Brevet FR3115097A1 — publié le 20220415

Machine de pyrolyse de biomasse actionnée par la vapeur L’invention concerne une machine de pyrolyse de biomasse en continu, légère et simplifiée, pouvant être mobile par traction animale. Elle est conçue pour pyrolyser les déchets forestiers ou agricoles sur site dans des environnements difficiles. Elle comporte principalement une cuve dans laquelle des palettes (23) animées d’un mouvement alternatif brassent la biomasse. Le chauffage de la cuve qui utilise les gaz de pyrolyse, est assuré par une rampe à gaz située sous la cuve. Cette invention est une retro innovation, elle est conçue pour être rudimentaire, elle s’inspire des machines du temps de la « vapeur agricole » pour être entretenue en brousse par des mécanicien « marteau et clé à molette ». Les mécanismes de chargement, vidage et mélange sont entrainée par de simples vérins à vapeur. Machine de pyrolyse de biomasse actionnée par la vapeur Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à une machine de pyrolyse destinée à la fabrication de bio char en flux continu à partir de déchets forestiers, agricoles ou des ordures ménagères Elle a été conçue pour être peu couteuse, légère, mobile, mue par traction animale afin d’être utilisée en brousse, loin de source d’électricité, de carburant et de techniciens qualifiés. Pour répondre à ces contraintes, elle est actionnée par la vapeur produite par la combustion de ses propres gaz de pyrolyse. Les mécanismes sont simplifiés au maximum grâce à l’utilisation d’un système basique de vérins et bielles. Elle est montée sur un châssis remorque classique qui peut être amovible pour permettre d’utiliser ce châssis pour la collecte de la matière première. Etat de la technique Il est connu de nombreuses machines de pyrolyses de biomasse en flux continu. Elles sont conçues pour être utilisées en poste fixe, donc lourdes. Pour répondre au modernisme, elles sont toutes électrifiées voire informatisées. La conception habituelle des unités de pyrolyse à flux continu est le type four cylindrique tournant, alimenté et vidé par des vis sans fin. Ces machines requièrent un châssis lourd et des entrainements complexes de la cuve et des vis, elles ont donc un poids prohibitif pour un usage mobile par traction animale. L’utilisation de vis sans fin implique un pré broyage de la matière. Pour remédier à ces inconvénients ci-dessus présenté, cette machine comporte une simple cuve (1) statique enfermée dans un capot isolant (3). La matière est brassée puis broyée par les mouvements alternatifs de palettes (23) mues par au moins un vérin (20). Le chargement et déchargement de la cuve se fait par poussée à l’aide de vérin. Le dispositif de chargement (32) assure aussi le hachage de la matière première. La machine de pyrolyse se compose principalement d’un châssis remorque classique et d’une cuve (1). Ce châssis est amovible de manière à pouvoir l’utiliser pour la récupération de la matière première aux alentours, dans ce cas la cuve est supportée par des pieds télescopiques. Le réglage d’inclinaison de la cuve détermine la vitesse de circulation de la matière. La cuve est traversée par des axes (22) porteurs de palettes (23). Ces axes, entrainés par un ou plusieurs vérins et des systèmes de bielles(21), sont animés d’un mouvement alternatif pour brasser la matière au fond de la cuve. Pour pré –charger la cuve ou la nettoyer, des trappes de visite (2 ; 13) sont pratiquée sur les faces d’entrée et de sortie. La cuve est chargée à une extrémité par un tuyau (30) dans lequel la matière est hachée et poussée par un vérin (32).A l’autre extrémité, la cuve (1) se vide par un orifice dans un boitier (5) à l’intérieur duquel la dernière palette ou un vérin pousse le bio char dans le tuyau (6) Le gaz produit par la pyrolyse est amené sous la cuve à la rampe à gaz (11) pour la chauffer La vapeur est produite par une chaudière. Selon le schéma, elle peut être de type ‘cuve’ (8), située sur le sommet de la machine ou de type ‘vapeur instantanée’ (chaudière « serpollet ») située sous la machine à proximité des rampes à gaz. Sous la machine une tôle perforée (7) sert de support au combustible servant au chauffage de démarrage de la machine. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : présente une vue 3D latérale arrière de la machine présente une vue 3D latérale avant de la machine présente une coupe 3D transversale au niveau de la cheminée (4) présente une coupe longitudinale 3D présente une vue de détail 3D du système de vidage boitier ouvert présente une vue de détail du système de chargement Le dessin pour l’abrégé est la figure 1 Les dessins sont schématiques et ne représentent pas les détails, les vannes gaz, le circuit vapeur et les commandes qui sont d’une conception classique. Description détaillée L’invention est machine de pyrolyse de biomasse comprenant une cuve (1) recouverte d’un capot (3) thermiquement isolant contenant des éléments mélangeurs, les palettes (23)) , internes à la cuve, solidaires de leurs axes (22) et animées d’un mouvement alternatif. Elles balaient le fond lobé de la cuve (1) pour brasser et broyer la biomasse. La cuve est chauffée aux alentours de 400°, par du combustible placé sur la tôle perforée (7) pour le démarrage puis par les gaz issu de la pyrolyse amené par une rampe a gaz (11). Pour maximiser le rendement par rapport à une cuve cylindrique et favoriser l’étalement de la matière, son fond comporte une surface approximativement horizontale lobée. Le centre des lobes est concentrique avec des axes (22) porteurs de palettes (23), celles- ci balaient la surface des lobes. Un espace entre la cuve (1) et le capot (3) permet aux fumées du système de chauffage de circuler jusqu’à la cheminée (4) Les palettes (23) représentées schématiquement sur les dessins, doivent avoir une forme adaptée à leur position sur l’axe afin de disperser puis mélanger la matière. Les palettes situées près de la sortie doivent broyer le bio char pour cela des éléments fixes sur le fond de la cuve peuvent aider au cisaillement. La machine comporte des mécanismes de mélange, de chargement et de vidage, ces mécanismes sont mus par la vapeur sous pression produite par la combustion des gaz de pyrolyse. Pour alimenter le circuit vapeur, il faut une chaudière. On peut utiliser une chaudière traditionnelle, la chaudière (8) de type ‘réservoir’, elle est située entre la cuve (1) et le capot isolant (3), sans contact direct avec les flammes du chauffage de la cuve. Pour augmenter la sécurité et limiter l’entretien, on peut ne pas utiliser de cuve, dans ce cas la chaudière est de type ‘vapeur instantanée’ composée de tubes « serpollet » situés au contact direct des flammes de chauffage de la cuve. La chaudière « cuve » nécessite un contrôle de niveau qui peut être contraignant. La chaudière « serpollet » est inexplosible, elle est plus adaptée à une utilisation en régime non constant. L’injection d’eau dans la chaudière se fait par une pompe (25) piston entrainée par le système de mélange.. Les vannes, les vérins et les conduites vapeur ne comportent rien de novateur et sont issus des techniques éprouvées de l’âge de la vapeur, ils ne sont pas représenté sur les dessins. Le dispositif de chargement de biomasse comprend un tube(30) et un piston(32). Le tube communique avec la cuve (1) à une extrémité, Il est équipé d’un système piston / vérin à l’autre extrémité. La surface périphérique du piston (32) est en contact avec la paroi interne du tube (30), le piston est équipé de lames à son extrémité. Le bord d’un évent sur le flanc du tube est équipé de lames, les lames (33) ayant pour fonction de sectionner la biomasse par cisaillement entre le piston et la paroi du tube L’évent sert d’entrée de la biomasse, il est coiffé d’une trémie (31). Le circuit gaz sert à évacuer le gaz de pyrolyse, une partie est brulé sous la cuve (1) pour la chauffer, l’autre partie est de préférence brulé dans une torchère ou condensé. Le chauffage de démarrage est assuré par la combustion de n’importe quel combustible étalé sur le support (7) situé sous la cuve et le chauffage de fonctionnement est assuré par une rampe à gaz (11) située sous la cuve, brulant une partie du gaz de pyrolyse. Le gaz produit par la pyrolyse sort de la cuve par deux tuyaux, d’une part le tuyau (10) qui l’amène sous la cuve à une rampe a gaz (11), d’autre part le tuyau (12) qui sert à évacuer les excédents. Des vannes contrôlent le flux de gaz entre les tuyaux (10) et (12) donc l’intensité du chauffage. Le bio char est évacué de la machine après traitement, pour cela, le bio char est poussé dans un tube (6), selon une première variante, par une palette (26) équipée d’un poussoir (28), mue par un axe (22) de mélange ou selon une autre variante par un vérin indépendant Le dispositif d’évacuation peut être conçu de deux manières, selon une première variante (fig. 5), une palette (26) située dans le boitier (5), fixée sur un axe (22) des palettes mélangeuses pousse le bio char à l’intérieur du tuyau (6). Le bio char poussé est bloqué entre le poussoir (28) et le couvercle circulaire (27). Selon une seconde variante, un vérin indépendant pousse le bio char, ce qui permet de rendre la cadence de vidage indépendante de celle du mélange. Des clapets anti retour situés dans le tuyau empêchent le refoulement du bio char et assure l’étanchéité de la cuve au démarrage à vide. Une trappe de visite (13) permet de nettoyer le système d’évacuation. L’échappement, à l’intérieur de tuyau (6), de la vapeur morte issue de tous les vérins permet de refroidir le bio char et de conserver une atmosphère non oxydante dans le tuyau et le fut USAGE La cuve froide est chargée de matière par la trappe (2). Cette trappe est refermée et ne doit pas être rouverte en cours de fonctionnement. Du combustible, placé sur la tôle perforée (7), est allumé pour chauffer la cuve (1). Lorsque la pyrolyse commence, le gaz issu prend le relais. Dès que la pression de vapeur est suffisante, le chargement par la trémie et le brassage peut commencer. Le bio char est récupéré dans un fut fermé, le bio char doit refroidir à l’abri de l’air. Par mesure de simplicité, le fut peut être un fut standard sur le dessus duquel on a pratiqué un évent équipé d’une trappe. Le fut plein est refermé puis remplacé. Le bio char est extrait des futs après refroidissement complet. - Machine de pyrolyse de biomasse comprenant une cuve (1) recouverte d’un capot (3) thermiquement isolant contenant des éléments mélangeurs, les palettes caractérisée en ce que les palettes (23) internes à la cuve, solidaires de leurs axes (22) et animées d’un mouvement alternatif balaient le fond lobé de la cuve (1) pour brasser et broyer la biomasse. - Machine de pyrolyse de biomasse selon la revendication 1 comprenant des mécanismes de mélange , de chargement et de vidage caractérisés en ce que ces mécanismes sont mus par la vapeur sous pression produite par la combustion des gaz de pyrolyse. - Machine de pyrolyse de biomasse selon les revendications 1 et 2 comprenant, selon une première option, une chaudière (8) caractérisée en ce que la chaudière est de type ‘réservoir’, est située entre la cuve (1) et le capot isolant (3), sans contact direct avec les flammes du chauffage de la cuve. - Machine de pyrolyse de biomasse selon les revendications 1 et 2 comprenant, selon une deuxième option, une chaudière, caractérisée en ce que la chaudière est de type ‘vapeur instantanée’ composée de tubes « serpollet » situés au contact direct des flammes de chauffage de la cuve. - Machine de pyrolyse de biomasse selon les revendication précédentes comprenant un dispositif de chargement de biomasse caractérisée en ce que la biomasse est poussée par un piston (32) dans un tube (30) communicant avec la cuve (1), ladite biomasse entrant dans le tube (30) par un évent pratiqué sur la paroi du tube. - Dispositif de chargement de biomasse de la machine de pyrolyse de biomasse selon la revendication 5 comprenant un tube (30) et un piston (32) caractérisé en ce que la surface périphérique du piston (32) est en contact avec la paroi interne du tube (30), que le piston est équipé de lames à son extrémité , que le bord de l’évent est équipé de lames, les lames (33) ayant pour fonction de sectionner la biomasse par cisaillement entre le piston et la paroi du tube. - Machine de pyrolyse de biomasse selon les revendications précédentes comprenant un système de vidage du bio char caractérisée en ce que le bio char est poussé dans un tube (6) , selon une première variante, par une palette (26) équipée d’un poussoir, mue par un axe (22) de mélange ou selon une autre variante par un vérin indépendant. - Machine de pyrolyse de biomasse selon les revendications précédentes comprenant une cuve (1) chauffée caractérisée en ce que le chauffage de démarrage est assuré par la combustion de n’importe quel combustible étalé sur le support (7) situé sous la cuve et que le chauffage de fonctionnement est assuré par une rampe à gaz (11) située sous la cuve, brulant une partie du gaz de pyrolyse - Machine de pyrolyse de biomasse selon les revendications précédentes comprenant une cuve et un capot isolant thermiquement caractérisé en ce que un espace entre la cuve (1) et le capot (3) permet aux fumées du système de chauffage de circuler jusqu’à la cheminée (4)