Brevet FR2688869A1 — publié le 19930924

Dispositif couplé d'incinération et de réaction, pour la fabrication du charbon de bois. L'invention est relative à l'association d'un incinérateur des gaz issus de la carbonisation, à un réacteur dans lequel la carbonisation, elle-mgme, s'effectue. Les inventeurs, dans un passé récent, ont protégé leurs travaux sur le prélèvement des pyroligneux, issus de la carbonisation du bois, dont le passage dans un incinérateur permet une destruction totale des composés polluants s'accompagnant d'une forte production de chaleur. Le réacteur cornue permet une carbonisation de type vase clos, appelée aussi carbonisation séche. Ce principe très ancien, est utilisé ponctuellement à des fins experimentales, ou en laboratoire. Industriellement, depuis la seconde guerre mondiale, sa pratique a totalement été abandonnee, meme si, quelques tentatives ont été faites avec des énergies peu couteuses. Ce principe de cuisson en vase clos présente cependant un avantage énorme par rapport au principe de carbonisation par combustion partielle, qui nécessite une mise à feu du bois, pour entretenir le processus de carbonisation. Il s'en suit une perte en cendres, donc une perte en matière première très importante. A l'opposé, le vase clos à l'airs permet de faire une carbonisation uniquement par chauffage extérieur intensif sans avoir recours à une mise à feu, interne, du bois. L'essentiel est de disposer d'une source de chaleur importante et peu coûteuse qui permette cette cuisson. C'est la raison pour laquelle ce principe est, industriellement tombé en désuétude. Il exite des principes de tours qui depuis une soixantaine d'années produisent du charbon de bois. Initialement, leur but était de faire la distillation fractionnée du bois, pour séparer les acides acétiques, des goudrons, des acétones, des gaz, etc, toutes récupérations qui leur évitaient d'etre polluants. Le charbon de bois, par ailleurs, étant considéré comme le dernier sous-produit. Les produits de distillation du bois ont été remplacés par des synthèses du pétrole, et le charbon de bois est devenu gracie aux loisirs, le seul produit du bois distillé ayant encore un intérg commercial. Ces tours ont été modifiees, pour ne plus produire que le charbon, mais l'expérience montre que leur fonctionnement est devenu inefficace. Il est à noter que ces tours ont pour principe de porter à température de réaction, le bois situé en partie haute,'pr le passage des gaz fourni par ceux, situés plus bas, en cours de carbonisation. La réaction s'effectue en continu, avec des gaz pyroligneux bruts c'est à dire, avec des gaz chargés des éléments énumérés ci-dessus et surtout par de l'eau encore contenu dans les bois. Enfin, cette réaction se fait dans la mime enveloppe. A l'opposé, le dispositif conforme a' l'invention, traite les diverses phases séparément Ainsi, les gaz pyroligneux ne sont utilisés, qu'après leur brQlage, et dans une enceinte différente de celle, ou est effectuée la réaction de carbonisation Les inventeurs permettent, avec ce dispositif, d'utiliser les avantages de la carbonisation en vase clos, avec l'utilisation énergétique gratuite des gaz provenant de cette carbonisation. L'évolution des matériaux réfractaires légers, qui s'affirment désormais, permet aux proposants, une nouvelle conception de type de réacteurs, tout en utilisant complémentairement les principes et dispositifs d'incinération, et utilisation des calories, précédemments énnoncés L'invention du présent dispositif permet une utilisation parfaitement continue, et une absence totale de manutention pendant la fabrication. La seule activité humaine se situe au niveau de la coupe du bois, dans le cas ou l'industriel ne dispose pas de déchets coupés. En aval, l'automation du vidage et de l'evacuation du charbon fabriqué, évite l'intervention humaine dans ce milieu peu propice à son confort. D'autres objets de cette invention apparaitront dans la description qui suit. Le dispositif associé d'incinération et de réaction pour la fabrication du charbon de bois, conforme à l'invention, est caractérisé par la présence d'un incinérateur disposé préférentiellement en forme d'équerre, couplé à un réacteur du type vase clos, dont il reçoit les gaz pyroligneux, pour les brtler, en présence d'oxygéne régulé par un registre asservi à un analyseur de combustion, lesdits gaz épurés servant successivement à chauffer des puits d'activation, accélérer les gaz pyroligneux de carbonisation, chauffer des panneaux radiants et la parroie du réacteur, dont l'enveloppe extérieure est constituée de fibres réfractaires céramiques, la dépression de ces gaz s'effectuant grâce à une trompe d'air, et leur température régulée par registres asservi à des sondes L'ensemble du dispositif se présente en deux parties interdépendantes l'une de l'autre; l'incinérateur, et le réacteur. L'.incinérateur,dont la la partie horizontale permet l'utilisation énergétique des gaz et la partie verticale pour provoquer le tirage, est composé d'une enveloppe métallique de préférence cylindrique garnie concentriquement, de briques isolantes à trés haut pouvoir isolant permettant de diminuer l'épaisseur du garnissage et d'améliorer le rendement. Contre cet isolant, sont placées des briques réfractaires résistant à plus de 1.5 les briques ayant le principal avantage dans ce cas, d'offrir une inertie calorifique favorable à l'auto-combustion des gaz pyroligneux quand ceux-ci ont atteint un P.C.I suffisant. A l'entrée de l'incinérateur partie horizontale, au mgme niveau que la pénétration des gaz pyroligneux est disposé un volet d'admission d'air comburant, motorisé, commandé par un analyseur de fumées, de telle sorte qu'une quantité optimum d'air permette une combustion parfaite, conforme aux réglements de l'environnement. Le détecteur analyseur de fumées est placé à l'extrémité de l'incinérateur vertical Au tiers de la longueur, une cloison réfractaire alvéolée forme un rucher sur lequel les gaz pyroligneux viennent se craquer, en auto-combustion, quand ces gaz ont un pouvoir calorifique suffisant. Ce n'est pas le cas en début de carbonisation. Un brÛleur assiste, alors la combustion et se coupe, sous la surveillance d'une sonde thermique. Un autre objet de l'invention est constitué par un procédé de fabrication de charbon active, qui peut etre élaboré par l'utilisation directe de la source de chaleur gratuite, mise à disposition par la partie horizontale de l'incinérateur. On Sait que Ie pouvoir d'adsorbsion du charbon de bois S'optent par le chauffage intensif de celui-ci, à des. températures voisines de 88", en atmosphère inerte, afin d'éviter la combustion spontanée en présence de l'oxygène de l'air. Le besoin de charbon actif comme filtrant de l'eau et des gaz se fait de plus en plus pressant, et les inventeurs ont dans le présent dispositif, trouvé une utilisation des calories gratuites pour fabriquer un produit de haute technologie, a des cotis de revient des plus bas. L'installation se compose de puits de chauffe circulaires, en béton ou acier -réfractaires, disposés verticalement dans l'incinerateur horizontal. Le gaz chaud environne ces puits en permanence et les portent à température constantes de 900" Cette propriéte permet le traitement thermique d' objets ou matériaux, en particulier de fines de charbon obtenues au criblage, que l'on place dans des bidons hermétiques, et qui sont introduits à l'intérieur de ces puits. Le temps de sejour est variable, en fonction de la qualité désirée, la chaleur ambiante se communiquant, par convection, à travers le puits et le bidon, sur les grains de charbon, afin-d*éliminer par la chaleur, les residus hydrocarburés qui obstruent les cavernes et autres passages microscopiques qui le compose, et qui lui confère cette propriété de filtrant idéal. A mi-parcoalrs de l'incinérateur, un prélèvement permet de conduire du gaz chaud, inerte, en contact sur le charbon en cours d'élaboration. Cet apport a pour but d'accélérer le pouvoir ascentionnel des gaz pyroligneux. En bout de l'incinérateur une croix directionnelle munie d'autant de registres permet de sélectionner les sorties.Le prolongement direct se poursuit dans le reste de l'incinérateur vertical vers l'air libre. Les deux autres drivations latérales conduisent le gaz chaud vers le(s) réacteur(s). Ce reseau de gaines chemisées en réfractaire assure la liaison entre lfincinerateur, générateur de calories, et le(s)réacteur(s) exploitant cette énergie.Chacune comporte un volet d'air de refroidissement régulé par sonde.Un autre objet de l'invention est constitué par le réacteur de carbonisation. I1 est composé d'une cuve cylindrique en acier, de préférence, réfractaire, dans lequel en partie haute, on introduit le bois au moyen d'un skip de chargement. En haut de cette cuve, étanche à l'air, un piquage chemise en réfractaire conduit les gaz de carbonisation vers l'entrée de l'incinérateur. La partie inférieure de la cuve, se rétrécit en conte, pour obliger le charbon élaboré à se concentrer sur une section de faible passage, et mieux maîtriser son occlusion.Une sole mobile assure cette fonction, et forme une étanchéité avec le conteneur recevant le charbon, en dessous, L'ensemble de la cuve de réaction est entourré, concentriquement, d'une enveloppe réfractaire à la chaleur, laissant un espace libre de vingt centimètres environ, qui permet, par le passage de l'air chaud, de chauffer le bois à travers la cuve réfractaire du réacteur. L'enveloppe extérieure est constituée d'une jaquette métallique sur la face interne de laquelle sont fixés des blocs modulaires en fibres réfractaires de 2CCm/m supportant des températures de 1.4250. L'utilisation de ce matériaux, objet de l'invention, est d'utilisation préférentielle, par ses avantages de poids, de manutention et de prix, par rapport à la brique réfractaire dont l'emploi ne changerait pas l'idée de l'invention. Un autre objet de l'invention est constitué par la présence d'un répartiteur de chaleur, situé au coeur du bois. Composé d'un tube vertical, prenant appui sur la partie conique du réacteur, ouvert à cet endroit, afin de permettre au gazchaud d'y entrer. Quatre caissons creux en forme de croix sont soudés sur ce tube mortaisé, afin que le gaz chaud y passe en faisant office de radiateur. Ces quatre panneaux sont surmontés par des tuyeaux de sorties de gaz chaud, en fin de parcours. Ils sont reliés au collecteur de sortie, suivant la meme disposition que les tuyeaux de sorties d'air de l'enveloppe chauffante. Selon un autre objet de l'invention, le collecteur de sortie des gaz calo-porteurs est relié à l'extrémité de l'incinérateur, pour une mise à l'air libre, par l'intermédiaire d'une trompe d'air dans laquelle souffle une turbine, afin de propulser ces gaz chauds, dont un ventilateur classique ne pourrait supporter, la haute température. La figure unique est la représentation des éléments constituants le dispositif dans son ensemble. Le bois est introduit par un moyen de manutention tel un skip (1) dans le sas d'entrée (2) formant cellule de séchage du réacteur (3) de la carbonisation du bois. La virole réfractaire du four (3) portée à 6 par le passage des gaz, chauffe le bois en périphérie, à son contact Au coeur meme du bois, est disposé le croisillon radiant (4) qui chauffe le bois dans la masse centrale, difficilement atteignable par les échanges thermiques de la virole du four. Sous l'action conjuguée de ces deux éléments chauffants, le bois se transforme progressivement en charbon, et s'achemine gravitairement vers le bas. Il est retenu par une sole mobile (5) mue mecaniquement qui s'ouvre et se ferme à volonté, pour déverser ce charbon dans des conteneurs (6) renouvelables. L'appoint en bois, au niveau supérieur, permet au dispositif de fontionner en continu. Durant sa réaction1 le bois dégage des vapeurs pyroligneuses riches en hydrocarbures, qui sous l'action de la dépression provoquée par la partie verticale de I'incinérateur, sont aspirées avec le conduit (7) à travers l'ensemble du dépollueur, d'une façon naturelle. L'incinérateur (8) dont la partie antérieure est horizontale, reçoit simultanément les gaz issus de carbonisation, et l'oxygène de l'air, par la trappe motorisée (9)-régulée par un analyseur de combustion (18) Le mélange ainsi formé, brtle spontanément, ou sous l'action d'un brgleur (il) dans la chambre cloisonnée par un rucher alvéolé. (12) Les gaz chauds aspires en permanence par la partie verticale de l'incinérateur (13) partent à l'air libre aprés avoir porté à haute température les puits d'activation (14) dans lesquels sont placés les bidons (15) contenants les granulés de charbon de bois, à activer. Une prise de gaz complémentaire, est effectuée à l'aide d'une gaine (16) conduisant ce gaz chaud et inerte, en présence du charbon de bois en formation, afin d' accélérer l'ascension des gaz pyroligneux en formation. A la jonction des deux parties d'incinérateur, deux autres prises de gaz chaud (17) sont pratiquées pour le chauffage du réacteur cornue. Une trompe d'air (18) provoque une dépression globale à l'intérieur de l'espace constitué par les parroies du réacteur (3) d'une part, et l'enveloppe (19) extérieure isolante réfractaire, d'autre part Le gaz chaud en dépression, est dilué par de l'air frais pour réguler l'ensemble à température constante et tolérable. Cette opération s'effectue par un registre motorisé (2) asservi à une sonde de température qui porte l'ensemble de l'échange thermique à see0 constants. De la meme façon, le collecteur supérieur (21) aspire à travers les panneaux radiants (4), eux mêmes alimentés par le tube central (22) qui préléve le gaz chaud, dès son entrée dans l'enveloppe du réacteur La totalité des gaz caloporteurs, collectés par la trompe d'air, rejoignent les gaz résiduels d'incinération , le tout pour etre mis à l'air libre par l'extrémité de l'incinérateur vertical. Un dernier prélévement de gaz chaud s'effectue par un extracteur (23) destiné à des utilisations complémentaires de calories, telles que le préséchage du bois, ou le chauffage domestique par exemple REVENDICATIONS 1 Dispositif associé d'incinérateur et de réacteur, pour la fabrication du charbon de bois, caractérisé par la présence d'un incinérateur, disposé préférentiellement en forme d'équerre, couplé à un réacteur du type vase clos, dont il reçoit les gaz pyroligneux de la carbonisation, afin de les brûler, en présence d'oxygène régulé par un registra asservi à un analyseur de combustion, lesdits gaz épurés, servant successivement à chauffer des puits d'activation, accelérer les gaz pyroligneux de la carbonisation, chauffer des panneaux radiants, ainsi que la parroie du réacteur, dont l'enveloppe extèrieure est constituée de fibres réfractaires céramiques1 la dépression de ces gaz s'effectuant grtce à une trompe d'air,et leur température régulée par des registres asservis à des sondes. 2 Dispositif suivant revendication 1 caractérisé par le fait qu'un incinérateur est chargé de détruire les gaz pyroligneux d'un ou plusieur réacteurs de carbonisation. 3 Dispositif suivant revendications 1 & 2 caractérisé par le fait qu'une partie de cet incinérateur est disposé à l'horizontale, pour permettre des prélèvements et des utilisations calorifiques. 4 Dispositif suivant revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que l'autre partie de l'incinérateur est disposée verticalement, pour permettre un tirage naturel ascendant, et placer, ainsi, l'installation en complète dépression 5 Dispositif suivant revendication 1 caractérisé par le fait que le brtlage des gaz s'effectue en presence d'oxygène régulé par un registre qui introduit la quantité optimum d'air pour la combustion, sans exès, ni pénurie. 6 Dispositif suivant revendication 1 & 5 caractérisé par le fait que ledit registre soit commandé par un analyseur de combustion situé à l'extrémité de l'incinérateur vertical pour assurer des rejets, non polluants, pour l'atmosphère 7 Dispositif selon revendications de 1 caractérisé par la présence d'un ou plusieur puits de chauffe dans l'ambiance de gaz chaud de l'incinérateur, ces puits pouvant cotre ouverts sur l'extérieur, sans que le gaz chaud ne puisse s'échapper dudit incinérateur. 8 Dispositif selon revendication 1 & 7 caractérisé par le fait que l'on peut placer à l'intérieur de ce(s) puit(s) une matière ou un objet, dans le but de lui faire subir un traitement thermique. 9 Dispositif selon revendications 1 & 7 & 8 caractérisé par le fait que l'objet placé dans ce(s) puit(s) soit un, ou des bidons étanches contenant des granulés de charbon de bois, dans le but de les activer pour utilisation dans la filtration. îe Dispositif suivant revendications 1 caractérisé par l'emploi d'une gaine véhiculant une partie de gaz chaud et inerte directement dans la cuve du réacteur afin d'aider les gaz pyrolygneux, issus de la carbonisation, à accélérer leur progression vers la sortie. il Dispositif suivant revendications 1 caractérisépar un conduit multi-directionnel, situé en sortie de l'incinérateur horizontal, permettant de prélever sur le passage vers la partie verticale, du gaz chaud pour un ou plusieur réacteurs de carbonisation. 12 Dispositif suivant revendication précédente caractérisé par l'utilisation, sur les gaines de prélèvement, d'un registre de dilution avec sonde, modulant celui ci, afin d'obtenir la limitation à température adéquate du gaz, entrant dans le(s) réacteur(s) 13 Dispositif suivant revendications 1 caractérisé par la présence d'un, ou plusieur réacteurs, étanche(s) à l'air dans le(s)quel(s) s'effectue(nt) la carbonisation du bois. 14 Dispositif, selon la revendication précédente, caractérisé par un réseau de gaines chemisées réfractaires, reliant le(s)réacteur(s) produisant des gaz pyroligneux polluants, à un ensemble d'incinération destiné à les briller, et les utiliser à des fins énergétiques. 15 Dispositif selon revendications 1 caractérisé par la présence d'un répartiteur de chaleur, préférenciellement en forme de croix, pour radier la masse du bois, par son contact. 16 Dispositif selon revendications 1 caractérisé par la présence d'une enveloppe à l'extérieur du réacteur de carbonisation laissant un espace libre entre les deux parroies. 17 Dispositif, suivant revendications 1 & 16 caractérisé par le fait que du gaz chaud, en provenance de l'incinérateur circule dans cet espace, pour chauffer le réacteur. 18 Dispositif suivant revendications 1 & 16 & 17 caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure canalisant le gaz chaud soit à la fois isolante et réfractaire. 19 Dispositif selon revendications 1 & 16 à 18 caractérisé par le fait que le matériau isolant réfractaire soit de préférence en fibre céramique réfractaire 2e Dispositif selon revendications 1 caractérisé par la présence d'une trompe d'air qui oblige le gaz chaud à circuler d'une part dans le dispositif radiant, d'autre part dans l'espace formé par la double enveloppe dans le but de favoriser l'échange calorifique sur le bois à carboniser. 21 Procédé de fabrication de charbon de bois caractérisé par le fait que: (i) l'on dispose, pour la fabrication du charbon de bois, de deux appareils distincts; un incinérateur et un réacteur, indépendants dans leur fonctions. (ii) l'on brtle dans l'incinérateur les gaz issus du bois dans lets) réacteur(s) (iii) l'on utilise l'énergie calorifique de l'incinérateur principalement pour provoquer ladite carbonisation dans le(s) réacteur(s) (iv) l'on utilise complémentairement l'énergie resultant de l'incinérateur pour des besoins autres, principalement pour la fabrication du charbon actif. 22 Procédé selon revendication 21 , caractérisé par le fait que des gaz chauds résultants de l'incinération, chauffent par sa périphérie, un réacteur contenant du bois. 23 Procédé selon revendication 21 , caractérisé par le fait que des gaz chauds résultants de l'incinération chauffent par un dispositif radiant, le coeur du bois contenu dans le réacteur 24 Procédé selon devendications 21 & 22 caractérisé par le fait que les gaz chauds résultants de l'incinération sont contenus par une enveloppe extérieure constituée par des modules en fibres céramiques réfractaire-isolant 25 Procédé suivant revendication 21 caractérisé par le fait que des gaz chauds et inertes, résultant de l'incinération provoquent à la fois la carbonisation, et le cour & t de convection thermique acheminant les gaz pyroligneux vers leur extraction. 26 Procédé suivant revendication 21 caractérisé par le fait que les gaz chauds issus de la carbonisation, portent à température adéquate, des granulés de charbon contenus à l'intérieur de bidons étanches, eux-mCmesf placés dans des puits de chauffe, afin d'en faire du charbon actif. 27 Procédé d'extraction de gaz pyroligneux résultant de la carbonisation du bois, suivant revendication 21 & 22 & 23 caractérisé par l'emploi d'une trompe d'air permettant l'extraction du gaz chaud, sans que la turbine n'ait à subir cette température.