Brevet FR2619741A1 — publié le 19890303

261-9741 -- 1 9--4 La présente invention se rapporte à une ins- tallation pour la production industrielle en flux conti- nu de particules ou parcelles de bois stabilisées à par- tir de déchets de bois. Plus généralement et sans limitation, l'installation industrielle selon l'invention peut utiliser comme produit brut tous les matériaux et toutes les matières de même nature que le bois, c'est-à-dire à caractère et propriétés ligno-cellulosiques pour la mise en oeuvre industrielle du procédé de stabilisation des déchets de bois. L'installation industrielle selon l'invention e pour but de produire en grandes quantités des particu- les ou parcelles élémentaires de déchets de bois traités chimiquement mais non dénaturés physiquement, c'est- à-dire dotées de toutes les propriétés physiques inté- ressantes du bois: isolation thermique, phonique et acoustique, masse thermique, faible densité. En effet, I'aspect général du bois reste par- faitement préservé. Le traitement de stabilisation ap- porte les qualités essentielles qui manquent au bois pour lui conférer des possibilités d'applications multi- ples dans tous les domaines agricoles et industriels et notamment dans le bâtiment et tous les systèmes cons- tructifs. Ce procédé mis en oeuvre par l'installation selon l'invention apporte le correctif nécessaire à l'ensemble des propriétés physiques du bois pour lui conférer une grande universalité d'applications. On peut citer, à titre d'exemple, les princi- pales qualités et propriétés ainsi conférées. Il s'agit des qualités d'un produit: stable dimensionnellement et inerte physiquement et chimiquement: qualités essentielles recherchées et appréciées dans le domaine du bâtiment; qui, intégré aux bétons, présente des caractéristiques de résistance au feu permettant son emploi en couches protectrices et en panneaux coupe-feu; neutre chimiquement. II n'attaque pas les composants des mortiers et bétons. Il ne modifie pas l'action des liants hydrauliques en raison de son potentiel d'hy- drogène voisin de la neutralité. Le produit obtenu par l'installation indus- trielle selon l'invention remédie aux inconvénients classiques de manque de stabilité à la chaleur et de maintien dans le temps des mélanges traditionnels à base de bois et de ciment. Sa stabilité dimensionnelle lui permet de couvrir les applications les plus diverses dans les domaines les plus variés. On peut ainsi citer, de façon non exhaustive, les applications suivantes: applications classiques en composants dans les mélan- ges utilisés en bâtiment: remplissage d'isolation, confection de panneaux et de blocs de construction préfabriqués; matière première entrant dans la fabri- cation des bétons légers, élastiques, clouables; applications domestiques et industrielles: accumula- tion de chaleur, isolation au feu, isolation thermique,, et phonique; applications agricoles et horticoles en tant que sub- strat de culture permettant l'allégement des sols, la régulation de la température et de l'hygrométrie et en tant que support de compostage; applications particulières: filtration, litières pour animaux... La présente invention a pour but de produire industriellement en grandes quantités et en flux continu régulé le produit d'applications universelles ci-dessus. A cet effet, elle se rapporte à une instal- lation de production industrielle caractérisée en ce qu'elle comprend un poste de réduction mécanique pri- maire du bois alimentant un silo tampon de régulation avec récupération des fines, un poste de traitement thermique par un four rotatif suivi d'un poste de traitement mécanique ultérieur par concassage-défibrage et un poste de traitement chimique dans un malaxeur pul- vérisateur double terminé par un poste de traitement complémentaire d'application spécifique et d'assèchement avant stockage en vrac ou ensachage. L'installation selon l'invention destinée à mettre en oeuvre le procédé industriel présente classiquement les avantages de la production industrielle en flux continu ainsi que de nombreux autres. Ne pouvant les indiquer tous, on se contentera d'en indiquer ci-après les principaux: production en flux continu régilé faible consommation d'énergie facilité et rapidité d'implantation fonctionnement entièrement continu 15. rejets non polluants rentabilité importante investissement modéré valorisation des déchets de bois entretien faible et peu fréquent 20. sécurité assurée pour le matériel et les personnes. Les caractéristiques techniques du procédé et de l'installation et d'autres avantages sont consignés dans la description qui suit effectuée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins accompagnants dans lesquels: la figure 1 est un organigramme en schéma fonctionnel correspondant à l'installation complète; la figure 2 est une vue schématique double en coupe longitudinale et transversale du four rotatif; 30. la figure 3 est une vue schématique double en coupe longitudinale et transversale du concasseur-défibreur à marteaux; la figure 4 est une vue schématique en perspective du malaxeur linéaire pulvérisateur double; 35. la figure 5 est une vue en plan de l'unité de traite- ment mécanique et thermique; la figure 6 est une vue de profil de l'unité de traitement mécanique et thermique; -4 -261 la figure 7 est une vue en élévation de l'installation au niveau de l'entrée de four; la figure 8 est une vue en élévation de l'installation au niveau de la vis de transfert et du concasseur- défibreur. On décrira ci-après les différents postes et organes constituant la chaine de fabrication industriel- le en flux continu régulé d'agrégats stabilisés tout en expliquant leur fonctionnement, la progression et le traitement du produit à différents stades. L'installation conforme à l'invention permet de produire en continu des quantités dites industrielles c'est-à-dire une production minimale horaire continue de à 25 m3. Cette invention vise et permet bien entendu des productions plus importantes nécessitées par les applications multiples de ce produit. L'installation selon la présente invention est destinée à mettre en oeuvre le procédé industriel de base objet d'une protection séparée, procédé qui compor- te les quatre phases principales suivantes: - traitement mécanique primaire - déshydratation et stérilisation - traitement mécanique ultérieur - traitement chimique terminées par un éventuel traitement complémentaire d'application spécifique. La chane de production formant l'installation selon l'invention se compose de la succession des postes suivants, telle que représentée sur la figure 1. Pour des raisons de clarté, on adoptera comme plan la suite opératoire du procédé. 1) Traitement mécanique primaire: Le traitement mécanique s'effectue en deux étapes, la première est un traitement mécanique primaire pratiqué avant le traitement thermique qui consiste en une simple réduction mécanique en petites plaquettes. La seconde, pratiquée en sortie du four, consiste en un écrasement-martelage en vue de rendre les plaquettes, -5 déshydratées dans le four, de taille, de conformation et de consistance appropriées au traitement ultérieur. Les déchets bruts en vrac: perches d'éclair- cie, remanents forestiers... sont entassés sur une aire de stockage 1 couverte ou non, puis chargés sur une ta- ble 2 d'amenée du bois et acheminés ensuite par un transporteur approprié 3, convoyeur à bande, à chaîne, à plateaux ou autres, vers un poste de réduction mécanique primaire 4 dont le rôle essentiel est de réaliser la réduction mécanique en petits morceaux du type plaquettes avec un éventuel calibrage. Le poste de réduction mécanique primaire 4 comprend une découpeuse- déchiqueteuse 5, suivie éventuellement d'un broyeur-concasseur 6 dans lequel le broyage est associé à un travail mécanique de dissociation des fibres, broyeur-concasseur dont la sortie est reliée à un silo-tampon 7 de régulation par un convoyeur pneumatique 8 pour alimenter à la demande un poste de traitement thermique 9, par exemple par une vis d'amenée 10. La découpeuse-déchiqueteuse 5 réalise une pre- mière réduction mécanique en plaquettes selon les dimen- sions moyennes suivantes: Longueur 20 à 40 mm, largeur à 20 mm, épaisseur 5 à 10 mm. Le silo-tampon 7 comprend une entrée secondai- re 11 pour l'admission directe des sciures qui peuvent être traitées simultanément. Un traitement mécanique ultérieur de défibrage sera pratiqué sur le produit sec après traitement ther- mique dans un four rotatif par un concasseur-défibreur. Les plaquettes séjournent dans le silo-tampon 7 et après extraction sont dirigées vers le poste de traitement thermique 9. 2) Traitement thermique: Le poste de traitement thermique 9 est essen- tiellement constitué par un four rotatif 12 à air chaud généré par un brûleur 13 à air soufflé alimenté en com- bustible extérieur sur son entrée principale 14 ou par des déchets de bois avec utilisation après séchage des -6 - résidus de calibrage ou de récupération qui sont admis sur une entrée auxiliaire 15. A titre d'exemple, un brûleur d'une puissance comprise entre 500 000 et 1 000 000 Kcal perme7 d'obte- nir le débit suffisant pour la production industrielle visée. Le brûleur 13 développe sa flamme dans une chambre de combustion 16 suivie d'une chambre de chauffe 17 dans laquelle sont déversés par gravité les produits déchiquetés provenant de la réduction mécanique primaire. Les déchets de plus faible poids sont emportés dans le souffle d'air chaud créé par le brûleur. Le four rotatif 12 affecte la forme d'un tam- bour horizontal à enveloppe cylindrique calorifugée 18. 11 comprend une âme centrale fixe sous la forme d'un tube creux ventilé 19 pourvu d'ailettes inclinées 20 en pente descendante de l'entrée 21 du four vers sa sortie 22 de manière à diriger le produit qui tombe en partie supérieure de chaque ailette vers un point de chute situé en aval et assurer ainsi sa progression. Le four comporte un corps cylindrique calori- fugé par l'enveloppe 18 et équipé d'au moins deux por- tées circulaires 23 et 24 conformées en couronnes paliè- res en contact d'entraînement avec des galets 25 et 26. Le four 12 est entraîné en rotation par un groupe moto-réducteur 27 en prise sur les galets 25 et 26 dont la vitesse est modulable et commandée par une unité centrale informatique 28 permettant une variation de débit de 15 à 25 m3/h en fonction de la vitesse du traitement ultérieur. Ce four est également autoréglé à un régime de fonctionnement déterminé en fonction de la quantité des plaquettes admises. L'allure du brûleur 13 est, bien entendu, asservie à la vitesse de rotation du tambour rotatif. Le corps du four est équipé sur toute sa sur- face latérale intérieure de godets 29 longitudinaux et coaxiaux à ouverture sensiblement transversale à chaque plan diamétral, godets disposés selon des tranches suc- 7- cessives constituant autant de réceptacles ouverts en mouvement rotatif avec le four dans lesquels tombe la matière glissant 'sur les ailettes inclinées 20 portées par le tube central 19 pour être reversée sur celles-ci lorsque le godet arrive en position haute. Cet agencement intérieur et cette conformation assurent de façon optimale simultanément le brassage suffisant du produit pour son homogénéité de traitement et la régularité du débit et son avance vers la sortie par brassage et tournoiement dans le flux des gaz chauds dispensés par la flamme du brûleur. Le four rotatif apporte ainsi après celle du silo-tampon 7 une deuxième régulation de fonctionnement. Le four présente une entrée transversale supérieure 30 par laquelle est déversé le produit dans la chambre de chauffe 17 disposée au-delà de la chambre de combustion 16. Le four se termine en extrémité opposée par la sortie 22 conformée en cône 31 communiquant avec un caisson d'extraction 32 des produits chauds dans lequel le produit est déversé et arrive par gravité après le passage d'une écluse 33 dans une vis de transfert 34 qui achemine les plaquettes déshydratées et expansées vers un organe de traitement mécanique ultérieur. Les gaz chauds sortant sont aspirés dans le caisson d'extraction 32 des produits chauds par un groupe ventilateur-aspirateur 35 puis apportés par sur- pression aéraulique à un ensemble de filtration cen- trifuge 36 du type cyclone d'extraction qui a pour but de séparer les fines entraînées des gaz et vapeurs et d'assurer un dépoussiérage poussé. Les matières volatiles sont rejetées à l'atmosphère tandis que les fines sont apportées directement par gravité à l'entrée de la partie de l'installation concernant le traitement chimique ou déversées dans la vis de transfert 34 en aval de l'organe de traitement mécanique ultérieur. 3) Traitement mécanique ultérieur: Le passage dans le four rotatif réalise la -8- déshydratation poussée, l'expansion ainsi que la stéri- lisation des plaquettes traitées thermiquement. Ensuite, le produit sec encore chaud est amené par la vis de transfert 34 à un organe spécifique de traitement mécanique ultérieur, conçu pour ce type d'installation. Cet organe est chargé de réaliser une action à intensité réglable de martelage-broyage et affinage sur le produit encore chaud débarrassé des fines et vapeurs. Il permet de transformer les plaquettes en parcelles ou particules et de les préparer au traitement chimique en les défibrant par martelage et en effectuant un broyage d'affinage réglable afin d'obtenir les dimensions moyennes suivantes: longueur 1 à 20 mm, largeur 1 à 10 mm, épaisseur 1 à 5 mm. Le rendement général du procédé et la qualité du produit se trouvent sensiblement améliorés car on pratique plus efficacement ce traitement mécanique à la sortie du four rotatif sur des plaquettes parfaitement deshydratées et expansées par effet thermique. Par ailleurs, les plaquettes ainsi défibrées et broyées améliorent le rendement d'imprégnation car leur surface d'absorption s'en trouve notablement augmentée. Un exemple de réalisation du concasseur- défibreur utilisé est représenté sur la figure 3. Le concasseur-défibreur 37 est constitué d'un caisson 38 traversé en partie haute par la vis de transfert 34 d'acheminement du produit. Ce caisson renferme l'organe rotatif actif de concassage à savoir un rotor de concassage 39. Le caisson constituant le corps du concasseur- défibreur est rempli totalement des plaquettes élémen- taires amenées du four rotatif par la vis de transfert 34. Le remplissage est réglé pour être quasi total et le rester pendant tout le fonctionnement. En fonctionnement permanent, les plaquettes élémentaires arrivent en continu et sont forcées vers le rotor de concassage 39 par le phénomène d'entraînement -2 9 -4 engendré par la rotation des pièces du rotor 39 portées par un axe 40 relié cinématiquement à un moteur extérieur 41 commandé par l'unité centrale 28. Ce rotor comporte des masses frappantes telles que 42 en forme de marteaux articulés 43 montés pivo- tants sur des tiges longitudinales 44 portées par des flasques transversaux 45 solidaires de l'axe du rotor. Il existe plusieurs flasques transversaux et donc plu- sieurs groupes de masses frappantes en série sur toute la longueur de l'axe. Ces masses frappantes sont convenablement es- pacées pour présenter entre elles des intervalles tels que 46 qui permettront d'admettre et de passer entre des contre-lames fixes 47 disposées longitudinalement selon une rangée légèrement décalée angulairement en aval par rapport au fond du caisson constituant ainsi une vérita- ble barre d'écrasement 48. Une barre identique 49 est fixée plus en aval vers la sortie. Ces barres sont fixées chacune sur un support solidaire du caisson. Pour des raisons de clarté du dessin, sur la coupe longitudinale de la figure 3, la première barre d'écrasement 48 est représentée artificiellement comme fixée en fond de caisson. Son emplacement est celui figurant sur la coupe transversale. La conformation des masses frappantes 42 et des contre-lames 47 et leurs intervalles permettent de retenir momentanément par coincement les parcelles élé- mentaires pendant toute la durée de concassage réalisant ainsi le travail d'écrasement et de dissociation des fi- bres nécessaire. Le concasseur-défibreur utilisé présente les caractéristiques générales techniques de fonctionnement suivantes: Vitesse de rotation de la vis de transfert: 60 t/mn Vitesse de rotation du rotor: 1500 t/mn Débit de sortie: 20 à 25 m}/h. La vis de transfert 34 traverse l'ensemble du - 10 - caisson en partie supérieure et se poursuit en aval de la chaîne. Elle sert ainsi en même temps de vis d'évacuation du produit en flux continu vers le poste aval de traitement chimique après addition des fines récupérées par exemple par déversement à partir de l'en- semble de filtration centrifuge 36. Afin de pouvoir règler le débit en fonction des caractéristiques du produit d'entrée et celles du produit à obtenir, on a prévu en partie haute du caisson un registre mobile de règlage 50. Ce registre est constitué dans une version simple par une plaque de déviation longitudinale 51 de forme trapézoïdale effilée de l'entrée vers la sortie et mobile par enfoncement transversal dans la paroi du caisson. Elle constitue un déflecteur de réglage du dé- bit entre l'entrée et la sortie, déflecteur variant le réglage par la modification de la section de passage par sa position plus ou moins enfoncée dans le caisson 38. Bien entendu, le moteur d'entraînement du ro- tor est synchronisé et régulé à celui de la vis de transfert 34 et piloté par l'unité centrale 28 qui gère l'installation par un programme informatique pour la coordination du fonctionnement d'ensemble en flux conti- nu. A la sortie du concasseur-défibreur, les par- celles élémentaires déshydratées expansées et convena- blement défibrées sont dirigées, après addition des fi- nes, par un organe transporteur par exemple une vis à inclinaison 52 vers un poste de traitement chimique 53. Selon une variante, la sortie du concasseur- défibreur alimente un calibreur 54 et une récupérateur effectuant la séparation de parcelles ou particules des fines et poussières qui sont dirigées vers l'entrée auxiliaire 15 du brûleur 13 et utilisées comme combus- tible selon un circuit de récupération 56 représenté en pointillés. Bien entendu, on pourra déjà parfaire le tra- - il - vail de réduction mécanique avant l'entrée dans le four par un concasseurdéfibreur avec affineur ou non placé en amont. 4) Traitement chimique: Le produit est admis dans un malaxeurpulvérisateur linéaire double 57 formé de deux tronçons successifs, amont 58 et aval 59, dont chaque canal récepteur 60 et 61 contient deux vis mélangeuses juxtaposées 62,63 et 64,65 s'imbriquant l'une dans l'autre. Il s'agit de vis de malaxage tournant en sens inverse pour assurer l'avance du:produit. Chaque tronçon du malaxeur est surmonté par une rampe de pulvérisation 66 ou 67 se succédant sur la longueur du malaxeur pour réaliser la mise en oeuvre du traitement chimique par deux pulvérisations ou arrosages distincts en permanence sur les masses de produit conte- nues dans l'un et l'autre tronçon du malaxeur double 57. Les tronçons successifs de malaxage 58 et 59 composant le malaxeur double 57 se suivent sans discon- tinuité. On y réalise le traitement chimique par pulvé- risation, aspersion ou arrosage constant par les deux rampes successives 66 et 67 d'une solution chimique dif- férente propre à chaque rampe à partir d'une amenée 6S ou 69 raccordée à une ou plusieurs cuve(s) 70, 71 et 72, 2573 de solutions identiques ou différentes à utiliser directement ou en mélange. Dans le tronçon amont, on réalise la première imprégnation par pulvérisation jusqu'à saturation d'un premier sel soluble par exemple du chlorure de calcium ou tout équivalent, dans les conditions conformes au procédé de base. Dans le deuxième tronçon, se produit la réac- tion de précipitation au coeur même du bois d'un sel très dur, le silicate de calcium par pulvérisation jusqua'à gavage d'un deuxième sel soluble par exemple du silicate de sodium ou tout équivalent dans les condi- tions conformes au procédé de base. Les produits sont ensuite égouttés et évacués - 12 - en les dirigeant par une rampe de transfert 74 vers les aires de séchage 75 et de stockage 76. ) Traitement complémentaire: Le cas échéant, un traitement complémentaire d'application spécifique est pratiqué à la sortie du malaxeur double dans un bac ou un malaxeur terminal 77 qui permet de procéder à tout traitement chimique complémentaire par une dernière imprégnation simple ou double ou par un enrobage à l'aide d'un produit pulvéru- lent ou toute autre opération de traitement complémen- taire. Le produit ainsi, traité est évacué vers une aire de séchage 78 par une rampe de d'égouttage 79 puis repris par une ensacheuse 80 ou stocké en vrac sous couverture, dans un silo 81 ou à l'air libre pour être transporté en vrac, par exemple à l'aide de bennes céréalières 82. Si l'installation selon l'invention a été décrite ci-dessus en détail, il est bien entendu qu'elle ne saurait se limiter aux seuls moyens indiqués, mais qu'au contraire elle en embrasse toutes les variantes. - 13 - REVENDICATIONS 1. Installation industrielle pour la produc- tion en flux continu de parcelles ou particules stabili- sées à partir de déchets de bois, caractérisé en ce qu'elle se compose d'un poste de réduction mécanique primaire (4) du bois, relié à un silo tampon (7) de ré- gulation, alimentant un poste de traitement thermique (9) composé d'un four rotatif (12) à air chaud généré par un brûleur (13) dont la flamme se développe dans une chambre de combustion (16) su'ivie d'une chambre de chauffe (17) dans laquelle est admis le produit en provenance du silo-tampon (7), four (12) entraîné en rotation par un groupe moto-réducteur (27) en prise sur des galets (25 et 26) en appui d'entraînement sur des portées circulaires (23 et 24) extérieures au corps du four (12), la sortie du four communiquant avec un caisson d'extraction (32) des produits chauds par lequel le produit arrive par gravité puis passe à travers une écluse (33) dans une vis de transfert (34) assurant la liaison avec un poste de traitement mécanique ultérieur comprenant un concasseur-défibreur (37) traversé par la vis de transfert (34) alimentant par une vis à inclinaison (52) un poste'de traitement thermique (53) comprenant un malaxeur-pulvérisateur -linéaire double (57) surmonté par deux rampes successives de pulvérisation (66 et 67) pour réaliser les mises en oeuvre successives de deux traitements chimiques par deux pulvérisations, I'installation se terminant par un poste de traitement complémentaire sous la forme d'un bac ou d'un malaxeur terminal (77) avant d'être évacué vers un silo (81) puis vers une ensacheuse (80) ou Il'en- lèvement en vrac à l'aide de bennes céréalières (82). 2. Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le poste de réduction mécanique primaire (4) comprend une table d'amenée (2), une décou- peuse-déchiqueteuse (5) alimentant à travers un convoyeur pneumatique (8) le silo-tampon (7) relié par - 14 - une vis d'amenée (10) à un poste de traitement thermique (9) alimenté à la demande. 3. Installation selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le poste de réduction mécani- que primaire (4) comprend un broyeur-concasseur (6) dis- posé après la découpeuse-déchiqueteuse (5) et le silo- tampon (7). 4. Installation belon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le silo-tampon (7) comprend une entrée secondaire (11) d'admission directe des sciures. 5. Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le corps du four rotatif présente une enveloppe cylindrique calorifugée (18) et une âme centrale fixe sous la forme d'un tube creux ventilé (19) équipé d'ailettes inclinées (20) en pente descendante de l'entrée vers la sortie et en ce que la surface inté- rieure de l'enveloppe cylindrique (18) comporte des godets longitudinaux (29) et coaxiaux à ouverture sensi- blement transversale à chaque plan diamétral constituant des réceptacles ouverts en mouvement rotatif avec le four. 6. Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la sortie supérieure du caisson d'extraction (32) des produits chauds est reliée à un groupe ventilateur-aspirateur (35) pour être apportée par surpression aéraulique à un ensemble de filtration centrifuge (36) réalisant l'extraction et la séparation des fines et des matières volatiles. 7. Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le concasseur-défibreur (37) com- prend un caisson (38) traversé en partie haute par la vis de transfert (34) et un rotor de concassage (39) porté par un axe (40), ledit rotor comportant des masses frappantes (42) en forme de marteaux articulés (43) mon- tés pivotants sur des tiges longitudinales (44) portées par des flasques transversaux (45) solidaires de l'axe du rotor, lesdites masses frappantes passant entre deux contre-lames fixes (47) fixées sur des barres d'écrase- - 15 - ment (48 et 49). 8. Installation selon la revendication 7, ca- ractérisée en ce que le concasseur défibreur (37) est plein en régime permanent et en. ce qu,'il comporte en partie supérieure un registre réglable (50) formé d'une plaque mobile en déviation longitudinale (51) de forme trapézoTdale effilée de l'entrée vers la sortie. 9. Installation selon les revendications 1 et 6, caractérisée en ce que les fines sont recyclées soit à une entrée auxiliaire du brûleur par un circuit de récupération (56), soit dans la vis de transfert (34) en aval du concasseur-défibreur (37). 10.1nstallation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le malaxeur-linéaire double (57) est formé d'un tronçon amont (58) suivi d'un tronçon aval (59) contenant chacun deux vis mélangeuses juxtapo- sées (62,63) et (64,65) s'imbriquant l'une dans l'autre et tournant en sens inverse, les vis étant surmontées par les rampes (66 et 67) propres à chaque tronçon, rac- cordées à une ou plusieurs cuves (70,71) et (72,73).