Brevet FR2617181A1 — publié le 19881230

la présente invention concerne un four de carbonisation fonctionnant en duo, ou plus, avec un incinérateur des fumées et des gaz de pyrolyse, et avec récupération d'énergie sous forme d'air chaud ; le tout en circuit fermé. Cette énergie récupérée servira, en partie, à sècher le bois dans le ou les fours jumeaux n'étant pas encore allumés ; le restant de cette énergie sera réinjecté dans le ou les premiers fours en fonction, de manière à raccoucir le cycle de carbonisation, à augmenter le rendement en charbon de bois, et surtout à obtenir un produit de haute qualité technique et chimique. Le four de carbonisation est constitué d'un assemblage d'éléments en béton armé préfabriqués, ayant la forme d'un cube. L'intérieur de ce cube est recouvert d'un enduit de béton réfractaire. Entre le béton armé et le béton réfractaire se trouve une couche de vermiculite, ainsi que de la laine de roche. Ces deux e élé- ments serviront à protèger le béton armé de la chaleur produite par la carbonisation à l'intérieur du four. Le béton réfractaire étant totalement isolé du béton armé par la vermiculite qui est flexible et se laisse comprimer, il n'y aura pas de risque de fissure du béton armé lors de la dilatation du béton réfractaire par la montée en température. Le four sera posé sur quatre pieds en béton armé ceinturés par quatre poutrelles également en béton armé. Chaque cheminée des fours sera reliée à un incinérateur central fabriqué selon le même procédé, précédemment décrit. La dimension de l'incinérateur est proportionnelle au nombre de fours de carbonisation utilisés. La dimension du four de carbonisation est variable : entre 15 mètres cubes et 50 mètres cubes, suivant le besoin de production. L'ensemble de la ventilation, et l'extraction des fumées et des gaz sont assurés par un seul ventilateur. L'intérêt de construire un four en béton armé est dans la simplicité de la mise en oeuvre : chaque maçon ou bon manoeuvre est capable de réaliser un tel projet. En éliminant toute technique coûteuse de chaudronnerie, le prix de revient est de 50 % moins cher par rapport aux fours en acier. Si la durée de vie d'un four acier est de 3 à 5 ans maximum, c'est du double, voire du triple, pour un four en béton armé. En effet, seul le béton réfractaire intérieur subit une usure cependant, par une astuce très simple, le carbonisateur est parfaitement capable de procèder, une fois tous les deux ans, à son changement, le tout en deux jours par four. Par ailleurs, si un élément de béton armé était accidentellement endommagé, il suffirait de le déboulonner et de le changer. Le Four de carbonisation de produits lireux, pour obtenir du charbon de bois, est caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte en éléments de béton ar-e démontables (1), isolée par une couche de varmioulite et de laine de roone ( 2 ), et tapissée intérieurement par une toute de béton réfractaire ( 3 ). Gette enceinte contient une série de tubes de carbonisation perdorés (6) et disposés sur le fond du four. Eas tubes de carbonisation sont reliés entre eux car une couronne ce distribution d'air chaud ( 8 ). Get air chaud est régulé et oxygéné par des vannes électriques ( 7 ) reliées aux tubes de carbonisation. l'extraction des gaz et des fumées est réalisée sur l'ensem- ble du fond du four ( 5 ), de manière à obtenir une carbonisation absolument homogène. la grille de carbonisation ( 5 ) est en fonte épaisse ( 1G millimètres ) entièrement perforée, dont l'intérêt primordial est sa stabilité et sa résistance au feu. Ce procédé permet une commercialisation industrielle de l'invention ; car, tous les autres types de fours utilisent, sans exception, une tole d'acier de qualité et d'épaisseur diverses, qui, après moins de trois mois d'utilisation, sera immanquablement déformée, et, de ce fait, dérèglera tout le cycle de distillation de la carbonisation. De nombreuses entreprises de fabrication de fours de carbonisation se trouvent, actuellement, en procès à cause de ce défaut.La fonte, elle, est indéformable ; et, ne s'use pratiquement pas lors du frottement mécanique, et correspond donc aux garanties actuelles demandées pour ce genre d'installation. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA PLANCHE N01 1) Après avoir enlevé le couvercle ( 1 ), à la'ide d'une grue ou autre, remplir le four par le haut avec du bois préalablement déchiqueté ; puis, refermer le four. 2) A l'aide d'un dispositif simple d'arrivée de gaz propane dans chacune des 13 vannes d'alimentation en oxygène et en air chaud du four ( 2 ), l'ensemble de la masse du bois sera instantanément embrasé. 3) Mise en marche du ventilateur ( 3 ). 4) Allumage du brûleur à gaz dans l'incinérateur ( 4 ). Eh traversant les tubulures de l'incinérateur ( 5 ), l'air froid se réchauffe, et est injecté dans la couronne de distribution ( 6 ), puis dans les tuyaux de carbonisation ( 7 ) ce qui provoque une surpression-( très faible ) dans l'enceinte du four. La fumée et les gaz seront alors automatiquement poussés vers le bas, à travers une grille en fonte ( 8 ) ( type grattoir à chaussures ). Cette grille est à 30 centimètres du fond du four, et crée un vide ( 9 ) dans lequel un système de récupération des fumées et des gaz ( planche 2 ) est accouplé sur la cheminée ( 10 ) qui, elle, rentre dans l'incinérateur où tout est brûlé. 5) Pendant toute la durée de carbonisation, une partie de l'énergie est récupérée et injectée, par la couronne de distribution, dans le four numéro 2 préalablement rempli, lui aussi, de bois, et fonctionnant comme sèchoir pendant toute la durée de carbonisation du four numéro 1. Après l'arrêt du four numéro 1, on allumera le four numéro 2, et ce sera le four numéro 1 qui servira alors de sèchoir ; et ainsi de suite. 6) Le cycle de carbonisation se décompose de la manière suivante -6.1- Allumage, montée en température, et sèchage = 5 heures. -6.2- Distillation et exothermie = 5 heures. -6.3- Refroidissement = 6 heures. 7) L'arrêt du four est obtenu par la coupure du ventilateur ( arrivée d'oxygène coupée ). Afin d'activer le refroidissement, on injectera, par le ventilateur, entre 10 mètres cubes et 40 mètres cubes de C02 suivant le volume du four. Le C 2 ( gaz bon marché ) étouffera instantanément le charbon de bois encore incandescent. Pour refroidir plus vite encore, on enlèvera une partie de l'isolation du couvercle ( planche 2 ) qui est composée d'un matelas réfractaire extérieur amovible. L'extraction du charbon de bois se fera sur le côté du four, dans sa partie inférieure, par un sas étanche ( il ). 8) Le nettoyage du four se fera automatiquement par un. système de tuyauterie installé dans le fond du four ( planche 3 ), à l'aide d'eau sous pression, cela PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA PLANCHE N02 La coupe d'un four de carbonisation se décompose de la manière suivante L'enceinte extérieure est composée d'éléments préfabriqués en béton armé ( i ) de 10 centimètres d'épaisseur, Une isolation en vermiculite et en laine de roche ( 2 ) sépare le béton armé d'une couche de béton réfractaire ( 3 ) de 10 centimètres d'épaisseur également. Une grille en fonte ( 4 ) recouvre l'ensemble du fond du four à 40 centimètres de la semelle supérieure. Dans ce vide se trouve un tuyau perforé d'extraction des fumées et des gaz, en forme de croix de Lorraine ( 5 ). Cette grille est traversée par 13 tubes de carbonisation ( 6 ). Une vanne électrique ( 7 ) est reliée à chaque tube de carbonisation, et régule l'arrivée d'air chaud et d'oxygène. L'air chaud est distribué à chaque vanne par la couronne de distribution ( 8 > Le haut du four est entièrement ceinturé par un fer " U " ( 9 ) dans lequel le couvercle (10 ) vient s'encastrer. Sur le couvercle est fixée une vanne de sécurité ( il ) qui évite une trop grosse pression interne du four. Le couvercle est, en partie, recouvert de béton réfractaire ( 12 ). DESCRIPTION DU FOND DU FOUR ( PLANCHE N03 ) Une plaque d'acier de 5 millimètres d'épaisseur recouvre l'ensemble postérieur du four, et remonte de 50 centimètres sur les quatre faces extérieures ( 1 ). L'intérêt de ce système est - premièrement, la surface de l'acier sert de coffrage pour le béton armé de la partie inférieure du four. - deuxièmement, permet de souder toute l'installation d'arrivée d'air, d'extraction des gaz, la pose des vannes, etc. - et surtout, le montage peut être exécuté préalablement, au sol, de manière à fabriquer la pièce maîtresse du four en série. DESCRIPTION DE LA CHEMINEE D'EVACUATION DES GAZ DE CARBONISATION ( PLANCHE N04 ) I1 s'agit d'un tuyau rectangulaire de 40 centimètres de large par 15 cen- timètres de haut, en forme de croix de Lorraine, perforé sur tous les côtés (1). Le diamètre de chaque perforation est de 3 centimètres ; et, tous les trous sont espacés, les uns des autres, de 5 centimètres. La surface supérieure ( 2 ) restant fermée afin d'éviter que les cendres de carbonisation n'obstruent la cheminée, ces cendres seront lavées par un et d'eau sous pression, par les buses prévues à cet effet ( planche 3 ) (posltion 2 ). DESCRIPTION DE LA GRIlLE DE CARBONISATION ( PLANCHE N05 ) COMPOSEE DE QUATRE ELEMENTS IDENTIQUES EN LARGEUR ET EN LONGUEUR A 30 centimètres au-dessus de la semelle supérieure du four, est située la grille de carbonisation. Cette grille est en fonte ( type grattoir à chaussures ), et recouvre toute la surface intérieure et inférieure du four ( planche 1 ) ( position 8 ) à cette hauteur. Treize réservations de 20 centimètres x 20 centimètres, y ont été découpées de manière à pouvoir recevoir les tuyaux de carbonisation ( planche 2 ) ( position 6 ). L'intérêt d'un tel type de grille est-sa régularité et sa très grande profusion de trous d'aération, de manière à obtenir une évacuation très homogène des gaz vers la cheminée ; qui, de ce fait, diminue de 25 % la durée de carbonisation, et augmente la production de charbon de bois de 15 %. Ce principe était déjà appliqué dans l'Antiquité, dans les meules de carbonisation en terre. Cependant, la grille en fonte était remplacée par un savant entrecroisement de rondins de bois, pour, déjà, atteindre le phénomène de l'homogénéité de l'extraction des gaz. Le four de type " bataillon " utilise aujourd'hui encore le principe des rondins. DESCRIPTION D'UN TUYAU DE CARBONISATION ( PLANCHE N06 ) On compte treize tuyaux de carbonisation en acier de 4 millimètres ( 1 ), de 2 mètres de haut, et de 20 centimètres x 20 centimètres de côté. L'ensemble de chaque tuyau est perforé de trous de 15 millimètres de diamètre, espacés régulièrement de 5 centimètres. Tous les tuyaux viennent s'insèrer sur les bouches d'arrivée d'air chaud et d'oxygène ( planche 1 ) ( position 2 ). Une arrivée de gaz est située au pied de chaque tuyau. En allumant ce gaz, les flammes traversent les trous percés dans les tuyaux ( 2 ) et embrasent le bois sur toute la hauteur du four, et à treize endroits différents. La rapidité d'embrasement de l'ensemble du volume du bois produit un choc thermique très important, et la température atteint, en moins d'une heure, entre 1000 et 1100 degrés Celsius dans l'ensemble du four. A cette température, le charbon de bois obtenu est très élevé en carbone fixe : environ 95 % à 98 %. Produit recherché par l'industrie, car le charbon de bois se trouvant actuellement sur le marché contient, en moyenne, 75 % à 85 % de carbone fixe. Avec une température de plus de 1000 degrés Celsius, la production de gaz de pyrolyse est très importante, et permet une destruction parfaite des fumées, tout en augmentant la production d'énergie récupérable pour la carbonisation et le sèchage du bois. DESCRIPTION DES ELEMENTS PREFABRIQUES, EN BElON ARME, DE LA PAROI EXTE- RIEURE DU FOUR ( PLANCHE 7 A ) ( PLANCHE 7 B ) Les planches 7A et 7B représentent l'ensemble des éléments en béton armé. Ces éléments s' assemblent suivant un jeu de pièces femelles ( 1 ) et mâles ( 2 ), reliés entre eux par des tiges d'acier fileté d'un diamètre de 28 millimètres, et boulonnés au sommet du four. REVENDICATIONS 1 ) Fcur de carbonisation de produits ligneux, pour obtenir du charbon te bois, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte en éléments de béton armé démontables ( 1 ), isolée par une couche ce vermiculite et ce laine de roche (2), et tapissée intérieurement par une couche de béton réfractaire (3). 2) Dispositif selon la revendication 1 carectérisé en ce que cette enceinte contient une série de tubes de carbonisation perforés (6) et disposés sur le fond du four. 3 ) Dispositif selcn la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que ces tubes de carbonisation sont reliés entre eux par un couronne ce distribution d'air chaud ( 8 ). 4 ) Dispositif selon l'ur.e quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que cet air chaud est régulé et oxygéné par des vannes électriques ( 7 ) reliées aux tubes de carbonisation. 5 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendicatIons précédentes caractérisé en ce que l'extraction des gaz et des fumées soit réalisée sur l'ensemble du fond du four ( 5 ), de manière à obtenir une carbonisation absolument ho morène. 6 ) Dispositif selcn l'une quelccnque des revendications précédentes caractérisé en ce que la grille de carbonisation ( 4 ) est en fonte épaisse ( 10 millimètres ) entièrement perforée, dont l'intérêt primordial est sa stabilité et sa résistance au feu.