisson pour former une ceinture étanche entre la porte et le caisson. La fermeture de la porte ainsi que son étanchéité s'obtiennent par douze systèmes de vis et écrou du commerce, d'un diamètre nominal de 20 mm avec filetage trapézoidal. L'isolation thermique du caisson et de la porte est assurée par garnissage intérieur de laine de roche du commerce assemblé par panneaux à l'intérieur du caisson et fixé contre la tole du caisson par des systèmes du commerce telles qu'aiguilles et rondelles, tiges filetées et écrous ou tout autre moyen connu. La protection du matériau isolant est réalisé à l'aide d'une enveloppe métallique intérieure fabriquée à partir de toles en acier réfractaire d'une épaisseur de 2 mm. La protection de l'isolant de la'porte est assuré par tole formant caisson autour de l'isolant et fixé par une soudure sur la porte proprement dite. Le tout ainsi construit formant, quand la porte est fermée, une enceinte étanche dite à double enveloppe dont les dimensions intérieures sont une longueur de 7400 mm, une largeur de 2900 mm et une hauteur de 3000 mm. Cette construction permet une température extérieure de 40 à 50 C lorsque la température intérieure est à 650O C. De façon à éviter l'écrasement du Matériau isolant formant sole de l'enceinte par la charge qui sera introduite à l'intérieur, il est intercalé deux profilés métalliques du commerce entre l'enveloppe extérieure et l'enveloppe intérieure pour faire office de support reprenant les efforts verticaux de la charge. Ces deux profilés ont une longueur de 7400 et leur axe longitudinal est positionné à 455 mm de chaque coté de l'axe longitudinal de l'enceinte de pyrolyse. Dans le même axe longitudinal de ces profilés et au dessus de la tole de protection du matériau isolant est fixé par vis et boulons un fer plat du commerce faisant office de tole d'usure amovible et démontable.De part et d'autre de l'axe longitudinal de l'enceinte de pyrolyse et à 430 mm de chaque coté de cet axe sont fixés par vis et boulons deux rampes de guidage d'une hauteur de 100 mm en profilé cornière métallique du commerce et à leur extrémité et à 300 mm de la partie arrière du caisson est soudé une tole métallique formant office de butée de la charge. Sur la partie supérieure de l'enceinte sont construites six sorties des gaz de pyrolyse. Ces sorties sont réalisées en tube métallique du commerce d'un diamètre intérieur de 125 mm. Elles sont terminées par une bride du commerce permettant la fixation d'une vanne assemblée par vis et boulons. Le niveau supérieur de la bride des tubes de sortie est de 200 mm par rapport à l'extérieur de la tole d'enceinte étanche. Les tubes de sortie des gaz sont fixés par soudure sur la tole d'e-nceinte étanche. Leur positionnement est effectué à 625 mm de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'enceinte et respectivement deux à deux à 1000 mm, 3700 mm et 6540 mm de la partie arrière interne de l'enceinte. Sur les brides de sortie de ces tubes sont fixées par vis et boulons six vannes de même nominal que les tubes. Ces vannes sont du système dit à coin unique et communes dans le commerce. Sur ces vannes viennent ensuite se fixer par bride, vis et boulons six cheminées métalliques de sortie des gaz de même diamètre nominale et de 1000 mm de longueur. Dans la partie basse de chaque cotés longitudinal de l'enceinte et à 100 mm au dessus de la tole constituant la protection du matériaux isolant du fond du réacteur sont construits dix tubulures d'allumage de la charge à raison de cinq tubulures de chaque coté. Chaque tubulure a un diamètre intérieur de 50 mm et dépasse de 10 mm au travers de la tole de protection du matériau isolant. Du coté extérieur le dépassement est de 50 mm. Ces tubulures sont fabriquées avec du tube métallique du commerce. La partie à l'extérieur de l'enceinte est filetée pour recevoir un bouchon métallique fileté du commerce. Les distances des tubulures d'allumage à partir de l'arrière de l'enceinte sont respectivement de 1700 mm, 2800 mm, 3900 mm, 5000 mm et 6100 mm. A coté de chaque allumeur et sur le même axe horizontal à une distance de 200 mm depuis l'allumeur vers l'arrière de l'enceinte est construite une tuyère d'injection d'air comprimé d'un diamètre intérieur de19 mm. Ces tuyères sont fabriquées avec du tube métallique du commerce. Chaque tuyère dépasse de 10 mm au délà de la tole de protection du matériau isolant. Du coté extérieur, le dépassement est de 50 mm.La partie extérieure est filetée pour recevoir un raccord métallique dit à griffe, destiné au branchement d'un tuyau souple de diamètre intérieur 19 mm. Sur un axe horizontal distant de 500 mm au dessus de l'axe horizontal des allumeurs et des injecteurs sont construits douze passages de capteurs thermiques à raison de six de chaque coté de l'enceinte. Sur la partie supérieure de l'enceinte et sur le même axe longitudinal commun avec les sorties des gaz sont costruit quatre passages de capteurs thermiques à raison de deux par ligne d'axe et équidistants entre les sorties de gaz sur cet axe. Chaque passage de capteur thermique est construit en tube métallique du commerce d'un diamètre nominal de 25 mm. Le dépassement de chaque tube à l'intérieur de l'enceinte est de 10 mm. Le dépassement de chaque tube à l'extérieur de l'enceinte est 50 mm. L'extrémité extérieure de chaque tube est filetée pour recevoir un manchon métallique du commerce de diamètre nominale 25 mm qui servira au raccordement de chaque capteur thermique. Les capteurs thermiques sont des appareils du commerce du type thermocouple à puit de sonde coulissant dans une embase avec presse - étoupe. Ces capteurs thermiques sont reliés par des conducteurs sous gaine protectrice à un indicateur de température du commerce, du type a affichage digital à 20 entrées. L'alimentation électrique de l'indicateur de température est effectuée par branchement sur la batterie du compresseur d'air précédemment cité. Le coffret contenant l'indicateur de température est fixé par vis et boulons sur le panneau arrière extérieur de l'enceinte de pyrolyse. Le positionnement du coffret est situé au centre du panneau arrière matérialisé par le croisement des médianes du dit panneau arrière. En périphérie inférieure du panneau arrière de l'enceinte et à l'extérieur de celle ci, est construite une nourrice fabriquée en tube métallique du commerce de diametre nominal 126 mm intérieur. Cette nourrice possède la forme d'un U dont la partie inférieure a une longueur égale à la largeur de l'enceinte et dont les ailes latérales ont une hauteur égale à la moitié de la hauteur de l'enceinte. Sur chacune de ces ailes sont construits cinq départs en tube métallique du commerce de diamètre nominal 19 mm. L'extrémité de chacun de ces départs est filetée pour recevoir une vanne métallique à boisseau sphérique du commerce du type dit quart de tour. L'autre extrémité de chacune de ces vannes reçoit un raccord à griffe déjà décrit. Chacun de ces départs ainsi équipé est relié à un injecteur précédemment décrit à l'aide d'un tuyau souple de diamètre nominal 19 mm tel qu'existant dans le commerce pour l'utilisation de l'air comprimé. La partie inférieure de la nourrice déjà décrite recoit quatre arrivées du même type de construction que les départs déjà décrits sur cette nourrice. Chacune de ces arrivées est équipée d'un raccord à griffe destiné à recevoir le branchement des tuyaux souples de diamètre 19 mm en provenance du compresseur d'air à moteur thermique. La nourrice ainsi construite doit satisfaire aux codes de construction des recipients sous pression non soumis à l'action de la flamme pour une pression de service de 0,8 M Pa. Cette nourrice est fixée par vis et boulons ou par soudure sur le panneau arrière de l'enceinte. Dans la partie supérieure du panneau arrière de l'enceinte est construit une prise de pression constituée d'un tube métallique du commerce de diamètre 19 mm. Ce tube dépasse de 10 mm à l'intérieur de l'enceinte et dépasse de 50 mm à l'extérieur. Son extrémité extérieure est filetée pour recevoir un appareil de controle de pression du commerce, gradué en pascal. Sa position est définie sur l'axe médian horizontal du panneau arrière et à 500 mm de l'axe médian vertical, d'un coté ou de l'autre de cet axe. L'appareil de pression est destiné à controler une pression entre 0 et 500 pascal effectifs. De façon indépendante de l'enceinte de pyrolyse sont construites deux rampes métalliques de largeur 140 mm ayant une forme triangulaire dont la grande base du triangle a une longueur de 2000 mm et la petite base une longueur de 358 mm. Cette construction est réalisée en tole et profilés métalliques du commerce et l'assemblage des toles et profilés est réalisé par soudure. Le panier de pyrolyse est construit en acier réfractaire du commerce et est caractérisé par une ossature en profilés reconstitués par pliage et soudure. Les dimensions nominales intérieures sont 6400 mm de longueur 2300 mm de largeur et 2100 mm de hauteur pour satisfaire un volume utile de trente M 3. Cette ossature est solidaire d'un berceau spécial existant dans le commerce et destiné à permettre la montée et la descente de bennes sur les chassis de tracteurs routiers du commerce et qui pour cela sont équipés d'un système hydraulique qui leur est propre. L'ossature du panier construite sur le berceau du commerce satisfait aux règles de construction en vigueur qui régissent le calcul et la fabrication des véhicules routiers. La charge de calcul pour le panier de pyrolyse est de 20 T. Sur cette ossature est fixé un grillage métallique du commerce en fil de diamètre 6 mm et avec une maille de 50 mm x 50 mm. Cette fixation est réalisée par vis et écrou. Ce grillage est posé sur les quatre cotés latéraux du panier et sur le fond. Le compresseur d'air est une machine du commerce. Le fonctionnement de l'ensemble des dispositifs ci avant décrits s'effectue de la manière suivante, l'enceinte de pyrolyse étant vide de toute charge et sa porte étant ouverte, l'opérateur ayant placé du petit bois sec ou du charbon de bois en quantité suffisante devant les orifices de chaque allumeur. L'ensemble routier constitué du tracteur et du panier de pyrolyse plein de bois se présente en marche arrière face à l'enceinte de pyrolyse environ dans son axe et s'arrente de façon que la partie arrière du panier se trouve à environ deux mètres de l'entrée de l'enceinte de pyrolyse. Dans cette position le conducteur du tracteur actionne le système hydraulique de descente du panier. Cette descente s'effectue par glissement des patins du berceau sur les glissières afférentes du tracteur. Ce mouvement conduit la partie inférieure arrière du berceau au contact des rampes amovibles préalablement posées devant l'entrée du four et dans le prolongement des glissières de guidage intérieures de l'enceinte. La continuité du mouvement opère l'introduction du système panier/berceau à l'intérieur de l'enceinte de pyrolyse jusqu'à son positionnement complet à l'intérieur de l'enceinte. Le positionnement axial du panier dans l'enceinte étant assuré par les rampes de guidage existant sur la sole de l'enceinte. Lorsque le système panier/berceau est à sa place dans l'enceinte, le conducteur du tracteur déverrouille l'accrochage de son système hydraulique, ce qui libère le tracteur du système panier/berceau. A la suite de cette manoeuvre le conducteur replie le système hydraulique du tracteur et retire le tracteur. Le positionnement par rapport au fond de l'enceinte est théoriquement de 300 mm et matérialisé par une butée mais le dimensionnement de l'enceinte par rapport au panier permet une marge de manoeurvre en rapport avec la précision qu'il est possible d'espérer d'une telle manutention. Cette tolérance est de 700 mm entre la butée et le bord extérieur de l'entrée de l'enceinte. a Lorsque le système panier/berceau est -à sa place dans l'enceinte, le conducteur du tracteur déverrouille l'accrochage de son système hydraulique, ce qui libère le tracteur du système panier/berceau. A la suite de cette manoeuvre le conducteur replie le système hydraulique du tracteur et retire le tracteur. L'opérateur intervient alors pour retirer les rampes d'introduction et fermer la porte du four. Après la fermeture de la porte, l'opérateur procède à la mise en place des capteurs thermiques par le coulissement de ceux ci dans leur presse-étoupe jusqu'à venir en contact avec la charge de bois dans le panier et serre ensuite les presseétoupe sur les capteurs. L'opérateur vérifie que les tuyaux flexibles sonten place, que les vannes de commandes des injecteurs sont fermées, que les vannes des cheminées sont ouvertes à 100 %, que l'indicateur de température fonctionne et que l'appareil de contrôledb pression est à zéro. Après cette vérification l'opérateur procède à l'allumage des petits bois ou charbon de bois préalablement placés devant les allumeurs à l'intérieur du four. Pour cet allumage l'opérateur utilise un boute - feu du type tresse textile enroulée sur une barre d'acier et imbibée de fioul ou une torche à gaz du commerce. Pour effectuer l'allumage > l'opérateur présente la flamme de son boute - feu devant chaque tubulure d'allumage, ce qui allume le combustible placé devant chaque allumeur. Le tirage naturel par les cheminées est suffisant pour mettre en combustion le combustible précité. Pendant que la combustion du combustible d'allumage continue en tirage naturel, l'opérateur procède à la mise en route du compresseur d'air et laisse le compresseur tourner au ralenti. Après avoir vérifié que la combustion était effective devant chaque allumeur, l'opérateur procède à la fermeture des allumeurs à l'aide des bouchons filetés prévus à cet usage. Ensuite l'opérateur procède à l'opération de montée en température en ouvrant les vannes d'injection d'air, cé qui a pour effet d'activer la combustion du combustible d'allumage et communiquer le feu au bois se trouvant dans la partie inférieure du panier. Après environ une heure d'injection d'air, la température intérieure de l'enceinte est suffisante pour permettre le démarrage de la réaction exothermique du bois contenu dans le panier. Cette température est comprise entre 290 et 3000 C. Cette réaction exothermique est ensuite activée par de faibles injections d'air pour porter et maintenir la température intérieure entre 400 et 4500 C. Lorsque la température de 4000 C a été maintenue pendant deux heures en tous les points des capteurs thermiques, l'opérateur procède à l'arrêt du compresseur, et à la fermeture des vannes des injecteurs. La continuation de la réaction exothermique est facilitée par la faible déperdition thermique des paroies extérieures de l'enceinte et ne nécessite plus aucune intervention pour transformer la totalité du bois dans le panier en charbon de bois. L'opérateur réduit l'ouverture des vannes des cheminées jusqu'à obtenir une légère pression intérieure d'environ 50 pascal. Les vannes ne doivent jamais être fermées à 100 %. Après un délai d'une heure environ, la température indiquée aux appareils de mesure commence à chuter pour se stabiliser aux environs de 3000 C. A l'issue de ce palier de stabilisation qui peut durer de une heure à deux heures, la température recommence à chuter et le charbon de bois entre dans sa phase d'extinction et refroidissement. A ce stade, l'opération de carbonisation est terminée. Après un délai de huit à douze heures la température affichée aux instruments se situe entre 70 et 1000 C. L'opérateur procède alors à l'ouverture de la porte du four, à la pose des rampes amovibles pour la sortie du système panier/ berceau et au retrait des capteurs thermiques. Après cette opération,le tracteur routier effectue son approche en marche arrière. Le conducteur réalise l'accrochage du système hydraulique du tracteur sur le berceau du panier et effectue la manoeurvre qui positionne le système panier/berceau sur le tracteur. Ensuite le conducteur de l'ensemble routier ainsi constitué conduit sa charge de charbon de bois au lieu de conditionnement. Sur ce lieu, le conducteur déverrouille le panneau arrière du panier de façon que le panneau ne soit plus que maintenu par ses charnières de la partie supérieure. Après cette opération,le conducteur manoeuvre le système hydraulique du tracteur de façon à effectuer la vidange du panier telle que cela s'effectue avec un camion - benne classique. Lorsque le panier est vide, le conducteur remet le système en position de roulage et se rend sur le chantier d'abattage forestier pour effectuer le chargement de bois dans le panier. Après chargement du panier, le conducteur se rend sur le chantier de carbonisation et introduit le système panier/ berceau dans l'enceinte de pyrolyse tel que déjà décrit précédemment. La durée des opérations permet de transformer en charbon de bois trente m3 apparents de bois par cycle de 24 heures. Dans une journée de 8 heures, un tracteur est capable de servir quatre ou cinq fours, ceci étant évidemment variable avec les conditions de distance et d'accés des chantiers d'abattage forestier par rapport aux chantiers de carbonisation. Plusieurs fours peuvent être groupés sur un seul chantier de carbonisation ou plusieurs chantiers de carbonisation peuvent êtres équipés d'un seul four. 8 La mobilité du four est caractérisée par sa facilité de mise en place sur n importe quel terrain sommairement compacté sans aucune fondation ou massif en béton. L'enceinte de pyrolyse est posée ou déposée par un engin de levage classique tel que grue télescopique automotrice. Le transport de l'enceinte s'effectue par engin routier classique du type remorque surbaissée. L'utilisation de l'air comprimé produit par un compresseur à moteur thermique, ainsi que l'utilisation du courant électrique disponible à la batterie de ce même compresseur, permettent de rendre le four de pyrolyse complètement autonome. La mise en place d'un four de pyrolyse s'effectue dans la journée et son transfert sur un autre site ne nécessite pas plus d'une demi-journée de manutention. L'ensemble des dispositifs selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication du charbon de bois à proximité des chantiers d'abattage forestier. Il est également utilisable pour réaliser la pyrolyse des déchets Industriels en vue de récupérer les métaux ferreux ou non ferreux tels que l'aluminium ou le cuivre dans les vieux cables électriques isolés. Il est aussi utilisable pour réaliser la pyrolyse des pneumatiques usagés en vue de récupérer et utiliser le gaz combustible produit par cette pyrolyse. R E V E N D I C A T I O N S 1) Four mobile et autonome à grande capacité de fabrication de charbon de bois, caractérisé en ce qu'il est composé d'une enceinte mobile de pyrolyse à faible déperdition thermique, d'un panier de pyrolyse sur berceau de manutention du commerce manutentionné par tracteur routier du commerce, d'un compresseur d'air à moteur thermique du commerce. 2) Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte mobile de pyrolyse de grande capacité est formé par un caisson étanche muni d'une isolation thermique en matériaux isolants du commerce, d'une porte d'introduction et sortie de charge pivotante sur des charnières, d'un système de glissières de guidage conservant la charge dans l'axe de l'enceinte, d'une butée de sécurité à l'extrémité arrière de ces glissières, d'un système d'allumeurs pour démarrage de la réaction de pyrolyse, d'un système d'injecteurs d'air comprimé pour démarrage et maintien de la réaction de pyrolyse, d'un système de cheminées pour démarrage de l'allumage et évacuation des gaz de pyrolyse, d'un système de pilotage et arrêt de la pyrolyse par réglage des débits d'air comprimé aux injecteurs, d'un système de contrôle des températures en 16 points de la charge, d'un système de contrôle de la pression intérieur de l'enceinte. 3) Four selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des rampes amovibles sont prévues pour l'introduction dans l'enceinte de pyrolyse et la sortie de cette même enceinte d'un panier sur berceau de manutention. 4) Four selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en que le panier de pyrolyse de grande capacité construit sur berceau de manutention du commerce et manutentionné par glissement à l'aide d'un tracteur routier du commerce, est dimensionné pour accepter des charges de bois de grandes longueurs, est construit en acier réfractaire et présente un panneau arrière pivotant. 5) Application du four selon l'une quelconque des revendications précédentes à la transformation par pyrolyse de toutes matières hydrocarbonées ou ligno-cellulosiques en vue de fabriquer des gaz- combustibles et/ou récupérer des métaux.