Brevet FR2654811A1 — publié le 19910524

La présente invention concerne un procédé pour sécher des matières organiques, notamment des matières végétales telles que des particules de bois, dans lequel on produit des gaz chauds par combustion, on met au moins une partie de ces gaz en contact avec les matières à sécher, de manière à former un mélange gazeux comprenant, en plus desdits gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, on sépare le mélange gazeux des matières à sécher, puis on l 'évacue. L'invention concerne également une installation de séchage de matières organiques pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant des moyens pour produire des gaz chauds par combustion, au moins une chambre de séchage traversée par un premier flux de gaz chauds, des moyens de chargement pour introduire les matières à sécher dans la chambre de séchage, et des moyens d'extraction pour retirer de ladite chambre les matières séchées et un mélange gazeux contenant, en plus du premier flux de gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher. Dans les installations actuelles de ce genre, on fait passer le mélange gazeux issu de l'enceinte de séchage à travers des filtres à gravier et des filtres électrostatiques, pour en retirer les particules solides grosses et petites, avant d'évacuer les gaz dans l'atmosphère Toutefois ces filtres ne peuvent pas retenir les hydrocarbures gazeux qui sont généralement dégagés par distillation des matières organiques dans l'enceinte de séchage En général, dans les installations de séchage de particules de bois, le mélange gazeux contient entre 80 et 140 mg d'hydrocarbures imbrûlés par kg de vapeur résultant du séchage, ce qui constitue une charge polluante pour l'atmosphère environnante Si l'on voulait brûler ces hydrocarbures dans le mélange gazeux envoyé à une cheminée, cela nécessiterait des installations supplémentaires très coûteuses, devant traiter un gros débit de gaz, et c'est pourquoi on y renonce généralement. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés, en fournissant un procédé et une installation capables d'éliminer une grande partie des hydrocarbures dégagés par les matières organiques au cours du séchage, et d'utiliser avantageusement la chaleur dégagée par leur combustion. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on recycle en continu au moins une partie dudit mélange gazeux en le mélangeant à des gaz de combustion pour former lesdits gaz chauds, de façon à brûler lesdits hydrocarbures et à récupérer pour le séchage au moins une partie de la chaleur produite par la combustion. Dans une forme avantageuse du procédé, on recycle au moins une partie dudit mélange gazeux par introduction dans une chambre de combustion o les gaz de combustion sont produits. Dans une autre forme avantageuse du procédé, pouvant être combinée avec la précédente, on recycle au moins une partie dudit mélange gazeux en la mélangeant aux gaz de combustion au-delà d'une sortie d'une chambre de combustion o ceux-ci sont produits. Dans une forme préférée du procédé selon l'invention on divise les gaz chauds en un premier flux de gaz en circuit fermé et en un second flux de gaz en circuit ouvert, l'on met le premier flux de gaz en contact avec les matières à sécher de manière à former ledit mélange gazeux qui est recyclé, et l'on utilise le second flux de gaz pour du réchauffage dans au moins deux étages d'échangeurs de chaleur avant d'être évacué dans l'atmosphère Le second flux de gaz peut être utilisé pour réchauffer le mélange gazeux avant que celui-ci soit recyclé, et/ou pour réchauffer les matières à sécher. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, une installation de séchage de matières organiques selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de recyclage en continu pour introduire au moins une partie dudit mélange gazeux dans les gaz chauds de façon à brûler les hydrocarbures qu'il contient. De préférence, les moyens pour produire des gaz chauds par combustion comprennent au moins un générateur de gaz chauds pourvu d'un brûleur, et l'installation comporte un circuit fermé de gaz, passant par ledit générateur et par la chambre de séchage, et un circuit ouvert évacuant en continu une partie des gaz chauds issus dudit générateur, à travers au moins un échangeur de chaleur agencé pour réchauffer le circuit fermé. Dans une forme de réalisation préférée, le circuit fermé comporte une bifurcation à partir de laquelle une première branche du circuit mène audit générateur et une seconde branche du circuit mène à un point du circuit fermé se trouvant en aval dudit générateur Au moins l'une desdites branches du circuit fermé est pourvue d'un organe de réglage de débit. De préférence, les deux branches du circuit fermé passent par des échangeurs de chaleur chauffés par les gaz du circuit ouvert. Dans une forme de réalisation avantageuse, la chambre de séchage contient des tubes de réchauffage parcourus par les gaz du circuit ouvert. Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira ci- dessous une forme de réalisation préférée, à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé, dans lequel: la fig 1 représente schématiquement une installation de séchage selon l'invention, et la fig 2 est une vue en coupe transversale d'un tambour de séchage faisant partie de cette installation. L'installation illustrée par la fig 1 comporte un générateur de gaz chauds 1 pourvu d'un brûleur 2 et de deux sorties 3 et 4 La sortie 3 mène les gaz dans un circuit fermé comportant successivement une chambre de mélange 6, une chambre de séchage 7 au centre d'un tambour rotatif 8, un séparateur primaire 9, un ventilateur d'extraction 10, un séparateur secondaire 11 et un conduit de retour 12 aboutissant à un point de bifurcation 13 De là, une première branche 14 du circuit fermé traverse un premier échangeur de chaleur 15 et mène à une entrée latérale 16 du générateur de gaz 1 Une seconde branche 17 partant du point 13 traverse un second échangeur de chaleur 18 et un ventilateur de soutirage 19 et aboutit dans la chambre de mélange 6. La seconde sortie 4 du générateur de gaz chauds 1 mène à un circuit ouvert comportant d'abord un conduit 21 qui traverse les échangeurs de chaleur 15 et 18 pour réchauffer les gaz du circuit fermé, et qui aboutit ensuite à un distributeur annulaire 22 à l'entrée d'un réchauffeur 23 du tambour 8 La sortie de ce réchauffeur est formée par un collecteur annulaire 24 à partir duquel le circuit passe dans un ventilateur d'évacuation 25 pour aboutir, par exemple, à une cheminée 26 pouvant être précédée d'un ensemble de filtres 27 Une vanne 28 interposée sur le conduit 21 permet, sur commande, de décharger les gaz du circuit ouvert dans un conduit de rejet 29 en cas de nécessité, par exemple pendant des régimes transitoires ou en cas de panne du ventilateur Une vanne de décharge 30 joue le même râle sur le conduit 12 du circuit fermé et peut décharger des gaz dans un conduit de rejet 31. Dans cet exemple, les matières à sécher sont des particules de bois, du genre utilisé pour la fabrication de panneaux de particules ou dans l'industrie papetière. Elles sont introduites dans la chambre de séchage 7 d'une manière habituelle dans ce genre d'installation, par exemple au moyen d'un doseur à vis 32 les poussant sur un guide incliné 33 disposé dans une entrée axiale 34 par o passent aussi les gaz chauds entrant dans la chambre 7. C'est aussi de manière traditionnelle que les matières séchées sont emportées du tambour avec les gaz aspirés par le ventilateur 10, à travers une conduite 35 pouvant contenir par exemple un convoyeur à vis, et sont séparées des gaz dans les séparateurs 9 et 11, d'o elles sont reprises par des extracteurs respectifs 36 et 37 les délivrant à un convoyeur 38 pour les évacuer comme l'indiquent les flèches. La construction du générateur de gaz chauds 1 peut se présenter sous différentes formes capables de fournir un premier flux 41 et un second flux 42 de gaz chauds Selon la construction du générateur et selon ses conditions de fonctionnement, les gaz des deux flux 41 et 42 peuvent avoir des compositions et des températures respectives différentes Eventuellement, ils pourraient même être produits par des générateurs distincts. Dans le cas présent, le générateur 1 comporte une chambre de combustion 43, dans laquelle le brûleur 2 débouche dans un tube guideflamme 44 et produit une flamme 45, et une chambre de post-combustion 46 séparée de la chambre 43 par un étranglement 47 agencé pour créer une forte turbulence dans les gaz. La fig 2 montre plus en détail la structure du tambour de séchage 8 et en particulier de sa chambre de séchage 7, dans laquelle les matières à sécher 48 avancent lentement sous l'effet du courant gazeux longitudinal qui pousse les particules de matières quand elles retombent après avoir été soulevées par la rotation du tambour dans le sens de la flèche Le réchauffeur est formé par une série de tubes parallèles longitudinaux 23 allant du distributeur 22 au collecteur 24 à travers la chambre 7 et traversés par les gaz provenant du conduit 21 Ces tubes sont à distance de la paroi métallique cylindrique 51 de la chambre 7 et ils sont supportés, comme elle, par des anneaux de support 52 roulant sur des galets non représentés Les gaz et les matières 48 sont ainsi en contact avec les tubes de réchauffage 23. L'installation décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante, en régime continu Les matières à sécher peuvent être introduites en continu ou par intermittence dans la chambre de séchage 7 o elles sont séchées par contact avec les gaz et avec les tubes de réchauffage 23 pendant qu'elles sont brassées par la rotation du tambour 8 Il en sort un mélange gazeux contenant, en plus des gaz introduits dans le tambour, la vapeur d'eau résultant du séchage, ainsi que des hydrocarbures volatils extraits des matières végétales par distillation et formant ce que l'on appelle généralement les "gaz bleus" Ce mélange gazeux emporte aussi des poussières pouvant provenir de la combustion et du séchage Au lieu de rejeter ce mélange dans l'atmosphère après filtration, on le recycle dans l'installation, en général dans sa totalité, afin de brûler le plus possible les hydrocarbures et les poussières qu'il contient, tout en récupérant pour le séchage la chaleur ainsi produite. A partir de la bifurcation 13, une première partie du mélange gazeux recyclé passe par la conduite 14 et l'échangeur 15, o elle est réchauffée à contre-courant par les gaz chauds 42 sortant de la chambre de post- combustion 46, puis elle est introduite dans la chambre de combustion 43, o elle est réchauffée par contact avec le guide-flamme 44 et par le rayonnement de la flamme 45 avant de se mélanger aux gaz de combustion, notamment grâce à l'effet de l'étranglement 47 Grâce à ce mélange intime, pratiquement toutes les substances organiques, aussi bien solides que gazeuses, se trouvant dans la chambre de post-combustion 46 sont portées à une température assez élevée et assez longtemps pour brûler, si bien que les gaz évacués par la cheminée 26, après filtration, contiennent une charge polluante très réduite De plus, la chaleur produite par cette combustion supplémentaire est récupérée dans l'installation par réchauffage en plusieurs étages successifs, au moyen des échangeurs 15 et 18 et du manteau 23 du tambour 8. La seconde partie du mélange gazeux recyclé par la conduite 12 est aspirée dans la conduite 17 par le ventilateur 19, de façon à être réchauffée à contre- courant dans l'échangeur 18 et injectée dans la chambre 6 o elle se mélange au premier flux de gaz chauds 41 On récupère ainsi une fraction de l'énergie contenue dans le second flux de gaz chaud 42, pour la réinjecter dans le premier flux Grâce à un réglage continu du débit du ventilateur 19, on peut régler la répartition du mélange gazeux recyclé entre les conduites 14 et 17 et modifier de cette façon les débits et les températures des deux flux de gaz chauds, et surtout on ajuste, à la température voulue pour le séchage, le mélange de gaz chauds délivré par la chambre 6 En outre, en agissant sur la vitesse du ventilateur d'évacuation 25, on peut modifier la répartition des débits entre le circuit fermé et le circuit ouvert. Grâce au procédé et à l'installation que l'on vient de décrire, il est possible de réduire à des valeurs extrêmement faibles les quantités de produits polluants rejetés dans l'atmosphère, par kg de vapeur d'eau retirée des matières à sécher Les substances gazeuses ou solides dégagées par le processus de séchage sont brûlées d'une manière très complète, en particulier les hydrocarbures. Des essais comparatifs ont montré que les teneurs en hydrocarbures dans les gaz rejetés peuvent être réduites d'un facteur allant jusqu'à 30 La combustion permet aussi d'éliminer presque totalement les odeurs provenant des matières, par exemple quand on sèche du marc de café. Enfin, le bilan énergétique est sensiblement amélioré par rapport à celui d'une installation classique, d'une part grâce à la combustion plus complète et d'autre part grâce à une récupération maximale de la chaleur par réchauffage en plusieurs étages au sein de l'installation de séchage, de sorte que les gaz évacués ont une température aussi basse que possible. REVENDICATIONS 1 Procédé pour sécher des matières organiques, notamment des matières végétales telles que des particules de bois, dans lequel on produit des gaz chauds par combustion, on met au moins une partie de ces gaz en contact avec les matières à sécher, de manière à former un mélange gazeux comprenant, en plus desdits gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, on sépare le mélange gazeux des matières à sécher, puis on l'évacue, caractérisé en ce que l'on recycle en continu au moins une partie dudit mélange gazeux (R) en le mélangeant à des gaz de combustion pour former lesdits gaz chauds ( 41, 42), de façon à brûler lesdits hydrocarbures et à récupérer pour le séchage au moins une partie de la chaleur produite par leur combustion. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recycle au moins une partie dudit mélange gazeux (R) par introduction dans une chambre de combustion ( 43) o les gaz de combustion sont produits. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on recycle au moins une partie dudit mélange gazeux (R) en la mélangeant aux gaz de combustion au-delà d'une sortie ( 3) d'une chambre de combustion ( 43) o ceux-ci sont produits. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on divise les gaz chauds en un premier flux de gaz ( 41) en circuit fermé et en un second flux de gaz ( 42) en circuit ouvert, en ce que le premier flux de gaz ( 41) est mis en contact avec les matières à sécher de manière à former ledit mélange gazeux (R) qui est recyclé, et en ce que le second flux de gaz ( 42) est utilisé pour du réchauffage dans au moins deux étages d'échangeurs de chaleur ( 15, 18, 23) avant d'être évacué dans l'atmosphère. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second flux de gaz ( 42) est utilisé pour réchauffer le mélange gazeux (R) recyclé dans le circuit fermé. 6 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le second flux de gaz ( 42) est utilisé pour réchauffer les matières à sécher. 7 Installation de séchage de matières organiques pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant: des moyens pour produire des gaz chauds par combustion, au moins une chambre de séchage ( 7) traversée par un premier flux de gaz chauds ( 41) des moyens de chargement ( 32, 33) pour introduire les matières à sécher dans la chambre de séchage, et des moyens d'extraction ( 9 à 11, 35) pour retirer de ladite chambre les matières séchées et un mélange gazeux (R) contenant, en plus du premier flux de gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens ( 12 à 19) de recyclage en continu pour introduire au moins une partie dudit mélange gazeux (R) dans les gaz chauds de façon à brûler les hydrocarbures qu'il contient. 8 Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens pour produire des gaz chauds par combustion comprennent au moins un générateur de gaz chauds ( 1) pourvu d'un brûleur ( 2), et en ce que l'installation comporte un circuit fermé ( 6 à 19) de gaz, passant par ledit générateur et par la chambre de séchage il ( 7), et un circuit ouvert ( 21 à 27) évacuant en continu une partie ( 42) des gaz chauds issus dudit générateur ( 1), à travers au moins un échangeur de chaleur ( 15, 18) agencé pour réchauffer le circuit fermé. 9 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit fermé comporte une bifurcation ( 13) à partir de laquelle une première branche ( 14) du circuit mène audit générateur et une seconde branche ( 17) du circuit mène à un point du circuit fermé se trouvant en aval dudit générateur. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'au moins l'une desdites branches du circuit fermé est pourvue d'un organe de réglage de débit ( 19). 11 Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux branches ( 14, 17) du circuit fermé passent par des échangeurs de chaleur ( 15, 18) chauffés par les gaz du circuit ouvert. 12 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la chambre de séchage ( 7) contient des tubes de réchauffage ( 23) parcourus par les gaz du circuit ouvert.