Brevet FR2606420A1 — publié le 19880513

La présente invention est du domaine de la fabrication du charbon de bois et elle a pour objet un procédé de fabrication de ce produit et un dispositif de mise en oeuvre du procédé. L'art de fabriquer le charbon de bois à partir du bois par auto-carbonisation est connu depuis une époque très ancienne ; le procédé ancien des charbonniers consistait à former un empilement hémisphérique de bûchettes que l'on recouvrait d'argile en ménageant une cheminée au sommet et un évent à la base ; on allumait le feu à partir de l'évent et la carbonisation se poursuivait en rejettant à l'atmosphère les fumées de combustion et des substances volatiles contenues dans le bois. Ultérieurement, on a remplacé le recouvrement d'argile par des viroles métalliques chaudronnées. Un développement très important des techniques de carbonisation du bois, et parallèlement des techniques de sa distillation, a eu lieu au cours de la seconde guerre mondiale sous la pression des nécessités. Parmi les nombreux brevets déposés pendant cette période, on se refermera utilement aux brevets français 880.839, 880.855, 883.470, 854.006, 884.236, 886.038, 886.268, 893.771, 899.254, 899.572, brevets décrivant des installations de carbonisation et/ou de distillation associées ; on retiendra particulièrement le brevet FR 884.236 qui décrit d'une part un système de cornues doubles et qui d'autre part fournit d'excellentes données sur les différentes étapes de la décomposition thermique du bois (pyrolyse). On pourra aussi avantageusement se référer aux brevets 882.421, 887.776, 893.181, 896.402 qui traitent plus spécialement de la carbonisation, le premier d'entre eux décrivant plus particulièrement un dispositif à cornues superposées. Les dispositifs de l'art antérieur connu marquent soit le souci d'une récupération optimale des produits de distillation, soit négligent la pollution atmosphérique entrainée par le rejet d'imbrûlés. En considération des inconvénients des moyens de l'art antérieur, le but de la présente invention est de proposer des moyens essentiellement axés vers la production de charbon avec le souci d'un rejet minimal dans l'atmosphère, ce rejet devant être limité au gaz carbonique et à l'oxyde de carbone issus de la combustion du distillat ; un autre but de la présente invention est de proposer des moyens nécessitant un minimum de main d'oeuvre aussi bien pour le fonctionnement que pour l'entretien du matériel. Ces buts sont atteints par 1 'in- vention suivant laquelle un procédé de carbonisation du bois, en vue de séparer ses constituants en charbon d'une part et distillat d'autre part, du genre procédé suivant lequel une fraction au moins du distillat sert, par sa combustion, à effectuer, par pyrolyse, ladite séparation, ledit procédé mettant en oeuvre au moins un couple de récipients, ou cornues, dans lesquels est placé le bois, lesdites cornues étant elles-mêmes placées dans une enceinte de four est principalement caractérisé,' en ce que le distillat d'une cornue est ramené depuis le sommet de celui-ci en totalité au-dessous de l'une au moins des cornues pour y être brûlé ; plus précisément la pyrolyse dans chacune des cornues comprend les étapes suivantes 10) élimination de l'humidité du bois d'une première cornue au moyen d'une part de la chaleur emmagasinée par enceinte de four, d'autre part sa chaleur de combustion du distillat de la seconde cornue, 20) distillation des goudrons et jus pyroligneux au moyen de la chaleur de combustion du distillat de l'autre cornue, le départ du cycle d'une cornue intervenant vers environ la moitié de la durée totale du cycle de l'autre cornue. Selon la présente invention, un dispositif de mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus est caractérisé dans sa généralité en ce que chaque cornue comprenant une cuve et un couvercle, le couvercle comportant un orifice, un col de cygne relie de façon amovible ledit orifice à un tuyau vertical longeant la cornue à l'intérieur de l'enceinte du four, ledit tuyau vertical débouchant dans une tubulure horizontale débouchant elle-même dans les enceintes de four au-dessous des cornues, ladite tubulure horizontale comportant des vannes pour autoriser, ou alternativement interdire, le passage du distillat. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaitront à la description qui va être faite d'une forme de réalisation du dispositif de l'invention en même temps que va être décrit son mode opératoire illustratif du procédé, en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles - la fig.l est une illustration en perspective d'un couple de four et cornue relevant de l'invention, - la fig.2 est une illustration en plan du site d'exploitation, et - la fig.3 est une illustration en coupe verticale des dispositif de la fig.1. Sur les fig.l et 3 un ensemble de carbonisation conforme à l'invention comprend deux enceintes cylindriques 7 de four juxtaposées dans lesquelles sont disposées concentriquement un couple de cornues 1 comprenant chacune une cuve 2 et un couvercle 3 pourvu d'un orifice central 4 un tuyau vertical 6 est disposé entre la paroi de l'enceinte et la cornue et débouche à sa partie inférieure dans une tubulure horizontale 8 reliant les parties intérieures inférieures des deux enceintes ; un col de cygne 5 est emboité de façon amovible dans l'orifice 4 et dans l'embouchure de sommet du tuyau 7 ; des vannes 10,12,11 sont disposées respectivement aux extrémités et au milieu de la tubulure 8 ; des cheminées 30 sont ménagées à la partie supérieure des fours. On remarquera que les éléments de tuyauterie comprenant les cols de cygne 5, les tuyaux 6 et la tubulure horizontale 8 sont simplemenet emboités les uns dans les autres en vue de permettre un démontage facile lors des travaux d'entretien. Sur la fig.3, on remarque plus particulièrement que chaque cornue comporte un rebord en collerette reposant sur une virole annulaire 16 à bord rabattu coiffant le sommet des enceintes 7 ; on notera que les enceintes 7 sont des constructions à structure porteuse 15 en brique, en ciment réfractaire ou en acier réfractaire. Toujours sur la fig.3, on remarque aussi que le couvercle 3 de chaque cornue comporte un rebord ayant une section en forme de cornière dont une partie cylindrique 18 est destinée à pénétrer dans la cuve, et dont l'autre partie, annulaire 19, vient à reposer sur ledit rebord 16 en collerette, le rebord en collerette et la partie annulaire pouvant être boulonnés 20 l'un à l'autre ; il apparait aussi que le couvercle 3 comporte des anneaux 22 de préhension et que la face extérieure de la paroi de la cuve comporte vers la moitié de sa hauteur un collier 23 en saillie permettant de faire reposer la cornue sur un support basculant. Une grille 25 en matière réfractaire délimite, à la partie inférieure de l'enceinte, une zone 27 de foyer dans laquelle débouche ladite tubulure 8 enfin, mieux visible sur la fig.l, une porte d'accès 28 débouche dans la zone de foyer 27. Sur la fig.3, on a représenté une installation d'exploitation du procédé de l'invention, installation qui comporte une couple d'enceintes 7 de four pourvues chacune de deux cornues 1 en place dans les fours, une autre cornue en attente 1' et un portique roulant 35 à treuil mobile 36 et rails de guidage 37 ; partant d'un stade initial dans lequel les deux cornues (la,lb) sont remplies de bûches de bois disposées de préférence verticalement afin d'éviter toute découpe du bois, on commence par allumer un feu, par exemple au moyen de charbon de bois, ou d'écorce ou de résidus de biomasse, au-dessous de l'une (la) des deux cornues. Dans un premier temps, on élimine l'humidité du bois à travers l'orifice du couvercle jusqu'à des tempéra tures de gaz comprises entre 200 et 3000 ; jusque là les opérations s'effectuent en l'absence du col de cygne.A partir du moment où cette température est atteinte, on emboite le col de cygne simultanément dans l'orifice 4 de couvercle et dans la tuyauterie 2, on ferme la vanne 11 et on ouvre la vanne 12 ; de ce fait, les ga-z se dégageant de la cornue (la) sont renvoyés au-dessous d'elle et s'allument au contact des braises du foyer ; on est alors en phase d'auto-carbonisation ; cette phase est poursuivie jusqu'à obtention d'une température des gaz à la sortie de la cornue, d'environ 3500. A ce stade, on ouvre les vannes 11 et 8 et on ferme à moitié la vanne 12 ; dans cette nouvelle position des vannes, une petite partie des gaz de pyrolyse vient encore brûler au-dessous de la première cornue tandis que la plus grande partie vient déboucher au-dessous de la deuxième (lb) ; on allume alors au moyen de braises provenant du foyer de la première cornue un foyer au-dessous de la deuxième ; le bois contenu dans la deuxième cornue entre alors en phase de séchage. On maintient la demie ouverture de la vanne 12 jusqu'à ce que les gaz sortant par l'orifice de la deuxième cornue aient atteint la température de 5500 à ce stade, on ferme la vanne 12 : la première cornue (la) privée de chauffage voit sa température descendre ; vers 2000 environ, on sort alors la cornue du four pour parfaire son refroidissement jusqu'à par exemple 1000, la vider, la remplir à nouveau et la placer en attente d'un four libéré (position 1'). A ce stade, on place alors la vanne 10 en position de demie ouverture et la vanne 12 en position d'ouverture complète et on allume au moyen de quelques braises le foyer au-dessus de la première cornue (la) lorsque les gaz sortant de la deuxième cornue (lb) par le col de cygne (5b) atteindront la température de 4500, on pourra fermer la vanne 10 afin de mettre la deuxième cornue en phase de refroidissement. Le cycle pourra ainsi se continuer indéfiniment. On remarquera que les seuls rejets à l'atmosphère sont la vapeur d'eau issue du séchage et en plus faible partie celle issue de la combustion des hydrocarbures de pyrolyse, et l'oxyde de carbone et le gaz carbonique issus de la combustion des gaz de pyrolyse. Bien que l'on ait décrit et représenté un procédé de l'invention et des moyens particuliers de mise en oeuvre, il doit être compris que les valeurs chiffrées notamment de températures du procédé ne sont données qu'à titre indicatif et que la portée de l'invention n'est limitée ni par ces chiffres ni par les représentations ou descriptions des formes préférées des moyens mais qu'elle s'étent à tout procédé ou dispositif comportant les caractéristiques générales énoncées plus haut. R E V E N l) I C A T I O N S 1.- Procédé de carbonisation du bois, en vue de séparer ses constituants en charbon d'une part et distillat d'autre part, du genre de procédé suivant lequel une fraction au moins du distillat sert, par sa combustion, à effectuer, par pyrolyse, ladite séparation, ledit procédé mettant en oeuvre au moins un couple de récipients, ou cornues, dans lequels est placé le bois, lesdites cornues étant elles-mêmes placées dans une enceinte de four, caracté risé en ce que le distillat d'une cornue est ramené, depuis le sommet de celui-ci, en totalité au-dessous de 1 'une au moins des cornues pour y être brûlé 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, plus précisément, la pyrolyse dans chacune des cornues comprend les étapes suivantes 10) élimination de l'humidité du bois d'une première cornue au moyen d'une part de la chaleur emmagasinée par l'enceinte de four, d'autre part de chaleur de combus tion du distillat de la seconde cornue, 20) distillation des goudrons et jus pyroligneux au moyen de la chaleur de combustion du distillat de l'autre cornue, le départ du cycle d'une cornue intervenant vers environ la moitié de la durée totale du cycle de l'autre cornue 3.- Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, chaque cornue (1) comprenant une cuve (2) et un couvercle (3), le couver cle comportant un orifice (4), un col de cygne (5) relie de façon amovible ledit orifice (4) à un tuyau vertical (6) longeant la cornue à l'intérieur de l'enceinte (7) du four, ledit tuyau vertical débouchant dans une tubulure horizontale (8) débouchant elle-même dans les enceintes de four au-dessous des cornues, ladite tubulu re horizontale comportant des vannes (10,11,12) pour autoriser, ou alternativement interdire, le passage du distillat 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque col de cygne (5) est simplement emboité d'un côté dans l'orifice (4) de couvercle et, de l'autre côté, dans le tuyau vertical (6), et en ce que chaque tuyau vertical (6) est simplement emboîté dans un orifice (14) de la tubulure horizontale (8), d'où il résulte que ces tuyaux ou tubulures peuvent être démontés très facilement lors qu'ils sont encrassés 5.- Dispositif selon a revendication 4, dans lequel chaque enceinte de four est une construction cylindrique (15), caractérisé en ce qu'une virole (16) de forme annulaire coiffe par emboitement le sommet de ladite construction, le bord intérieur de la virole annulaire servant d'assise à un rebord en collerette (17) de la cuve de chacune des cornues 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le couvercle (3) de chaque cornue comporte un rebord ayant une section en forme de cornière dont une partie cylindrique (18) est destinée à pénétrer dans la cuve, et dont l'autre partie, annulaire (19), vient à reposer sur ledit rebord (16) en collerette, le rebord en collerette et la partie annulaire pouvant être boulonnés (20) l'un à l'autre 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le couvercle (3) com porte des anneaux (22) de préhension, et en ce que la face extérieure de la paroi de la cuve comporte vers la moitié de sa hauteur un collier (23) en saillie permettant de faire reposer la cornue sur un suppport basculant 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé : en ce qu'une grille (25) en matière réfractaire délimite, à la partie inférieure de l'enceinte, une zone (27) de foyer dans laquelle débou che ladite tubulure (8) 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite enceinte (15) de four comporte une porte (28) d'accès débouchant dans la zone de foyer (27).