Brevet FR3075074A1 — publié le 20190621

PROCEDE DE TRAITEMENT MECANIQUE DE DECHETS DE BOIS, DE TYPE BOIS B, EN VUE DE LEUR COMBUSTION, NOTAMMENT EN CHAUFFERIE Domaine technique La presente invention concerne le domaine de l'utilisation des dechets de bois a des fins de chauffage, notamment en chaufferie industrielle. Elle concerne en particulier les dechets de type bois B. L'invention vise a permettre l'utilisation de dechets de bois B en tant que combustibles, dans les chaudieres industrielles a bois (chaufferies) pour le chauffage urbain ou tout autre type de chauffage. Art anterieur Dans un contexte de transition energetique, la valorisation de la biomasse comme energie alternative, notamment par combustion pour produire de la chaleur, est amenee a occuper une place de plus en plus importante. Actuellement, les industriels Francais utilisent essentiellement du bois brut sous forme de plaquettes forestieres et du bois verifiant les criteres de sortie de statut de dechet (SSD) selon arrete du 29 juillet 2014 (palettes, emballage...). Cependant, des tensions se font sentir depuis quelques annees sur la disponibilite de cette ressource. Il est donc interessant pour les industriels de pouvoir elargir leur spectre de ressource, en utilisant notamment des dechets de bois issus de la construction ou de l'ameublement. Ce bois a faible teneur en adjuvants, designs bois B, est neanmoins susceptible de contenir divers polluants et ne peut pas etre accepts tel quel en chaufferie. En France, les dechets de bois sont classes en trois categories, comme suit: - le bois A, qui est un bois use mais propre, pouvant d'ores et déjà etre utilise en chaufferie (caisses, cagettes, palettes, emballage, etc.). Il correspond au bois SSD de arrete du 29 juillet 2014 ; - le bois B, qui est un bois faiblement traite et qui actuellement est directement envoye dans des installations d'incineration ou est recycle sous forme de panneaux (bois de demolition, meubles, panneaux de particules, etc.) ; - le bois C, qui est un bois traite a coeur, considers comme un dechet dangereux et envoye dans des installations d'incineration ou dans des centres 2 d'enfouissement (traverses de chemin de fer, poteaux telegraphiques, palissades traitees coeur, etc.). La ressource en bois B a ete estimee a 0.5 Mt/an en moyenne sur la region Rhone-Alpes et a 5 Mt/an en France. En Europe, la ressource serait de 40 Mt/an. 5 Cependant ce chiffre est sujet a caution puisque la definition meme de bois B n' est pas la meme dans les differents pays. Le bois B represente donc des volumes importants, mais est par nature tres heterogene. Il contient des produits encolles avec des resines ou des adhesifs (famille des panneaux), des bois traites en surface (bois vernis, peint) ou encore des elements traites 10 contre l'humidite ou les insectes. Cela conduit a une grande diversite de polluants potentiellement presents dans cette ressource : azote, metaux, halogenes... Aussi, si on veut que cette matiere premiere soit autorisee a etre utilisee dans les chaufferies existantes sans modification de ces dernieres, it est necessaire de la rendre suffisamment propre. 15 Les etudes sur le sujet visent a concevoir, optimiser et valider, a l'echelle laboratoire puis pilote, des chaines de pretraitement permettant de rendre le bois B adapte pour sortir du statut de dechets, c' est-à-dire a respecter les limites en polluants fixees pour le solide en entrée et pour les emissions polluantes dans les chaufferies de biomasse. Avant de definir un traitement adapte pour le nettoyage du bois Bit convient 20 de caracteriser finement sa composition. Les nombreuses etudes que l'on peut trouver dans la litterature, realisees dans le but d'utiliser du bois B a des fins de combustion, mettent en evidence la variabilite des constituants du bois B, de leur composition en elements polluants et par consequent, des moyens de traitements a mettre en place pour eliminer ces polluants. 25 Dans les types de traitements mis en place, on peut citer des traitements par voie liquide pour eliminer certains polluants : [1]. On peut egalement citer des etudes de pretraitement thermiques par pyrolyse pour supprimer l'azote ou d'autres composants de certains bois polities : [2]. Des etudes realisees sur differents echantillons collectes (voir etude [3]), ont 30 permis de montrer que certaines caracteristiques du bois B etaient peu variables d'un echantillon a l'autre, avec neanmoins des differences pouvant s'expliquer par la presence 3 de pollutions externes (presence de terre, de cailloux, de clous...). Ces pollutions peuvent etre eliminees, des le depart, c' est-à-dire lors de la selection du bois B en dechetterie. Il ressort egalement de ces etudes que les caracteristiques communes des dechets de bois B sont : 5 - le contenu en carbone, hydrogene et oxygene, - le pouvoir calorifique inferieur (PCI, en anglais « Lower Heating Value », d'acronyme LHV), - 1 ' humidite, - la teneur en inorganiques non metalliques (Ca, K, Mg, Mn, Na, P, Si). 10 D'autres proprietes sont au contraire directement affectees par le traitement subi par le bois B. C'est le cas pour les teneurs : - en azote, qui provient des resines utilisees dans les panneaux de particules, - en metaux lourds, notamment le plomb et le zinc, souvent associes aux peintures et aux revetements, 15 - en cuivre et en chrome, qui sont egalement tres fortement presents dans les dechets de bois C, - en chlore, present surtout dans les revetements, - en bore, issu essentiellement du bois traite avec les fongicides, principalement le Coriphene. 20 Dans l'etude [3], la concentration en certains elements de lots moyens a ete comparee a des valeurs cibles obtenues en s'appuyant principalement sur les specifications de la legislation francaise concernant les chaufferies biomasse. Il est apparu que les specifications etaient nettement depassees pour plusieurs des elements, a savoir pour: 25 - l'azote, avec des valeurs comprises entre 1,3 et 2,7%m (%m : pourcentage massique) pour une valeur cible de 1,5%m, - les metaux, dont la concentration atteint 7300 mg/kg dans un lot N°5 pour une valeur cible de 1000 mg/kg. Ces metaux peuvent avoir deux origines distinctes. Ils peuvent provenir d' elements exterieurs (clous, agrafes), et peuvent alors etre elimines 30 assez facilement en amont. C'est le cas notamment du fer et de l'aluminium. Ils peuvent egalement etre lies au traitement subi par le bois lors de mise en oeuvre. C'est le cas des oxydes metalliques utilises dans les peintures et les revetements (Ba, Cd, Pb, Ti, Zn). Les 4 specifications portant sur le plomb et le zinc, sont depassees par presque tous les lots moyens, - le cuivre et le chrome, qui proviennent essentiellement d'echantillons de dechets de bois C. 5 Il existe donc un besoin de trouver une solution qui permette d' eliminer a tout le moins diminuer la teneur en plusieurs elements presents dans les dechets de bois B, en l'occurrence l'azote, contenu surtout dans la structure des panneaux de particules, les metaux, en particulier zinc et plomb, presents essentiellement en surface dans les peintures et les revetements, et cuivre et chrome, provenant presque exclusivement des bois 10 impregnes, et ce afin de pouvoir utiliser le bois B en tant que combustible de chauffage, plus particulierement dans des chaufferies biomasse. Le but de l'invention est de repondre au moins en partie a ce besoin. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne, sous un de ses aspects, un procede de 15 traitement mecanique de dechets de bois, de type bois B, comportant une ≊ de broyage desdits dechets, notamment en vue de leur combustion c' est -a-dire de leur brillage. Selon un mode de realisation avantageux, le procede comporte en outre une ≊ de criblage des dechets broyes. L'invention concerne egalement sous un autre de ses aspects, un procede de 20 traitement mecanique de dechets de bois, de type bois B, comportant : - une ≊ de broyage desdits dechets, - une ≊ de criblage des dechets broyes. En analysant les procedes qui avaient ete mis en oeuvre pour traiter les dechets de bois B afin de les rendre compatible avec une utilisation en chaufferie, les inventeurs se 25 sont rendus compte qu'aucun traitement purement mecanique n'avait ete test& Les inventeurs ont mis en evidence qu'un traitement par broyage avec de preference un criblage en complement fournit des resultats tres positifs, quelle que soit la grille employee pour le criblage. La solution du traitement selon l'invention consiste a &later la surface du 30 bois B par broyage tout en conservant une taille de particules compatible avec une utilisation en chaufferie, et concentrer ainsi les polluants dans les fines. 5 Le broyage permet de diminuer ainsi considerablement les teneurs en polluants dans la fraction utilisable en chaufferie et de se situer en dessous, ou tout au moins de s'approcher selon les cas, des cibles visees d'un point de vue reglementaire. Le coat associe au traitement mecanique par broyage/criblage des dechets de 5 bois B est faible. Aussi, des economies substantielles peuvent etre attendues grace a l'utilisation de cette ressource disponible en quantite. Le traitement mecanique par broyage avec de preference un criblage selon l'invention apparait donc desormais comme une ≊ clef a considerer dans le cadre d'une chaine de pretraitement du bois B, avant utilisation en chaufferie, de maniere a 10 reduire fortement la teneur du combustible en polluants metalliques. Le traitement mecanique selon l'invention est donc un pretraitement, au sens oa it est prealable au brillage du bois B pour le chauffage. Avantageusement, l'etape de broyage est mise en oeuvre par un broyeur de type a couteaux, de preference munie de grilles de criblage. 15 Les grilles de criblage peuvent avoir une maille de criblage egale a 30 mm, 50 mm ou 80 mm. L'invention a egalement pour objet l'utilisation en tant que combustibles, des dechets de bois B broyes conformement au procede decrit precedemment, dans une installation de chaufferie, notamment pour chauffage urbain. 20 Description detainee D'autres avantages et caracteristiques de l'invention ressortiront mieux a la lecture de la description detainee d' exemples de mise en oeuvre de l'invention faite a titre illustratif et non limitatif en reference aux figures suivantes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une representation graphique par diagramme en barres de 25 l'analyse de composition en carbone, hydrogene, oxygene, azote, chlore et matieres volatiles de dechets de bois B suite a leur traitement par broyage et criblage selon un premier exemple de l'invention; - la figure 2 est un diagramme en barres de l'analyse de composition en elements mineurs inorganiques de dechets de bois B suite a leur traitement par broyage et 30 criblage selon le premier exemple de l'invention; - la figure 3 est un diagramme en barres des concentrations en certains elements dans les differentes fractions de dechets de bois B par rapport aux valeurs cibles 6 des specifications reglementaires, suite a leur traitement par broyage et criblage selon le premier exemple de l'invention; - la figure 4 est un diagramme en barres de la reparation en masse des fractions de bois B broyees separees apres criblage pour differentes grilles, selon un 5 deuxieme exemple de l'invention; - la figure 5 est un diagramme en barres de la teneur en metaux avant traitement et dans les fractions de dechets de bois B, broyees separees apres criblage pour les differentes grilles, par rapport aux valeurs cibles des specifications reglementaires, selon le deuxieme exemple de l'invention; 10 - les figures 6 et 7 sont des diagrammes en barres de la teneur respectivement en plomb et en zinc, avant traitement et dans les fractions de dechets de bois B, broyees separees apres criblage pour les differentes grilles, par rapport aux valeurs cibles des specifications reglementaires, selon le deuxieme exemple de l'invention. Afin de pouvoir utiliser le bois B, en tant que bois de chauffage en particulier 15 dans des chaufferies biomasses, les inventeurs ont pense a realiser un traitement purement mecanique de ces dechets de bois B qui consiste en un broyage suivi d'un criblage des particules de bois broyees. Pour valider ce procede, les inventeurs ont procede a une etude experimentale en realisant tests de broyage a l'aide de broyeurs industriels a couteaux, equipes de 20 differentes grilles, a savoir avec une taille de maillage respectivement egale a 30 mm, 50 mm et 80 mm. Deux campagnes d'essais distinctes de broyage avec criblage ont ete realisees. Pour chacune de ces campagnes, les resultats ont ete compares avec le bois B avant broyage, reference sur les figures comme prebroyat. 25 La premiere campagne a ete effectuee sur un echantillon de bois B. Le bois broye a ete tamise en quatre fractions distinctes avant d'etre analyse en termes de composition elementaire. Les quatre fractions de bois ont ete tamisees selon leur granulometrie comme suit : 30 - taille inferieure a 0,45 mm ; - taille comprise entre 0,45 et 1,4 mm ; - taille comprise entre 1,4 et 2,5 mm ; 7 - taille superieure a 2,5 mm. La repartition de la masse initiale entre les differentes fractions est donnee dans le tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 Taille des particules de bois B broyees et Pourcentage massique tamisees (% m) inferieure a 0,45 mm 6 comprise entre 0,45 et 1,4 mm 18 comprise entre 1,4 et 2,5 mm 20 superieure a 2,5 mm 56 5 Il ressort de ce tableau 1 que plus de la moitie de la masse, plus precisement 56%m, se trouve dans la fraction des particules broyees de taille superieure a 2,5mm, qui est la fraction generalement la plus souvent utilisee en chaufferie. Le pretraitement mecanique selon l'invention parait donc compatible economiquement avec une utilisation du bois en chaufferie, et ce d'autant que la fraction 10 intermediaire, comprise entre 1,4 et 2,5 mm, pourrait etre eventuellement elle aussi. Dans ce cas, la perte de masse liee au pretraitement serait inferieure a 25%. L'analyse de composition elementaire montre que certaines caracteristiques d'elements (C, H, 0, N, Cl, matieres volatiles) sont plutot homogenes entre les differentes fractions (figure 1). 15 En revanche, it a ete observe que les elements inorganiques tendent a se concentrer sensiblement dans la fraction des particules la plus fine, soit pour une taille inferieure a 0,45 mm (figure 2). Si l'on observe plus specifiquement les differents metaux, on voit que le traitement mecanique selon l'invention permet de diminuer de fawn notable les metaux, 20 notamment le Pb avec un facteur 5 de reduction et le Zn avec un facteur 3, dans la fraction des particules de taille superieure a 2,5 mm, avec cependant une concentration en Ti peu impactee. Le tableau 2 ci-apres synthetise les valeurs cibles etablies selon les specifications reglementaires. 25 8 TABLEAU 2 Concentration des elements Taille des particules de bois B broyees et Total Norme dans differentes fractions dans tamisees reglementaire un bois B selon l' &at de l' art inferieure comprise comprise superieure a 0,45 entre 0,45 entre 1,4 a 2,5 mm mm et 1,4 mm et 2,5 mm Azote (%m) 2,9 2,4 1,9 2,2 2,2 1,5 Plomb (mg/kg) 1879 831 180 69 344 50 Zinc (mg/kg) 3832 2294 993 432 1096 200 Somme des 7890 4808 2190 1603 2701 1000 metaux (mg/kg) Il ressort de ce tableau 2 que les valeurs cibles reglementaires sont depassees pour l'azote, le plomb, le zinc et la somme des metaux. Apres traitement par broyage et criblage selon l'invention, les concentrations 5 sont demeurees superieures a ces valeurs cibles, mais s'en sont tout de meme considerablement rapprochees pour la fraction dont la taille est superieure a 2,5 mm (figure 3). Suite a cette premiere campagne, une deuxieme campagne d'essais a ete menee par les inventeurs, afin de confirmer les resultats et d'optimiser le traitement selon 10 l'invention. Pour cette deuxieme campagne, le bois B broye a ete tamise en trois fractions distinctes avant d' etre analyse en termes de composition elementaire. Les trois fractions de bois ont ete tamisees selon leur granulometrie comme suit : 15 - taille inferieure a 0,45 mm ; - taille comprise entre 0,45 et 1,5 mm ; - taille superieure a 1,5 mm. Pour cette deuxieme campagne d'essais, les inventeurs ont pu constater que : - les teneurs en polluants dans le lot de bois B avant traitement selon 20 l'invention etaient déjà inferieures aux normes attendues en entrée de chaudiere biomasse ; 9 - les valeurs mesurees sur le lot de bois B broye ne sont pas exactement les memes que celles obtenues en additionnant les contributions des differentes fractions, probablement en raison de l'echantillonnage imparfait. Seuls les resultats tendanciels doivent donc etre consideres sans s' attarder sur des comparaisons trop precises. 5 Comme on le voit sur la figure 4, les bilans matieres mettent en evidence que la proportion en masse de fines, incluant les fractions de taille inferieure a 0,45 mm et celles inferieures a 1,5mm, represente une faible part du total, comprise entre 5 et un peu plus de 15% du total du combustible, soit des valeurs inferieures a celle obtenue au cours de la premiere campagne d'essais. 10 Cela confirme donc la viabilite economique du procede par broyage avec criblage selon l'invention en vue d'une utilisation du bois B en chaufferie biomasse. Quant aux differences observees selon les tailles de grilles employees, il a ete difficile de les expliquer et elles n'ont pas ete jugees significatives. La figure 5 montre la teneur en metaux avant traitement selon l'invention et 15 dans les fractions broyees separees apres criblage selon cette deuxieme campagne d'essais, pour les differentes grilles avec comparaison a la cible selon la norme reglementaire symbolisee par le trait horizontal. Comme on le constate sur les figures 6 et 7, les resultats ont confirme l'augmentation marquee de la concentration des metaux, ainsi que des elements Pb et Zn 20 dans les fines. On precise que sur ces figures 5 a 7, le terme « reconst » se rapporte aux donnees reconstituees correspondant a une recomposition artificielle du bois broye. De fait, le bois a ete broye avec differentes grilles, a savoir avec une taille de maillage respectivement egale a 30 mm, 50 mm et 80 mm, puis il a ete tamise en trois fractions differentes. La composition du bois avant tamisage a ete obtenue en multipliant les teneurs 25 de chaque fraction par le pourcentage massique de chaque fraction. Les deux resultats des figures 5 a 7 valident donc l'interet du pretraitement etudie pour nettoyer le bois B, avec une elimination marquee des polluants et une perte en combustible limitee. La encore, aucune influence nette de la grille de criblage n'a ete observee, ce qui laisse le choix libre de celle a privilegier. 30 Les resultats obtenus lors des deux campagnes d'essais valident l'interet du pretraitement mecanique par broyage et criblage pour nettoyer le bois B avant son brillage, 10 c'est-d-dire sa combustion, avec une elimination marquee des polluants metalliques presents en surface et une perte en combustible limitee. Aucune influence nette de la grille n'a ete obseryee, ce qui laisse le choix de celle a privilegier libre. 5 D'autres variantes et avantages de l'invention peuvent etre realises sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par exemple, si dans le cadre des essais, le broyeur utilise etait un broyeur industriel a couteaux, on peut envisager d'utiliser tout autre type de broyeur, de preference déjà equipe d'une ou plusieurs grilles de criblage. 10 L'invention n' est pas limitee aux exemples qui viennent d' etre decrits; on peut notamment combiner entre elles des caracteristiques des exemples illustres au sein de variantes non illustrees. 11 REFERENCES CITEES [1]: Elbariji, S., Elamine, M., Eljazouli, H., Kabli, H., Lacherai, A., Albourine, A., "Treatment and valorisation of the wood by-products. Application to the elimination of the industrial stains." COMPTES RENDUS CHIMIE, Volume: 9 Issue:10 Pages:1314- 5 1321DOI: 10.1016/j .crci.2006.05.006 Published: OCT 2006. [2]: Girods P, Dufour A, Rogaume Y, Rogaume C, Zoulalian A. "Thermal removal of nitrogen species from wood waste containing urea formaldehyde and melamine formaldehyde resins." J Hazard Mater 2008;159:210-21. [3]: Matte Huron, Sophia Oukala, Jerome Lardiere, Nicolas Giraud, Capucine Dupont, "An extensive characterization of various treated waste wood for assessment of suitability with combustion process". Fue1,202 (2017) 118/128. REVENDICATIONS1. Procede de traitement mecanique de dechets de bois, de type bois B, comportant : - une ≊ de broyage desdits dechets, - une ≊ de criblage des dechets broyes. 2. Procede de traitement selon la revendication 1, l'etape de broyage etant mise en oeuvre par un broyeur de type a couteaux, de preference munie de grilles de 10 criblage. 3. Procede de traitement selon la revendication 2, les grilles de criblage ayant une maille de criblage egale a 30 mm, 50 mm ou 80 mm. 15 4. Utilisation en tant que combustibles, des dechets de bois B broyes conformement au procede selon l'une des revendications precedentes, dans une installation de chaufferie, notamment pour chauffage urbain.