Brevet FR2765585A1 — publié le 19990108

L'invention est du domaine de la fabrication du charbon de bois, et elle a pour objet un procédé de carbonisation du bois en vase clos, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. On connaît des installations pour produire du charbon de bois par carbonisation en vase clos, comprenant plusieurs cornues placées dans un four respectif. Chaque cornue est destinée à être remplie de bois et à être disposée au dessus d'un foyer pendant une durée déterminée, de l'ordre de plus d'une dizaine d'heures, le distillat étant évacué hors des cornues à travers un conduit respectif dont elles sont pourvues. La composition des fumées, après plusieurs heures de combustion, est propre à permettre une exploitation des distillats pour alimenter le foyer d'une cornue voisine. A cette fin et pour améliorer la rentabilité des installations du genre, celles-ci comprennent un collecteur des distillats mettant en communication le conduit d'évacuation du distillat d'une cornue avec le foyer d'une autre cornue lorsque la composition des distillats est suffisamment riche pour en permettre l'exploitation. Un problème à résoudre réside dans le fait que lors de la combustion, la vapeur en provenance du bois en cours de séchage est entraînée vers le haut de la cornue depuis sa base jusqu'au conduit d'évacuation des fumées. Lorsque la vapeur parvient aux couches de bois les plus éloignées du foyer, et donc les plus froides, celle-ci a tendance à se condenser et à redescendre vers la base de la cornue. Ce phénomène naturel, qui ralentit le séchage du bois, est une cause de perte de productivité de l'installation. Le but de l'invention est d'améliorer la productivité des installations de carbonisation du bois en vase clos du genre susvisé. La démarche inventive, prise dans sa globalité et suivant l'ensemble de ses aspects, a consisté à pourvoir les cornues de moyens de drainage actifs à travers la masse de bois à carboniser, de l'eau en phase vapeur contenue dans le bois, et de moyens de chauffage homogène des cornues, c'est à dire sur l'ensemble de leurs parois, pour acheminer en phase vapeur l'eau contenue dans le bois à carboniser suivant un trajet le plus court possible à travers la masse globale de celui-ci, et à équiper l'installation de moyens pour éliminer les distillats, par brûlage notamment, dont la composition est susceptible de polluer au delà des seuils autorisés, entre une première période pendant laquelle les distillats sont principalement constitués de vapeur d'eau, et une période terminale pendant laquelle les distillats sont suffisamment riches en combustible pour être utilisés à l'alimentation du foyer d'une cornue voisine. Selon des formes préférées de réalisation d'une installation de l'invention, celle-ci comprend pour chacune des cornues les dispositions particulières suivantes, prises seules ou en combinaison: 1.- Les dits moyens de drainage comprennent au moins un conduit ajouré, tel qu'en métal déployé notamment, qui s'étend dans le volume intérieur de la cornue et qui communique sur un conduit d'évacuation des gaz distillés hors de la cornue, pour former une cheminée d'aspiration des vapeurs d'eau à travers la masse de bois à carboniser, et ainsi conférer aux moyens de drainage leur caractère actif. On remarquera que cette disposition, à elle seule, concernant le drainage actif des vapeurs d'eau à travers la masse de bois à carboniser, répond au but visé par l'invention visant à réduire la durée de la carbonisation par rapport aux installations de l'art antérieur. Toutefois la composition des distillats qui en découle se situe au-delà des seuils tolérés ; c'est pourquoi ces distillats sont, de préférence en combinaison avec un autre aspect du procédé de l'invention, collectés et éliminés, notamment par brûlage. 2.- Les moyens de chauffage homogène des cornues, c'est à dire sur l'ensemble de leurs parois, comprennent une table en matériau réfractaire interposée entre le foyer et la cornue pour préserver le fond de cette dernière d'un contact direct avec le foyer, et finalement pour obtenir une répartition homogène de la chaleur sur l'ensemble des parois de la cornue. 3.- Les fours sont principalement formés chacun d'une enceinte à l'intérieur de laquelle est disposée une cornue, celle-ci étant équipée d'un conduit d'évacuation du distillat débouchant hors du four. La dite enceinte est fermée de manière étanche à sa partie supérieure par un couvercle qui coiffe la cornue et qui est verrouillé sur le conduit d'évacuation du distillat par un dispositif à baïonnette, pour éviter une déperdition inopportune de la chaleur produite par le foyer et pour favoriser une répartition homogène de la chaleur à l'intérieur de la dite enceinte. Grâce à ces dispositions, en premier lieu la cornue est chauffée de manière homogène sur son fond et ses parois latérales, et en deuxième lieu le rendement de l'installation en est accrue grâce à une bonne conservation à l'intérieur des fours de la chaleur produite par les foyers. Selon une forme préférée de réalisation, le four est pourvu d'au moins un évent obturable par un clapet dont l'ouverture est placée sous la dépendance de moyens thermostatiques et de moyens vaccuoastiques. On notera que l'ensemble des dispositions susvisées relatives au conduit ajouré axial et à la répartition homogène de la chaleur autour de la cornue sont préférentiellement prises en combinaison pour obtenir une installation qui réponde au mieux au but général visé par l'invention. Ainsi et selon une forme préférée de réalisation d'une installation de l'invention, qui combine l'ensemble des dispositions relatives aux différents aspect de l'invention, les cornues sont dôtées de moyens de drainage actifs disposés dans leur volume intérieur pour collecter en phase vapeur et à travers la masse de bois à carboniser, l'eau contenu dans le bois, et sont équipées de moyens de répartition de la chaleur sur l'ensemble de leurs parois. L'installation est en outre équipée de moyens pour collecter les distillats en provenance de chacune des cornues en vue de leur élimination, par brûlage notamment, dans une période T2 intermédiaire entre les période T1 et T3 pendant laquelle la composition des distillats est au-delà d'un seuil toléré de pollution mais néanmoins trop pauvre en combustible pour assurer sa propre combustion. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va en être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures 1 à 3 de la planche annexée qui représentent chacune schématiquement une installation de l'invention selon une forme préférée de réalisation, et qui illustrent successivement le procédé de l'invention,selon une forme préférée de mise en oeuvre, à des étapes respectives. Sur les figures, une installation pour la carbonisation du bois en vase clos met en oeuvre une installation comprenant une batterie de plusieurs cornues 2 disposées chacune dans un four 4 respectif. Cette installation est destinée à la mise en oeuvre d'un procédé, qui comprend les étapes connues consistant, au cours d'une première période T1 à chauffer une première cornue 2 en évacuant le distillat à l'air libre, et au cours d'une autre période T3 à maintenir le chauffage de la première cornue 2 en exploitant le distillat comme gaz combustible d'apport pour chauffer une autre cornue, telle que 2', dite deuxième. Le procédé de l'invention consiste, pour chacune des cornues à chauffer la cornue 2 sur l'ensemble de ses parois, et plus particulièrement celles en contact avec la masse 6 de bois à carboniser, c'est à dire tant le fond 8 de la cornue que ses parois latérales 10, des moyens 12 de drainage actifs de l'eau en phase vapeur étant disposés dans le volume de la cornue 2 destiné à recevoir la masse 6 de bois à carboniser, de telle sorte que l'eau contenue dans le bois soit évacuée en phase vapeur suivant un trajet le plus court possible à travers la masse 6 de bois à carboniser, et finalement que l'évacuation du distillat soit la plus rapide pqssible. Dans la première période T1, le distillat constitué principalement de vapeur d'eau est rejeté à l'atmosphère (fiv.1). Dans une deuxième période T2 intermédiaire entre les étapes T1 et T3, le distillat constitué de vapeur d'eau et de gaz, trop pauvre en combustible pour assurer sa propre combustion, est collecté et traité, par brûlage notamment tel qu'illustré, pour limiter les rejets polluants de l'installation (fig.2). Dans la troisième période T3, le distillat constitué de gaz riches en combustible, est collecté et conduit vers le brûleur 14 d'une cornue voisine (fig.3). Les dispositions du procédé de l'invention sont telles que le distillat n'est pas rejeté à l'atmosphère mais acheminé vers une enceinte de traitement au cours d'une période de la carbonisation du bois pendant laquelle sa composition se situe au dessus d'un premier seuil toléré de pollution et au dessous d'un second seuil de teneur en gaz combustible exploitable pour alimenter le foyer d'une cornue voisine. Il résulte de ces dispositions que la durée de la carbonisation du bois en est très sensiblement réduite, de l'ordre de 30%, et donc que l'on a augmenté la productivité de l'installation de l'invention par rapport aux installations de l'art antérieur, sans pour autant augmenter son caractère polluant. Un conduit 12 en métal déployé est disposé axialement dans les cornues 2, pour évacuer l'eau sur l'ensemble de la hauteur de la cornue 2 et dans une zone médiane de la masse 6 de bois à carboniser, plutôt que sur la surface haute de cette dernière 6 à la manière habituelle. En poursuivant dans cette voie consistant à acheminer l'eau en phase vapeur suivant le trajet à travers le bois le plus court possible, il est proposé d'une manière générale de chauffer talles) parois de la cornue 2 dont la surface en contact avec la masse 6 de bois à carboniser soit la plus grande possible tout en étant celle la plus proche de la zone d'échappée du distillat hors de la masse 6 de bois à carboniser. Sur l'exemple de réalisation illustré des cornues 2, qui sont cylindriques, celles-ci sont chauffées de manière homogène sur l'ensemble de leurs parois 8,10 en contact avec la masse 6 de bois à carboniser. Un tel chauffage est obtenu, d'une part grâce à la présence d'une table 16 en matériau réfractaire interposée entre des bruleurs à gaz 14 et 18 alimentant le foyer et le fond des cornues 2, et d'autre part par un confinement des cornues 2 à l'intérieur des fours 4, grâce à la présence d'un couvercle 20 qui coiffe de façon étanche l'enceinte 22,24,26 des fours. On notera que la fermeture étanche du four 4 au moyen du dit couvercle 20 permet par ailleurs une conservation de la chaleur à l'intérieur des fours 4, et que l'enceinte de ces derniers est avantageusement composée de strates successives, comprenant depuis la face intérieure des fours, une couche 22 en matériau réfractaire formée par exemple d'un bâti en briques réfractaires, une couche 24 de matériau isolant, tel que matelas de laine céramique ou plaque de calcite, et un revêtement extérieur métallique 26. Le combustible utilisé pour le chauffage des cornues 2 est préférentiellement le gaz, butane ou propane de préférence. Les fours 4 sont équipés de brûleurs à gaz 14 disposés radialement sous la table 16 et décalés les uns par rapport aux autres de manière à ce qu'un brûleur 14 ne soit pas détérioré par les flammes en provenance d'un brûleur 14 voisin. On remarquera toutefois sur la fig.l notamment, qu'une circulation d'air est néanmoins préférenciellement entretenue à l'intérieur de l'enceinte du four, la dite circulation d'air étant par exemple obtenue au moyen d'un couple d'admission d'air 42 qui débouchent à la base de l'enceinte et d'une pluralité d'évents 44, de préférence au nombre de quatre, ménagés au sommet de l'enceinte. Chacune des cornues 2 est pourvue d'un conduit 28 d'évacuation du distillat, d'une part débouchant à l'air libre et d'autre part communiquant par l'intermédiaire d'une vanne d'admission 30, dite première, avec un premier collecteur 32 des distillats en vue de leur amenée depuis une quelconque cornue 2, dite première, vers au moins une cornue 2 voisine, dite deuxième. Les moyens de récupération et de traitement des distillats en vue de leur élimination, comprennent un second collecteur 34 qui communique avec chacun des conduits 28 d'évacuation des distillats hors des cornues 2, par l'intermédiaire d'une vanne d'admission 36 respective, dite seconde, en vue de l'amenée des distillats depuis une quelconque cornue 2 vers un incinérateur 38. Chacun des fours 4 est équipé d'un brûleur 18 communiquant avec le premier collecteur 32 et pourvu d'une vanne d'admission 40, dite troisième, des distillats en provenance de ce dernier, le dit brûleur 18 débouchant sous la table 16 en matériau réfractaire et étant surplombé d'une coiffe concave ajourée, qui forme une buse de projection des distillats. On notera que la mise en oeuvre de l'ouverture/fermeture de l'une quelconque des première 30, deuxième 36 et troisième 40 vannes est de préférence placée sous la dépendance de moyens d'analyse de la composition des distillats en provenance de la cornue 2 y relative, et de préférence pour des raisons de sécurité sous la dépendance de moyens thermostatiques et vaccuostatiques (non représentés sur les figures). On comprendra aussi que les ouvertures/fermetures des vannes 30,36,40 de l'installation sont commandables indépendamment les unes des autres, de telle sorte que les distillats propres à chacune des cornues 2 puissent être conduits vers l'un quelconque des collecteurs 32 ou 34 ou à l'air libre en fonction de leur composition, de leur température ou de la pression régnante dans les différents conduits de l'installation, indépendamment du devenir des distillats des autres cornues. On comprendra enfin que, les cornues représentées sur les figures étant au nombre de 4, ce nombre de cornues 2 n'est pas limitatif et qu'il varie en fonction de l'importance de l'installation. D'une manière générale, bien que l'on ait décrit et représenté une forme préferée de l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à cette forme, mais qu'elle s'étend à tout procédé et à toute installation pour la carbonisation du bois en vase clos comportant les caractéristiques énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la carbonisation du bois en vase clos mettant en oeuvre une installation comprenant une batterie de plusieurs cornues (2) disposées chacune dans un four (4) respectif, le dit procédé comprenant les étapes consistant, au cours d'une première période T1 à chauffer une première cornue (2) en évacuant le distillat à l'air libre, et au cours d'une autre période T3 à maintenir le chauffage de la première cornue (2) en exploitant le distillat comme gaz combustible d'apport pour chauffer une autre cornue (2), dite deuxième, caractérisé: en ce qu'il consiste, pour chacune des cornues (2): - à chauffer la cornue (2) sur l'ensemble de ses parois (8,10), des moyens (12) de drainage de l'eau en phase vapeur étant disposés dans le volume de la cornue (2) destiné à recevoir la masse (6) de bois à carboniser, de telle sorte que l'eau contenue dans le bois soit évacuée en phase vapeur suivant un trajet le plus court possible à travers la masse (6) de bois à carboniser, et finalement que l'évacuation du distillat à travers la masse (6) de bois à carboniser soit la plus rapide possible, - dans la première période T1, à rejeter à l'atmosphère le distillat constitué principalement de vapeur d'eau (fig.1X, - dans une deuxième période T2 intermédiaire entre les étapes T1 et T3, à collecter et à traiter le distillat constitué de vapeur d'eau et de gaz, trop pauvre en combustible pour assurer sa propre combustion, pour limiter les rejets polluants de l'installation, (fiv.2) puis, - dans la troisième période T3, à collecter et à conduire le distillat constitué de gaz riches en combustible, vers le brûleur d'une cornue (2) voisine (fig.3), de telle sorte que le distillat n'est pas rejeté à l'atmosphère mais acheminé vers une enceinte de traitement au cours d'une période de la carbonisation du bois pendant laquelle sa composition se situe au dessus d'un premier seuil toléré de pollution et au dessous d'un second seuil de teneur en gaz combustible exploitable pour alimenter le foyer d'une cornue voisine; 2.- Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisée: en ce que les dits moyens de drainage comprennent, pour chacune des cornues (2), au moins un conduit ajouré (12) s'étendant dans le volume intérieur de la cornue (2) et communiquant avec un conduit (28) d'évacuation du distillat hors de la cornue, pour former une cheminée d'aspiration des vapeur d'eau à travers la masse (6) de bois à carboniser; 3.- Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisée: en ce que les moyens pour chauffer la cornue (2) sur l'ensemble de ses parois (8,10) comprennent, pour chacune des cornues (2), une table (16) en matériau réfractaire interposée entre le foyer et la cornue (2) pour préserver le fond de cette dernière d'un contact direct avec le foyer, et finalement pour obtenir une répartition homogène de la chaleur sur l'ensemble des parois (8,10) de la cornue (2); 4.- Installation selon la revendication 3, les fours (4) étant principalement formes chacun d'une enceinte à l'intérieur de laquelle est disposée une cornue (2), celle-ci étant équipée d'un conduit (28) d'évacuation du distillat débouchant hors du four (4), caractérisée: en ce que la dite enceinte (22,24,26) est fermée de manière étanche à sa partie supérieure par un couvercle (20) qui coiffe la cornue (2) et qui est verrouillé sur le conduit (28) d'évacuation du distillat par un dispositif à baïonnette, pour éviter une déperdition inopportune de la chaleur produite par le foyer et pour favoriser une répartition homogène de la chaleur à l'intérieur de la dite enceinte (22,24,26); 5.- Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, du genre d'installation dans laquelle chacune des cornues (2) est pourvue d'un conduit (28) d'évacuation du distillat, d'une part débouchant à l'air libre et d'autre part communiquant par l'intermédiaire d'une vanne d'admission (30), dite première, avec un premier collecteur (32) des distillats en vue de leur amenée depuis une quelconque cornue (2), dite première, vers au moins une cornue (2) voisine, dite deuxième, caractérisée: en ce qu'elle comprend des moyens de récupération et de traitement des distillats en vue de leur élimination, comprenant un second collecteur (34) qui communique avec chacun des conduits (28) d'évacuation des distillats hors des cornues (2), par l'intermédiaire d'une vanne d'admission (36) respective, dite seconde, en vue de l'amenée des distillats depuis une quelconque cornue (2) vers un incinérateur (38), la mise en oeuvre de l'ouverture/fermeture de l'une quelconque des première et deuxième vannes (30,36) étant placée sous la dépendance de moyens d'analyse de la composition des distillats en provenance de la cornue (2) y relative; 6.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée: en ce que la paroi des fours (4) est composée de strates successives, comprenant depuis la face intérieure des fours, une couche (22) de matériau réfractaire, une couche (24) de matériau isolant et un revêtement extérieur métallique (26); 7.- Installation selon la revendication 3, caractérisée: en ce que le combustible utilisé pour le chauffage des cornues (2) étant le gaz, les fours (4) sont équipés de brûleurs à gaz (14) disposés radialement sous la table (16) et décalés les uns par rapport aux autres de manière à ce qu'un brûleur (14) ne soit pas détérioré par les flammes en provenance d'un brûleur (14) voisin; 8.- Installation selon la revendication 5, caractérisée: en ce que chacun des fours (4) est équipé d'un brûleur (18) communiquant avec le premier collecteur (32) et pourvu d'une vanne d'admission (40) des distillats en provenance de ce dernier (32), le dit brûleur (18) débouchant sous la table (16) en matériau réfractaire et étant surplombé d'une coiffe concave ajourée, qui forme une buse de projection des distillats. 9.- Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisée: en ce que les cornues (2) sont dôtées de moyens de drainage (12) disposés dans leur volume intérieur pour collecter en phase vapeur et à travers la masse (6) de bois à carboniser, l'eau contenu dans le bois, en ce que les cornues (2) sont équipées de moyens (16,20) de répartition de la chaleur sur l'ensemble de leurs parois (8,10), et en ce qu'elle est équipée de moyens (34,36,38) pour collecter les distillats en provenance de chacune des cornues (2) en vue de leur élimination, dans une période T2 (fig.2) intermédiaire entre les période T1 (fig.l) et T3 (fig.3) pendant laquelle la composition des distillats est au-delà d'un seuil toléré de pollution mais néanmoins trop pauvre en combustible pour assurer sa propre combustion.