Brevet FR2594134A1 — publié le 19870814

Le procédé objet de l'invention concerne essentiellement un moyen économique de transformation par grillage suivi de la torréfaction de fragments de bois obtenus et récoltés, de préférence, par des moyens agricoles en vue de la production d'un combustible économique0 Le procédé s'applique au bois encore humide, préalablement divisé, et de préférence aux tronçons cylindriques de courtes longueurs obtenus par tranchage de tiges de rejets de végétaux ligneux, Ces rejets peuvent être obtenus en grande quantité par des méthodes agricoles et récoltés en période de repos végétatif, puis tranchés en tronçons sur la machine de récolte elle-meme, tel que par exemple décrit dans le brevet FR NO 8507839. Constituée de la masse de petits tronçons de bois, cette matière présente des particularités remarquables : - Sa mobilité obtenue dès la récolte est commode pour la mise en oeuvre. - Son homogénéité est intéressante pour les traitements qu'elle devra subir. - Sa densité apparente élévée permet un transport économique. - Le peu de "fines" qu'engendre le processus de tranchage est facile à éliminer par tamisage. La torrefaction appliquée au bois est du domaine connu par exem-ple brevet FR. 953.004. cette opération sous-entend une action plus ou moins prolongée de la chaleur dans le domaine de températures comprises entre 200 et 9000C. D'autre par le brevet FR. 81.16463 précise une fourchette de température plus serrée (240 à 2600C) et un temps de séjour prolongé à cette température (1 heure pour un fragment de lcm3), de façon à obtenir un produit final ayant des caractéristiques bien définies présentant un intéret certain pour des applications particulières telles que l'emploi comne réducteur métallurgique dans la fabrication des métaux légersetc... La torréfaction du bois doit être exécutée, comme connu en soi et exposé dans les brevets déjà cités, sous atmosphère neutre. En effet, à partir de 2500 C les réactions exothermiques font leur apparition. Le risque de la mise à feu spontanée est grand en présence d'oxygène. L'invention se propose de réaliser un combustible bon marché en vue principalement de son application au chauffage domestique. Elle s'accomode d'une teneur en écorce relativement importante, en effet chaque tronçon en est naturellement enveloppé. Elle admet qu'une gradation de températures agissant sur chaque fragment de bois existe entre la périphérie qui prendra la couleur marron foncé et le centre qui restera marron clair. Les tronçons, tels qu'ils ont été précédemment définis, contiennent selon la nature du bois qui les compose une quantité d'eau relativement élevée comprise entre 40 et 60 %. Cette eau doit être necessairement éliminée avant que la torréfaction puisse intervenir. Le procédé selon l'invention se propose l'extraction brutale de l'eau encore contenue dans les tronçons, dont les canaux ont été ouverts aux deux exi trémités lors du tranchage, à l'aide d'un flux rapide de gaz à haute température balayant leus surfaces. Le procédé de grillage et de torréfaction sous atmosphère neutre, de fragments de bois encore humides amenés en continu et rassemblés en masse de hau maintenue teur/constante dans un réacteur de forme tronconique placé verticalement, est caractérisé en ce que, mis en mouvement grâce à la dépression établie au travers de la dite masse, le gaz caloporteur neutre est élevé à une température supérieure à celle requise-pour obtenir la torréfaction du bois et suffisante pour réaliser, par grillage, le séchage brutal des dits fragments dès que déposés dans le réacteur, séchage ayant pour effet d'abaisser la température des dits gaz qui mélés à la vapeur dégagée constituent le flux gazeux neutre et ramené à la température capable d'assurer, pendant qu'il la traverse, la torréfaction de la dite masse. C'est un aspect de la caractéristique principale de l'invention d'utiliser l'eau, contenue dans le bois lui - même, transformée en vapeur comme un des constituants de l'atmosphère neutre dans laquelle doit s'effectuer la torréfaction. Afin de réaliserl'objet du procédé ci - dessus décrit, il est indispensable que les échanges calorifiques entre le gaz caloporteur et les fragments de bois soient rapides. Ce résultat provientde la mise en oeuvre d'un flux gazeux, enveloppant les dits fragments, circulant à grande vitesse et ayant une inertie calorifique suffisante pour assurer d'abord le grillage provoquant le séchage initial du bois et ensuite sa torréfaction. On conçoit aussi qu'il est économiquement intéressant de faire se succéder immédiatement dans le mie appareil les opérations de séchage et de torréfaction. La déscription qui va suivre d'un dispositif, schématiquement représenté en coupe sur la planche unique, conforme à l'invention ainsi que son mode de fonctionnement permettront une meilleure compréhension du procédé. Le dispositif comporte essentiellement un organe dénommé réacteur (i) dans lequel sont effectuées les opérations de grillage produisant le séchage initial, suivi de la torréfaction des fragments de bois amenés en continu par le distributeur (2). Les fragments passent au travers de chicanes (3), dont nous verrons plus loin l'objet, avant d'entre déposés sur le lit de grillage (4) Ce lit est maintenu à hauteur constante grâce à l'action d'un extracteur à plateau rotatif (5) qui enlève, en continu le bois une fois torréfié. Les allures du distributeur et de l'extracteur sont réglées dans le rapport convenable qui tient compte du retrait qui accompagne le séchage et la torréfaction. Le temps de séjour dans le réacteur est déterminé par la vitesse du transfert. Le bois torréfié, extrait du réacteur, est déposé au sommet (6) de la masse rassemblée dans le réceptacle (7). Ce dernier d'une certaine capacité, est équipé à sa base d'un système approprié et non représenté, à double sas permettant le retrait Far bols successifs du bois torréfié, sans-permettre la pénétration d'air dans le dispositif. Un ventilateur H.P. ( & met en dépression le dispositif comprenant le réceptacle, l'extracteur et le réacteur. Cette dépression est transmise au dispositif par l'intermédiaire de l'échangeur - condenseur (9), de la tuyauterre (10), de l'ajutage annulaire (11) et de l'ouverture (12). Elle est appliquée à la masse (15) en cours de traitement en passant au travers du plateau rotatif et perforé (5) de la base de la jupe du réacteur (13) elle aussi perforée et de l'espace annulaire (14) occupé par des fragments de bois torréfié en cours de transfert. On remarquera la grande surface que présente au passage du flux gazeux ces éléments situés à la base du réacteur. Cette disposition ralentit la vitesse du flux dont la force vive n'est plus suffisante pour entrainer les fragments situés dans l'espace (14). Cette dépression met en mouvement le flux de gaz caloporteur et circulant à grande vitesse entre les fragments de bois déposés sur le lit (4), flux appelé à réaliser les traitements successifs de grillage et de torréfaction du bois. Le procédé selon l'invention se caractérise encore en ce que le gaz caloporteur est constitué du mélange, d'une partie importante des gaz neutres recyclés prélevés à la sortie du réacteur (1) et donc à la température de torréfaction, et des gaz brulés issus de la combustion dans la chambre (18) d'un gaz combustible amené au bruleur (16), mélange dont la température, deux à trois fois supérieure à celle appliquée lors de la torréfaction qui suivra, est capable de réaliser sur le lit fixe (4) du réacteur (1) le grillage initial du bois humide. Le gaz recyclé est repris au circuit en (20) à l'aide du surpresseur (21) Le mélange de gaz combustibles est amené au bruleur annulaire (16) par la canalisation (17). Le surpresseur (21) ramène le gaz prélevé à la sortie du réacteur à une pression suffisante pour alimenter le dit réacteur (1) et pour créer au travers de la chicane (3) une légère surpression s'opposant à l'entrée de l'air à ce niveau, mais autorisant l'entrée des fragments de bois amenés par le distributeur (2). Le gaz combustible sera avantageusement celui obtenu à partir d'une portion de bois torréfié lui - même, prélevé sur la production et gazélfié. L'ordre de grandeur de la quantiteconsomniée est d'environ 10 fo à 12 r. Le temps necessaire aux opérations successives de grillage provoquant le séchage brutal du bois et de sa torréfaction s'établit entre 3 et 6 minutes selon les températures mises en oeuvre et la dimension moyenne des fragments (inférieure ou égale au cm3). Ces temps qui sont donnés à titre d'exemple ne sont pas limitatifs. Ils correspondent au temps de séjour moyen des fragments dans le réacteur. Le gaz issu du réacteur et qui n'a pas été recyclé, traverse l'échangeur (9) avant d'être rejeté à l'atmosphère. Cet échangeur est aussi un condenseur, il permet d'extraire l'eau collectée en (27) et évacuée à l'aide d'une pompe non représentée, et, de récupérer les calories contenues dans les dits gaz. Ces calories sont transférées à de l'air ambiant amené à l'échangeur (9) par le ventilateur (25) et conduit, en passant par la canalisation (26) vers un séchoir à bois, non représenté, installé en amont du réacteur. Ce séchoir a pour objet d'abaisser d'environ 50 , la teneur en eau du bois, matière première et de le préchauffé à la température voisine de 90 C. Ces techniques sont suffisemment connues pour qu'il ne soit pas necessaire de les exposer en détail Le procédé selon l'invention se caractérise aussi par le fait qu'une par tie des gaz neutres, refroidis après passage dans l'échangeur (9) et intro duits par l'ajutage annulaire (24) à la base du receptacle (7) esrmise en mouvement par la dépression régnant dans le dispostifettraverse la masse (29) de bois torréfié pour en extraire les calories récupérables et en abaisser la température de façon à éviter la prise de feu spontanée possible lors de la mise à l'atmosphère du dit bois à la température de torréfaction. Etant donné les températures mises en jeu, l'ensemble du dispositif est revêtu d'un isolant calorifique (28) "Portée à haute température la chambre de combustion (18) est coiffée d'un revêtement réfractaire (30) cette chambre a pour objet d'assurer la combustion complète du mélange combustible qui est établi sans excés d'air. En effet le flux gazeux doit être neutre. La portion haute du réacteur fait partit de la chambre de combustion. Par son rayonnement interne, elle contribue à l'homogénéité de température sur toute la section du flux caloporteur. Les gaz neutres, refroidis par l'échangeur (9) et extraits par le ventilateur (8) contiennent une certaine proportion de fumées constituées de goudrons formés notamment au moment du grillage réalisé dans le réacteur (1). Afin d'éviter le rejet de ces fumées et de réintégrer au combustible et sous cette forme un des éléments constitutifs, le procédé se caractérise enfin par le fait que les dits gaz sont filtrés par passage au travers d'une masse importante de bois déjà torréfié et rassemblé dans un silo de transfert fonctionnant en continu avant le stokage du dit combustible. Les goudrons déposés en très faible quantité à la surface des fragments diffusent aisement dans le bois devenu poreux après torréfaction. Les dispositions prises pour les mesures de pressions de débits et de températures ou encore pour le contrôle de fonctionnement du dispositif sortent du cadre de l'invention et pour cette raison n'ont pas été exposées. REVENDICATIONS 1) Procédé de grillage et de torréfaction sous atmosphère neutre, de fragments de bois encore humides amenés en continu et rassemblés en masse maintenue (15) de hauteur/constante dans un réacteur de forme tronconique (1) placé verticalement, caractérisé en ce que, mis en mouvement grace à la dépression établie au travers de la dite masse, le gaz caloporteur neutre est élevé à une tempèrature supérieure à celle requise pour obtenir la torrefaction du bois et suffisante pour réaliser, par grillage, le séchage brutal des dits fragments dès que déposés sur le lit (4) dans le réacteur, séchage ayant pour effet d'abaisser la tempèrature des dits gaz qui mélés à la vapeur dégagée constituent le flux gazeux neutre et ramené à la température capable d assurer, pendant qu'il la traverse, la torréfaction de la dite masse. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz caloporteur est constitué du mélange, d'une partie importante des gaz neutres recyclés prélevés à la sortie du réacteur (1) et donc à la température de torréfaction, et des gaz brulés issus de la combustion dans la chambre (18) d'un gaz combustible amené au bruleur (16), mélange dont la température, deux à trois fois supérieure à celle appliquée lors de la torréfaction qui suivra, est capable de réaliser sur le lit fixe (4) du réacteur (1) le grillage initial du bois humide. 3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu > une partie des gaz neutres refroidis après passage dans l'échangeur (9) et introduit5 par l'ajutage annulaire (24) à la base du réceptacle (7), eSmise en mouvement par la dépression établie dans le dispositif qrtraverse la masse ( de bois torréfié pour en extraire les calories récupérables et pour en abaisser la température de façon à éviter la prise de feu spontanée possible lors de la mise à l'atmosphère du dit bois à la température de torréfaction. 4) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé fonctionnant en continu, de grillage suivi de la torréfaction en atmosphère neutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un réacteur (1) de forme tronconique dans lequel les fragments de bois sont introduits en continu pour être déposés sur le lit fixe (4) au sommet de la masse (15) en cours de transfert, puis soustraits à l'aide d'un extracteur à plateau rotatif (5) et rassemblés dans un réceptacle (7) avant d'être évacués par bols successifs au travers d'un sas s'opposant à la pénétration d'air dans le dispositif, les dits: réacteurs, extracteurs et réceptacles constituants un volume fermé ne comportant qu'une ouverture située au sommet du réacteur, volume mis en dépression à l'aide d'un ventilateur (8) par l'inter médiaire de l'échangeur (9) et de la canalisation (10). 5) Dispositif selon les revendications précedentes caractérisé en ce que, pour constituer le flux caloporteur à la température suffisante on mélange les gaz à recycler, (prélevés à la température de torréfaction à la base du réacteur à l'aide du; surpresseur (21) et renvoyés avec légère surpression au dit réacteur de façon telle que l'apport des fragments de bois au travers de la chicane (3) soit exécuté sans pénétration d'air dans le dispositif j à la flaire élaborée dans la chambre (l8).coiffée d'un revêtement réfractaire;; (30) laquelle passe par la fente annulaire (19) située au sommet du réacteur (1) pour constituer le dit flux capable d'assurer en première étape le grillage des fragments de bois encore humides déposés sur le lit (4) suivi de la torréIaction de la masse, en cours de transfert, qu'il traverse. 6) Dispositif selon les revendications précésentes caractérisé en ce que rélevésngrace à la dépression établie dans le dispositif et après passage dans l'échangeur (9) à la sortie du ventilateur (8), une partie des gaz neutres et refroidis pénétrant à la base (24) du réceptacle (7), traverse à contre-courant la masse de bois torréfiée et en assure le refroidissement avant son évacuation. 7 ) Procédé suivant les revendications précédentes caractérisé en ce que les gaz neutres extraits du réacteur (I) refroidis par 1' échangeur(9) sont filtrés, avant rejet à l'atmosphère par passage au travers d'une masse importante de bois déjà torréfié rassemblé dans un silo de transfert fonctionnant en continu avant la mise en stockage du dit bois