Brevet FR2621032A1 — publié le 19890331

L'invention concerne des perfectionnements aux techniques de fabrication du charbon de bois aux rendements qualitatif et énergétique faibles et facteur de nombreuses nuisances pour l'environnement. Les installations de fabrication artisanale du charbon de bois avec fours métalliques qui existent actuellement présentent toutes certains inconvénients, certains concernant le cadre juridique de l'installation, d'autres d'ordre économique, d'autres d'ordre relationnel soit envers le personnel, soit vis-à-vis du voisinage. Enfin, dans la majorité des cas, ces inconvénients sont cumulés pour tout ou partie - sur le plan juridique . toutes les nouvelles installations qui dégagent des produits de distillation dans l'air (hors forêt) sont soumis à une longue procédure avec notamment enquête.publique en mairie et dans le voisinage de l'installation, conclu sions des deux enquêtes appréciées par les autorités préfectorales, rapport de l'inspection des installations classées, rapport du Conseil Départemen tal d'Hygiène, etc. (la plupart du temps, sur avis défavorables des maires concernés).D'ores et déjà, certains préfets ont interdit de telles instal lations dans leur département ou assorties de conditions rapidement dis suasives . les installations existantes , quant à elles, dérogent à cette législation mais devront s'y conformer à très court terme. - sur le plan économique : .les fours considérés utilisent du bois humide et plus le taux d'humidité est élevé, plus le rendement en terme de volume de charbon produit est affecté (c'est une partie de la charge de bois qui brûle pour évaporer l'eau contenue dans cette dernière) ; à ce jour, il n'y a pas de four qui permette, et de façon satisfaisante, en même temps qu'il fonctionne et perde de précieuses calories, de pré-sécher une charge de bois ; les rares essais consistant à réinjecter dans un four en attente les fumées émises par un four en carbonisation ont donné de médiocres résultats car les jus pyroligneur et les goudrons se recondensant sur la charge de bois à sécher (sans parler de l'eau elle-même contenue sous forme de vapeur dans ces mêmes fumées); . en ce qui concerne la qualité du charbon produit dans ces fours, celle ci est très inégale et le charbon vendu l'est à une valeur minorée en conséquence ; la récente norme AFNOR B.55-101 éclaire désormais le consom mateur (et donc le grossiste à qui le producteur vend ...) principalement sur le taux de carbone du charbon, gage de qualité notoire ; or, pour obtenir un taux de carbone élevé, il faut arriver à atteindre dans le four de hautes températures et réitérables à chaque cycle, ce que leur conception même, fonctionnement par tirage naturel, ne permet que très difficilement (impossibilité d'agir sur l'orientation des vents, leurs vitesses, la pression, etc.) . parce que les fours existants carbonisent en moyenne en vingt heures sans moyen de réduire ce temps de carbonisation et parce que ces fours représentent un investissement élevé, la rentabilité est faible - sur le plan relationnel . il faut savoir qu'un four peut produire à lui seul plus de 6000 m3 de gaz par cycle de vingt heures et ainsi deviner aisément l'ampleur apparente des fumées qui circulent de façon désordonnée dans (et parfois bien au delà) une aire de carbonisation (fumées abondantes mais parfois très épaisses et colorées, jaunâtres, selon le moment d'émission dans le cycle); . à cette nuisance visuelle s'en ajoute une autre aussi insidieuse, celle de l'incommodation olfactive ; en effet, certains gaz, notamment le créosol, sont malodorants ; c'est d'ailleurs l'odeur qui caractérise un chantier de carbonisation parfois à des centaines de mètres du lieu d'émission; . enfin, ces nuisances se conjuguent dans certains cas pour poser des problè mes de santé élémentaire (irritation chez des sujets sensibles ou prédispo sés ; c'est une des difficultés de certaines entreprises dans cette branche d'activité à conserver le personnel. Pour tenter de remédier à ces difficultés, on citera, dans l'état de la technique connue, un brevet américain (NO 4 280 878) de collecte et incinération des gaz mais avec des fours en tirage direct, ce qui entraîne des contraintes thermiques importantes sur les fours et sans récupération "intelligente" et organisée des calories produites. On connait également un brevet français (NO 2 588 489) d'aspiration des fumées par ventilateur-extracteur qui s'avère difficilement utilisable, compte tenu de l'usure extrêmement rapide de ce dit ventilateur (traversé en permanence par les goudrons des fumées en condensats et les hautes tempéra turcs qui après l'incinérateur atteignent 9000) et compte tenu de l'obligation de disposer d'une alimentation électrique sur le site ; enfin, autre inconvénient de ce système, la captation des gaz par aspiration forcée et non par entraînement conduit à un charbon trop épuré, d'une densité trop faible pour la commercialisation principale actuelle de ce produit : le marché du charbon de bois pour barbecue. L'invention adonc pour but notamment de fournir un procédé d'élaboration de charbon de bois d'un nouveau type qui réponde mieux que Jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique. L'invention a également pour but une installation à fonctionnement autonome disposant d'une captation efficace des fumées dégagées, d'un traitement desdites fumées avant rejet à l'atmosphère, et d'une récupération des calories produites lors des susdites opérations pour obtenir notamment l'alimentation en air moteur d'un éjecteur et le pré-séchage d'un four à bois. Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste d'une part à créer une dépression mécanique sur un four en carbonisation, à capter les fluides dégagés et les rejeter en atmosphère après incinération, d'autre part, à récupérer les calories de l'incinération par génération de vapeur, d'autre part à utiliser la vapeur produite pour actionner un ventilateur et enfin à utiliser l'air chaud propulsé par le ventilateur pour entrainer les fluides de carbonisation et sécher un four à bois.L'installation pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison d'une part, un four de carbonisation, d'autre part un collecteur de fumées avec trompe éjectrice, d'autre part un incinérateur avec générateur de vapeur, d'autre part une cheminée à récupérateur, d'autre part une turbine à vapeur, d'autre part un ventilateur relié à un répartiteur d'air chaud, enfin un four de séchage. Ce sont donc plusieurs solutions qui sont apportées aux carbonisateurs artisanaux confrontés aux problèmes étudiés plus haut - sur le plan économique le fait que l'on obtienne une vitesse d'évacuation des fluides supérieure à celle obtenue par tirage naturel sur un four classique, donc un cycle de fabrication de durée plus courte, permet de rentabiliser davantage les fours de carbonisation (rotation rapide du matériel) et par ailleurs accroît la productivité globale annuelle (quantité produite supérieure). I1 faut rappeler que le coût d'extraction des fluides est quasiment gratuit puisque ce sont les calories de l'incinération de ces mêmes fluides qui font "fonctionner" l'injecteur via le générateur de vapeur, la turbine et le ventilateur. .le fait de récupérer les calories obtenues par incinération des gaz de pyrolyse pour pré-sécher le bois diminue la durée du cycle de fabrica tion puisqu'il y a moins d'eau à évaporer (et vient donc s'ajouter aux avantages vus ci-dessus) mais surtout diminue le poste comptable d'achat de matières premières à rendement égal (ce qui est loin d'être négligeable quand on sait que le coût du bois entre dans la moitié du prix de revient du produit fini : le charbon de bois). .enfin, le procédé permet d'obtenir par la température maintenue élevée et constante, un charbon de qualité supérieure et au taux de carbone invariablement au-dessus de 75 %, ce qui le place dans la norme AFNOR B.55-101. C'est l'extraction régulière et contrôlée des fluides et l'inversion du tirage qui, conjugués, permettent la combustion quasi complète des matières volatiles (produits à haut pouvoir calorifique) économisant une fois de plus le bois combustible et améliorant le rendement qualitatif et quantitatif en charbon. - Sur le plan juridique, l'exploitation d'une unité de carbonisation dans les conditions du dit brevet est seulement soumise à déclaration car il n'y a pas de rejet direct des produits de la distillation dans l'air. Rejetant déjà des gaz épurés, elle ne devrait pas être gênée non plus par des dispositions futures encore plus draconiennes car, si tel était le cas, il ne serait pas difficile d'adjoindre un système d'épuration complémentaire, puisque tous les déplacements de fluide sont maitrisés dans la tuyauterie générale (lavage des poussières de fumées par exemple). - Sur le plan relationnel, le système assurant un rejet propre (fumées presqu' ussi claires que la vapeur d'eau et panache en sortie de cheminée d'une dizaine de mètres seulement), il ne peut y avoir de problème. L'ensem ble fonctionnant sans bruit ni odeur, la présence d'une unité de carbonisa tion n'engendre plus de problème particulier. D'autres caractéristiques de l'invention seront encore mises en évidence au cours de la description d'un mode de realisation qui suit en égard au dessin ci-annexé, lesquels description et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La réalisation d'une unité de carbonisation devrait se présenter et fonctionner de la façon suivante les gaz d'un four en pyrolyse (à tirage inversé) (1) sont admis dans un incinérateur (6) par l'intermédiaire d'un collecteur (2). Ils sont entrainés dans ce collecteur (par viscosité et mouvements tourbillonnaires) avec le fluide moteur d'un éjecteur à air (4) alimenté en air chaud par un ventilateur (15) ; ce ventilateur alimente en même temps, grâce à un répartiteur (17) en air chaud un four de même type que celui en pyrolyse mais en fonction séchage (18) (chapeau ouvert) (3). Parallèlement, l'incinérateur "travaille" en échangeur avec un générateur de vapeur (7) et c'est ce générateur de vapeur qui actionne une turbine (14) et le ventilateur vu plus haut situés sur le même axe d'entrainement.L'installation est à ce stade autonome, à cette seule restriction que pour amorcer la captation des gaz de pyrolyse, il faut relier le système de transmission (16) à une source rotative extérieure (arbre moteur d'un tracteur par exemple). Plus précisément, ledit générateur fonctionne de la façon suivante : l'eau descend dans les tubes de chute et est distribuée par le collecteur de distribution dans les tubes de vaporisation (8). Le mélange eau-vapeur monte dans le collecteurséparateur neuf où est séparée la vapeur qui passe dans le circuit de surchauffe (10) puis rejoint la turbine, tandis que la vapeur condensée revient dans le cycle à travers les tubes de chute. L'ensemble fonctionne en circulation naturelle ou en circulation contrôlée, selon le système d'alimentation en eau (la pression de l'eau courante agissant comme une pompe alimentaire). Ladite cheminée (12) est constituée d'une double enveloppe récupératrice d'air chaud et dispose à sa base d'une boîte à air à sortie tangentielle (13) permettant de refouler au ventilateur de l'air à 1200 environ. Quant aux condensats peu nombreux car toute la tuyauterie est calorifugée, ils sont collectés par l'intermédiaire d'un robinet de purge (5) pour stockage avant élimination ou évacuation, selon les textes en vigueur. Tout l'ensemble de l'installation est contrôlé par des registres et des vannes qui déterminent les conditions-de carbonisation (vapeur admise à la turbine, vitesse admise au ventilateur, pression envoyée à l'injecteur, ...) en fonction d'objectifs déterminés. Il est évident que cette invention, initialement prévue et testée pour carboniser le bois, est utilisable avec tous les autres éléments de la biomasse, voire avec d'autres déchets combustibles. Par ailleurs, l'énergie thermique et mécanique produites peuvent, indépendamment de l'appareillage de pré-séchage du bois et d'alimentation de l'injecteur, être converties en énergie électrique par l'intermédiaire d'un alternateur. De même, la source de vapeur peut facilement etre détournée de son but initial et être orientée vers d'autres débouchés tels que chauffage des locaux par vapeur sèche ou, mieux encore, la production de charbon actif par absorption de vapeur à haute température. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de charbon de bois caractérisé en ce qu'il consiste d'une part à créer une dépression mécanique sur un four en carbonisation et capter les fluides dégagés pour rejet à I'atmosphere après traitement par incinération ; d'autre part, à récupérer les calories de ladite incinération par génération de vapeur et à utiliser cette vapeur pour actionner un ventilateur dont l'air chaud entraine les fluides de carbonisation en meme temps que présèche un four à bois. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un four de carbonisation (1) relié par un collecteur (2) à un incinérateur (6). 3. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le four de carbonisation qui est muni d'un évent unique de sortie des fluides à sa base possède un chapeau obturateur mobile (3) en position ouvert lorsqu'il est en fonction séchage. 4. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le collecteur comporte une trompe éjectrice (4) et un robinet de purge (5). 5. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'incinérateur comporte un système primaire de vaporisation (8), un circuit de surchauffe (10) et un collecteur-séparateur (9). 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les gaz incinérés sont évacués à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une cheminée à double enveloppe récupératrice d'air chaud (12) munie d'une boîte à air à sortie tangentielle à sa base (13). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la vapeur se détend dans une turbine (14) située sur le même axe qu'un système de transmission extérieure (16) d'une part et qu'un ventilateur d'autre part (15). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le ventilateur envoie l'air chaud de la double enveloppe de la cheminée, soit dans la trompe éjectrice du collecteur, soit à la base du four en séchage (18) par l'intermédiaire d'un distributeur sélectif (17).