Brevet FR2583427A1 — publié le 19861219

PROCEDE DE FABRICATION DE CHARBON DE BOIS, DISPOSITIF POUR SA KISE Es OEUVRE ET PRODUITS OBTENUS PAR CE PROCEDE L'invention concerne un procédé pour fabriquer du charbon de bois. plus particulièrement à partir de bois de résineux. On connait depuis très longtemps des procédés permettant d'obtenir la carbonisation de coupes de bois , notamment sur le lieu meme de la coupe. On constitue une meule d un tas de bois rangé verticalement par couches successives autour d'un mât central ou d'une. cheminée de chargement et la disposition du bois est effectuée manuellement. On constitue une enceinte d'une couche de matière végétale telle que feuilles, herbes ou paille et on recouvre d'une couche de terre. On retire le mât et on forme ainsi une cheminée verticale dans laquelle on introduit des braises qui viennent enflammer du petit bois sec disposé à la base de la meule lorsque le feu a pris à la base. Puis on comble la cheminée avec des braises. L'air chaud monte donc de bas en haut.Puis on ferme la cheminée et la circulation de l'air s'inverse, la carbonisation se développe donc de haut en bas. Un tel procédé présente des avantages certains. I1 permet d'obtenir du charbon de bois sur le lieu même de la coupe. Ainsi, on évite des frais de transport du bois coupé. Cependant. il présente de nombreux inconvénients. En effet, la mise en oeuvre nécessite un très grand savoir-faire et une présence quasi-permanente de l'ouvrier. La durée de la carbonisation peut durer de plusieurs heures à plusieurs semaines. De plus, il est impossible de récupérer les matières volatiles et plus particulièrement les goudrons. On connait aussi des dispositifs qui sont utilisés dans la carbochimie. Ces installations sont constituées d'un four de carbonisation vertical, d'un séchoir placé en amont. Mais il est nécessaire d'effectuer plusieurs manipulations. à savoir : chargement du bois humide dans le séchoir. par sa partie supérieure. déchargement du bois sec à la partie inférieure du séchoir, chargement du bois sec dans le four à sa partie supérieure, déchargement du charbon de bois. Avec de tels dispositifs, il est possible de traiter de très grosses quantités de bois, ce qui entraine des couts de transport importants. On peut aussi récupérer les produits pyroligneux. Dans la carbochimie, ce sont des produits pyroligneux que l'on souhaite recueillir pour pouvoir les traiter postérieurement pour obtenir des produits de base utilisés dans l'industrie chimique. Or, avec la transformation du marché des matières énergétiques. le problème s'est posé de fabriquer d'une part du charbon de bois de benne qualité pour etre utilisable pour le chauffage des grils en plein air et d'autre part des produits volatils pouvant etre-utilisés comme combustibles en remplacement du fuel, d'origine minérale, utilisé notamment dans des chaudières industrielles cru de ménage. Par ailleurs, le pobléme s'est posé fabriquer des unités de carbonisation semi-industrielles à rendement en charbon de bois supérieur à celui obtenu par les fours artisanaux et ne nécessitant qu'un personnel de manutention réduit et à productivité élevée.En outre. les normes anti-pollution étant très strictes en Europe, on s'est posé le problème d'obtenir des procédés tres peu polluants pour l'environnement. L'invention vise donc à résoudre ces problèmes, A cet effet. l'invention concerne un procédé discontinu d'obtention de produits carbonés combustibles à partir du bois ou matières végétales humides que l'on place dans une enceinte. Un tel procédé est caractérisé par le fait qu'on effectue successivement le séchage. la pyrolyse et le refroidissement dans l'enceinte unique, le séchage étant effectué par apport de chaleur en faisant circuler un flux gazeux chaud à l'intérieur de l'enceinte, la pyrolyse étant effectuée par apport de chaleur externe en faisant circuler un flux gazeux chaud enveloppant l'enceinte et à l'extérieur de celle-ci, l'enceinte étant close, le refroidissement étant effectué en faisant circuler un flux gazeux froid enveloppant l'enceinte, å l'extérieur de celle-ci, l'enceinte étant close. Le procédé comporte donc les étapes suivantes Séchage : le flux gazeux à l'intérieur de l'enceinte circule de haut en bas. La pression est la pression atmosphérique. La température de séchage est réglée à une température supérieure à la température d'ébullition de l'eauet inférieure à la température d'inflammation du bois, par exemple est inférieure à 190 C, de préférence 100 à 160 C. Pyrolyse : le flux gazeux chaud circule de haut en bas au début de la pyrolyse et de bas en haut en fin de pyrolyse. I1 règne une pression à l'intérieur de 1 enceinte, lors de la pyrolyse, supérieure à la pression atmosphérique. La température de pyrolyse à l'intérieur de l'enceinte est inférieure à 350 C. Refroidissement : Un flux gazeux froid circule en enveloppant l'enceinte et à l'extérieur de celle-ci, l'enceinte étant close, De préférence, on règle la température de pyrolyse entre 275 et 320 C. On règle l'avancement de la réaction exothermique de pyrolyse en réglant le séchage de façon que le bois après séchage contienne quelques pourcents d'humidité. Le bois après séchage contient 15 Z d'humidité. Dégazage : après la pyrolyse on effectue un dégazage en élevant la température à l'intérieur de l'enceinte au-dessus de 400 C. Plus préférentiellement, le dégazage est effectué en élevant la température interne de l'enceinte de 420 C à 430 C. L'invention concerne en outre un dispositif de traitement de produits carbonés combustibles à partir de bois ou matières végétales humides, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte unique dans laquelle est disposé le bois, comportant une conduite d'amenée de gaz, une conduite de sortie de gaz, des moyens d'ouverture des conduites d'amenée et de sortie, une chemise externe comportant des conduites d'amenée et de sortie de gaz et des moyens d'ouverture de ces conduites d'amenée, une conduite d'évacuation des gaz de pyrolyse. La description suivante en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs permettra de comprendre comment l'invention peut etre mise en pratique. Les figures 1A et 1B montrent l'enceinte selon 1 invention, respectivement lorsqu'elle est utilisée en phase de séchage et en phase de pyrolyse. La figure 2 montre l'installation dans son ensemble utilisée pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 3 montre les courbes de pressions et temûpératures régnant å l'intérieur et à l'extérieur de l'enceinte en fonction du temps et des différentes phases du procédé. On décrit maintenant le procédé en se référant aux figures. Dans une enceinte 1 de forme pseudo cylindrique d'axe XX, on charge du bois humide. Cette enceinte comporte un fond 2 et un couvercle 3 en forme de, calotte sphérique. A l'intérieur de l'enceinte 3, sont disposées des grilles coniques 4. L'enceinte comporte une conduite d'amenée 5 et une conduite de sortie 6 de gaz. De préférence, ce gaz est de l'air. La calotte sphérique supérieure 3 comporte en son centre une ouverture 7 qui peut être ouverte ou fermée par des moyens de fermeture, à savoir un tampon 8 coulissant dans l'ouverture T et qui peut être pseudo-cylindrique d'axe XX. Le tampon 8 est alors circulaire. De même, la calotte sphérique inférieure 4 comporte une ouverture 9 placée sur le coté, de manière décalée par rapport à l'axe XX.L'ouverture 9 est pseudo-cylindrique, d'axe YY parallèle à l'axe XX et décalé par rapport à celui-ci et peut être fermée par des moyens de fermeture ou tampons 12 coulissants. Au centre de la calotte sphérique 2 formant fond se trouve une ouverture de déchargement du charbon de bois, cette ouverture étant pseudo-cylindrique d'axe XX et pouvant être fermée par une porte 11. Par actionnement de tampons 8 et 12 on met en communication ou non l'intérieur 13 de l'enceinte 1 avec les conduites d'amenee 5 et de sortie 6 d'air. L'enceinte 1 comporte en outre une chemise 14 externe qui l'entoure complètement ou, selon un mode de réalisation préférentiel, la chemise 14 est constituée d'une pluralité de tubes 15 cylindriques, longitudinaux, placés cote à cote et réliés à leur extrémité supérieure 16 par un tore creux 17 et à leur extrémité inférieure par un tore creux 19. L'enceinte 1 comporte en outre une tubulure 20 reliant l'intérieur 13 avec le tore supérieur 17. La tubulure 20 comporte une vanne 21 pouvant mettre ou non la tubulure 20 en liaison avec le tore 17 selon qu'elle est ouverte ou fermée, L'enceinte 1 comporte un chemisage externe 22 isolant. Après avoir effectué le chargement de bois dans l'enceinte 1 par l'ouverture supérieure 7 on place les tampons 8 et 12 en position d'ouverture pour que les conduites d'amenée 5 et de sortie 6 communiquent avec l'intérieur de l'enceinte 1. Par ailleurs, on place la vanne 21 en position de fermeture pour que la tubulure 20 ne sont pas en liaison avec les tubes 14. On effectue le séchage du bois. A cet effet on fait circuler l'air de haut en bas de l'enceinte 1. Cet air provient de la conduite d'amenée 5 et repart par la conduite de sortie 6. L'enceinte estl pression atmosphérique (voir partie A de la figure 3 > . Là- température de l'air est d'environ 175'C, et la température de l'enceinte i est d'environ 10OC après un préchauffage qui dure environ 2 heures. Puis le chauffage est maintenu pendant environ 6 heures. Lors du séchage, la température de l'air pénétrant dans l'enceinte est donc d'environ 175'C et descend à environ llO'C à la sortie de l'enceinte. La température de séchage est donc supérieure à la température d'ébulition de l'eau et inférieure à la température de pyrolyse. On effectue ensuite l'étape de pyrolyse proprement dite. A cet effet, on abaisse le tampon 8 pour fermer la communication entre l'ouverture 8 et la conduite d'amenée 5 et on élève le tampon pour fermer la communication entre l'ouverture 9 et la conduite de sortie 6. On est donc en position de pyrolyse, l'enceinte- 1 est fermée. L'air qui est donc amené par la conduite 5, lorsque le clapet 21 est ouvert, circule dans le tore supérieur 17, descend dans les tubes 15 et circule dans tore inférieur 19 pour repartir par la conduite de sortie 6. L'enceinte 1 est chauffée par convection par l'échangeur de chaleur forme entre les tubes 15 et la paroi de l'enceinte 1. On fait circuler de l'air à 350 C dans les tubes 15 et ce, pendant environ 5 heures, Comme on le voit sur la partie 3 de la courbe de pression de la figure 3, la pression monte rapidement à une surpression d'environ 100 mbars, tandis que la température à l'intérieur de l'enceinte 1 monte plus lentement et parvient à environ 2B0'C, à savoir entre environ 275 et lentement et parvient à environ 280"C. à savoir entre environ 275 et 320 C. On effectue la pyrolyse proprement dite pendant 3 heures environ. La pyrolyse commence en haut de la cornue et les constituants du bois se décomposent et se recombinent.Il se forme la carbonisation de bois et de ll'eau, de l'acide acetique, du méthanol, des gaz pyrolyneux. La réaction est fortement exothermique, elle est de 920 KJ au kg de bois. Les gaz mettent la partie inférieure du bois en pyrolyse. Ainsi la pyrolyse progresse de haut en bas à l'intérieur de l'enceinte 1. Mais la température à l'intérieur de l'enceinte a tendance à augmenter du fait que la réaction de pyrolyse est très exothermique. Or, on souhaite contrôler la température à l'intérieur de l'enceinte 1 inférieure à 450-C. Ainsi, pour contrôler cette montée en température, on règle le séchage du bois pendant l'étape du séchage à 15 Z d'humidité. Selon l'invention, on obtient la pression de circulation de l'air de haut en bas au moyen d'un venturi 23 qui est représente sur la vue dessous en coupe de la figure 2A. Mais lors de la pyrolyse, les gaz chauds ont tendance à monter à l'intérieur de l'enceinte 1. Si la température interne devient trop supérieure à la valeur qu'on s'estfixé, soit environ 350 C. on arrete le fonctionnement du venturi 23. Pour contrôler la température. on inverse la circulation d'air dans les tubes 15. De cette manière. on réchauffe la partie inférieure la plus froide en inversant la circulation de l'air dans les tubes, grâce au venturi 23. Le venturi 23 est constitué par un tube 24 comportant des rétrécissements 25a. 25b, et 26a, 26b et des tubes d'injection 27. 28 qui injectent l'air en amont des rétrécissements 25a. 25b et 26a, 26b. selon que le clapet de direction 29 met en correspondance le tube 27 avec le tube de piquage 30 sur le 17 ou le tube 28 avec le tube de piquage 30 ; ce dispositif permet donc de prélever de l'air chaud sur le tore 17 et de le renvoyer à l'intérieur 13 de l'enceinte 1, et de le renvoyer dans le tore 17. Après l'étape de pyrolyse proprement dite, on effectue une phase de dégazage. A cet effet, on fait circuler de l'air dans les tubes 15 à une température d'environ 450 C, pendant environ 2 h 30. Les gaz de pyrolyse s'échappent par la conduite de sortie de gaz 30. Cettre conduite de sortie de gaz 30 est déposée à une hauteur déterminée de l'enceinte 1 et plonge dans un dégoudronneur 31. Celui-ci comporte des tubes 32 échangeurs de chaleur, une conduite de sortie 33 du goudron 34 et une conduite de sortie 35 de gaz non condensables. Dans le dégoudronneur 31 peut aussi plonger des autres conduites de sortie de gaz 36 provenant d'une autre enceinte travaillant en parallèle (non représentée), mais dont les cycles de fonctionnement sont décalés. Le dégoudronneur 31 comporte un filtre à goudron 37. Lorsqu'on effectue le dégazage, l'enceinte étant fermée, la suppression interne est maintenue à 100 mbars du fait que les gaz de pyrolyse s'échappent vers le dégoudronneur 31. La température du bain de liquide 34 est maintenue à la température de vaporisation de l'eau, du méthanol, de l'acide acétique, des alcools qui ne se condensent pas. Ainsi, la température du bain 34 est maintenue entre 110'C et 120*C. Le bain de liquide, au début de la réaction peut être de l'eau à 100'C, les goudrons se condensent et chassent l'eau sous forme de vapeur d'eau au fur et à mesure de l'avancement de la réaction. Les gaz incondensables s'échappent par la conduite de la sortie 35 et parviennent dans une chambre de combustion 38. Le dégoudronneur 31 possède des sondes thermiques 39 de contrôle de la température du bois 34 et des vannes 40 de réglage de la température maximum et minimum du bois. On peut reintroduire du goudron par le circuit de circulation 41, et les pompes 42. L'extraction du goudron est faite par le circuit d'extraction 43 et les pompes 44. La régulation du niveau et de l'évacuation est faite respectivement par le niveau 45 et la van-ne 46. Après la phase de dégazage on effectue la phase de confinement. A cet effet, la température externe est portée à 350*C est maintenue pendant 2 heures environ. Puis, on ouvre l'enceinte 1 et on effectue une pulvérisation d'eau à l'intérieur de l'enceinte 1. L'eau se vaporise. La pression interne descend à environ la pression atmosphérique et ce, pratiquement instantanement. La température à l'intérieur de l'enceinte baisse rapidement aux environs de 100'C. Le but d'injection d'eau est de remplacer à 80/90 Z les gaz de pyrolyse par la vapeur d'eau qui chasse dans le condenseur les gaz de pyrolyse. La pression n'augmente donc pas à l'intérieur de l'enceinte. Bien entendu, l'air chaud ne circule plus à 1'térieur des tubes 15 placés autour de l'enceinte et au contraire on fait circuler de l'air froid. On effectue la phase de refroidissement en maintenant l'enceinte 1 ouverte en introduisant de l'air et en laissant la température s'abaisser lentement pendant une heure environ. Le goudron provenant du dêgoudronneur 31 est stocké dans une citerne 47. Les gaz de pyrolyse sont brulés dans la chambre de combustion 38 et une partie des gaz chauds sont récupérés par la conduite 48 pour être réinjectés dans la conduite d'amenée 5 de l'enceinte 1. La chambre de combustion 38 comporte une cheminée 49 d'évacuation de gaz vers l'extérieur. Les gaz froids sortent de la conduite de sortie 6 sont envoyés par la conduite 50 dans la chambre de combustion 38. Enfin, on récupère la chaleur de combustion provenant de la chambre de combustion 38 dans un échangeur de chaleur 50. Selon le procédé de l'invention, on distingue donc un produit qui, lorsqu'il est fabriqué à partir de bois d'eucalyptus, a les caractéristiques suivantes Point éclair : 44. Densité : 1.12. Viscosité à 50C : 220. Viscosité à 100'C : 100. PCI : 25110 KJlkg et qu'il ne se polymérise pas spontanément. REVENDICATIONS 1. Procédé discontinu d'obtention de produits carbonés combustibles à partir du bois ou matières végétales humides que l'on place dans une enceinte. caractérisé par le fait qu'on effectue successivement le séchage 1 la pyrolyse et le refroidissement dans l'enceinte unique, le séchage étant effectué par apport de chaleur en faisant circuler un flux gazeux chaud à l'intérieur de 1 enceinte, la pyrolyse étant effectuée par apport de chaleur externe en faisant circuler un flux gazeux chaud, enveloppant l'enceinte et à l'extérieur de celle-ci, l'enceinte étant close et le refroidissement étant effectué en faisant circuler un flux gazeux froid enveloppant l'enceinte et à l'extérieur de celle-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le flux gazeux chaud circule de haut en bas lors du séchage. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le flux gazeux chaud circule de haut en bas au début de la pyrolyse et de bas en haut en fin de pyrolyse. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il règne une pression à l'intérieur de la cornue, lors de la pyrolyse. supérieure à la pression atmosphérique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on règle la température de séchage à une température supérieure à la température d'ébullition de l'eau et inférieure à la température d'inflammation du bois. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on règle la température de pyrolyse à l'intérieur de l'enceinte à une température inférieure à 350'. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que l'on règle la température de séchage entre 100 et 160 C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. caractérisé par le fait que l'on règle l'avancement de la réaction exothermique de pyrolyse en réglant le séchage de façon que le bois après séchage contienne quelques pourcents d'humidité. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le bois après séchage contient 15 Z L'humidité. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. caractérisé par le fait qu'après la pyrolyse on effectue un dégazage en élevant la température à l'intérieur de l'enceinte au-dessus de 400". 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le dégazage est effectué en élevant la température interne de l'enceinte de 420 à 430'C. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. caractérisé par le fait qu'on condense les produits volatiles dans un bain de liquide extérieur, dont la température est inférieure à la température des gaz de pyrolyse. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'on condense les produits de pyrolyse se condensant à 110 C - 120 C et qu'on laisse s'échapper l'eau, l'alcool méthylique, l'alcool éthylique, l'acide acétique et les produits dont le point de condensation est inférieur à 110 C. 15. Procédé selon la revendication 1X, caractérisé par le fait qu'on brule les gaz non condensés dans une chambre chaude, à une température supérieure à 700' C. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'après la pyrolyse, on effectue un premier refroidissement et une stabilisation en cessant l'apport de chaleur externe. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le premier refroidissement est fait pendant quelques heures. 18. Procédé selon 1 une quelconque des revendications 16 à 17, caractérisé par le fait que lors du refroidissement, l'enceinte est en dépression. 19. Procédé selon 1 une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé par le fait qu'après le refroidissement, on effectue une pulvérisation d'eau à l'intérieur de l'enceinte qui chasse les gaz de pyrolyse restants. 20. Procédé selon la revendication 19. caractérisé par le fait que la pulvérisation d'eau est effectuée pour mettre l'enceinte en surpression, de préférence 100 mbars. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé par le fait qu'on effectue un second refroidissement en faisant circuler un flux gazeux chaud enveloppant l'enceinte et à l'extérieur de celle-ci. 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé par le fait que l'enceinte est maintenue à la pression de 30 mbars après pulvérisation d'eau. 23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait que le flux gazeux est un flux d'air. 24. Dispositif de traitement de produits carbonés combustibles à partir de bois ou matières végétales humides, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte (1) unique dans laquelle est disposé le bois, comportant une conduite d'amenée (5 > de gaz, une conduite de sortie (6) de gaz, des moyens d'ouverture (8. 12) des conduites d'amenée et de sortie, une chemise externe (14 > comportant des tubulures (20) d'amenée de gaz dans la chemise (14) et de fermeture (21) de la tubulure d'amenéee et une tubulure d'évacuation (30a) des gaz de pyrolyse. 25. Dispositif selon la revendication 24. caractérisé par le fait qu'il comporte un condenseur (31) de gaz de pyrolyse condensables, un dispositif de brulage (38) des gaz non condensés, des moyens de contrôle de la pression à l'intérieur de l'enceinte, des moyens de réglage de la hauteur des gaz condensés dans le condenseur. 26. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour faire circuler les gaz de bas en haut de la chemise externe, 27. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 24 à 26, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de refroidissement du bain de goudron dans le condenseur et des moyens de réglage du niveau et de la température du bain. 28. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 24 à 27, caractérisé par le fait qu'il comporte un venturi double (23) dont la fonction est de fournir la pression de circulation du flux gazeux dans les tubes (15) et d'inverser la circulation du flux gazeux. 29. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 24 à 28; caractérisé par le fait que la chemise externe est constituée de tubes placés côte à côte, parlallèles à l'axe longitudinal de l'enceinte. 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 24 à29, caractérisé par le fait que la paroi de l'enceinte est constituée en un matériau conducteur de la chaleur. 31. Dispositif selon la revendication 30, caractérisé par le fait quee la paroi de l'enceinte est constituée d'acier inoxydable. 32. Produit liquide obtenu à partir de condensation de gaz de pyrolyse de bois d'eucalyptus, caractérisé par- le fait qu'il a les caractéristiques suivantes Point éclair : 44 Densité : 1,12 Viscosité à 50' C i 220 Viscosité à 100 C C : 100 PCI : 25110 KJ/kg et qu'il ne se polymérise pas spontanément.