Brevet FR3133548A1 — publié le 20230922

TITRE : Procédé et installation de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois et panneaux fabriqués à partir de telles fibres recyclables Procédé de traitement, consistant à : - déchiqueter (10) les déchets de panneaux de fibres, - soumettre (12) les déchets déchiquetés à l’action de la vapeur d’eau, - déclencher (13) l’explosion par la vapeur par une réduction brusque de la pression appliquée à la masse de fibres, - séparer (14) la fraction liquide et la masse de fibres, - sécher (15) la masse de fibres, - tamiser (17) la masse de fibres séchées pour retenir la fraction de fibres longues. Figure 1 Procédé et installation de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois et panneaux fabriqués à partir de telles fibres recyclables DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention a pour objet un procédé de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois appelés généralement panneaux MDF provenant directement de déchets de fabrication de meubles en panneaux de fibres de bois ou de déchets d’éléments d’ameublement mis au rebus. ETAT DE LA TECHNIQUE Le développement du mobilier intérieur fabriqué avec des panneaux de fibres de bois et les habitudes de changement de mobilier par les utilisateurs se traduit par une accumulation croissante, importante de déchets de fabrication et de déchets résultant de la mise au rebus du mobilier usagé. Or, ces déchets sont actuellement incinérés ou enfouis alors que parallèlement de nombreux produits industriels, dans de nombreux domaines sont valorisés au moins partiellement ou totalement par recyclage ou transformation, aussi serait-il souhaitable de valoriser de tels déchets disponibles en très grande quantité en les recyclant. BUT DE L’INVENTION La présente invention a pour but de développer un procédé et une installation permettant de recycler des déchets de panneaux de fibres de bois MDF encollées de résine urée-formaldéhyde provenant de la fabrication de meubles ou de meubles fabriqués et mis au rebus pour les réutiliser notamment dans la fabrication de panneaux de particules. EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois encollées de résine urée-formaldéhyde, caractérisé en ce qu’il consiste à déchiqueter les déchets de panneaux pour obtenir une masse de déchets déchiquetés, soumettre les déchets déchiquetés à l’action de la vapeur d’eau sous pression H1 : encollés avec de la résine urée-formaldéhyde, déclencher l’explosion par la vapeur des déchets déchiquetés par une réduction brusque de la pression appliquée aux déchets pour obtenir des fibres libres, séparer la fraction liquide de la masse de fibres résultant de l’explosion par la vapeur pour recueillir la masse de fibres, sécher la masse de fibres, tamiser la masse de fibres séchées pour retenir la fraction de fibres longues dont la longueur est supérieure à un seuil. Selon une autre caractéristique du procédé, le seuil de tamisage est de 500 microns minimum. Le procédé selon l’invention permet d’obtenir des fibres longues, nettoyées de la colle qui les réunissait dans le panneau de fibres de bois, ce qui permet d’avoir des fibres recyclables, qui peuvent être combinées à des particules pour fabriquer un panneau de particules. Les fibres sont recyclables et même si elles ont encore entre 15% et 20% de résine imprégnée dans l’infrastructure des fibres, cette résine ne gêne pas la séparation des fibres pour permettre de réaliser un mélange homogène de fibres recyclables et de particules de bois et fabriquer un panneau de particules ayant une structure homogène. Le procédé selon l’invention est particulièrement simple à mettre en œuvre et se traduit par une récupération économique de déchets de panneaux de fibre de bois qui seraient voués à l’incinération ou à l’enfouissage. Suivant une caractéristique du procédé, les conditions de température et de pression de la vapeur auxquelles sont soumis les déchets déchiquetés sont une température comprise entre 180°C et 210°C, une pression comprise entre 15 et 27 bars et une durée d’exposition à la vapeur sous pression de 5 à 20 minutes. Suivant une autre caractéristique, pour améliorer l’efficacité de l’extraction de la résine des déchets de panneaux, on ajoute une masse d’eau à l’état liquide aux déchets à traiter avant d’injecter la vapeur. Cela permet d’éliminer quelques pourcentages de plus de résine encombrant les fibres et les reliant encore partiellement entre elles. Suivant une caractéristique avantageuse, pour favoriser l’individualisation des fibres, on soumet les fibres sèches à l’action d’un flux d’air comprimé. L’invention a également pour objet une installation de traitement de déchets pour la mise en œuvre de ce procédé. Cette installation est caractérisée en ce qu’elle comprend un réacteur recevant les déchets déchiquetés de panneaux de fibres de bois, un générateur de vapeur d’eau alimentant le réacteur pour chauffer les déchets et les mettre sous pression, un séparateur solide / liquide pour séparer la phase liquide de la masse de matière humide en sortie du réacteur, un séchoir pour sécher la matière solide obtenue par le séparateur solide / liquide et évacuer les effluents et un dispositif de tamisage recevant les fibres sèches pour retenir les fibres longues comme fibres recyclables. Le transfert des masses à traiter entre les différents composants de l’installation peut se faire de manière continue ou discontinue. Dans de cas d’une liaison discontinue entre les composants, les masses traitées par chacun des composants respectifs sont mises dans des trémies. Suivant une autre caractéristique, l’installation comporte une source d’eau liquide reliée au réacteur pour y introduire de l’eau liquide avant l’injection de la vapeur. Cette eau liquide sera ensuite chauffée en même temps que les déchets broyés pour être mise en température et les imprégner d’eau et de vapeur d’eau. Suivant une autre caractéristique, l’installation comporte un générateur d’air comprimé pour individualiser les fibres sèches. L’installation comporte également de façon intégrée ou séparée, un broyeur recevant les déchets de panneaux de fibres de bois de tailles diverses que ces déchets proviennent de restes de fabrication ou de meubles de déchetterie, fabriqués en panneaux de fibres de bois. Le procédé de traitement des déchets de panneaux de fibres de bois est avantageusement combiné à un procédé de fabrication de panneaux à particules permettant d’intégrer entre 5% et 15% de fibres recyclables obtenues par le procédé décrit ci-dessus à des particules de bois pour fabriquer des panneaux de particules ayant les mêmes caractéristiques techniques que les panneaux de particules fabriqués uniquement avec des particules vierges. Suivant une autre caractéristique, les fibres recyclées dans un panneau de particules restent chargées entre 15% et 20% de résine, qui imprègne l’ultrastructure pariétale des fibres. Cette présence de résine résiduelle dans le panneau de particules ne modifie pas les caractéristiques du panneau puisque cette résine ne gêne pas la répartition homogène des fibres recyclables et des particules pour obtenir le panneau de particules de bois homogène contenant des fibres ainsi recyclées. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un procédé qui sera décrit ci-après à l’aide du dessin dans lequel : schéma par blocs d’un exemple de procédés et d’installations selon l’invention. combinaison horizontale d’un réacteur et d’un éclateur. combinaison verticale d’un réacteur et d’un éclateur. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION Selon la , l’invention a pour objet : - un procédé de traitement (I) de déchets de panneaux de fibres de bois MDF ou de meubles réalisés avec de tels panneaux pour obtenir des fibres recyclables et - un procédé de recyclage (II) pour fabriquer des panneaux de particules contant des fibres recyclées ainsi obtenues par le procédé de traitement (I), ces fibres étant combinées à des particules vierges pour obtenir des panneaux de particules de bois ayant les mêmes caractéristiques que les panneaux fabriqués avec des particules vierges. Les deux procédés (I) et (II) sont représentés combinés à la avec aussi les composants d’un mode de réalisation d’une installation permettant la mise en œuvre des procédés. Le procédé de traitement (I) se compose d’étapes successives 10-17 qui peuvent traiter les déchets par lots ou de manière continue. Selon une première étape 10, on déchiquette les morceaux de panneau de fibres de bois provenant de la fabrication de meubles ou de meubles mis au rebut pour les réduire mécaniquement en morceaux. Les morceaux sont des déchets broyés à une taille moyenne inférieure à environ 10 cm, plus accessibles au traitement. La masse de déchets réduits est mise par lots dans un réacteur dans lequel, selon une seconde étape 12, on injecte de la vapeur d’eau à une température comprise entre 180°C et 210°C, et une pression comprise entre 15 et 27 bar. La durée de cette étape de traitement par la vapeur est comprise entre 5 et 20 minutes notamment supérieur à 10 minutes. Les morceaux de déchets et l’eau liquide sont réchauffés par la vapeur. La vapeur injectée dans le réacteur se condense durant le traitement ; l’eau recueille jusqu’à 80-85 % de la résine des fibres en laissant en conséquence entre 15 et 20 % de résine imprégnée dans l’infrastructure des fibres. Selon une variante, dans une étape 11 précédant l’étape 12 on ajoute de l’eau à l’état liquide selon un rapport massique inférieur ou égal à 6 soit au plus 6 unités pondérales d’eau à l’état liquide pour une unité pondérale de déchets. Après l’ajout d’eau à cette masse de matière solide, on procède comme décrit ci-dessus : on injecte de la vapeur d’eau à une température comprise entre 180°C et 210°C et notamment une température supérieure à 180°C et une pression comprise entre 15 et 27 bar. La durée de cette étape de traitement par la vapeur comprise entre 5 et 20 minutes et notamment une durée supérieure à 10 minutes. La vapeur injectée dans le réacteur se condense durant le traitement et les condensats s’ajoutent à l’eau déjà présente dans le réacteur ; l’eau recueille la résine des fibres jusqu’à 80-85% en laissant entre 15 et 20% de résine imprégnée dans l’infrastructure des fibres. L’ajout d’eau avant l’injection de vapeur à la masse de déchets améliore le nettoyage des fibres des déchets exposés à la vapeur. Après l’étape d’injection de vapeur (12), précédée ou non de l’étape (11), on réduit brusquement la pression dans le réacteur pour provoquer l’explosion par la vapeur (étape 13) séparant les fibres des agglomérats de fibres exposés à la vapeur et le cas échéant immergés dans l’eau. La masse de fibres et d’effluents obtenue est traitée pour séparer (étape 14) les parties solides et les liquides. Les effluents chargés de résine sont traités (141) avant d’être évacués. Dans l’étape suivante (15), les fibres débarrassées des effluents sont séchées et les vapeurs résiduelles sont recueillies (151) pour être traitées puis évacués. Après séchage, on individualise (16) les fibres par un flux d’air sous pression pour séparer les fibres les unes des autres. Après cette étape (16), les fibres sèches et individualisées sont tamisées 17 pour recueillir les fibres longues, c’est-à-dire les fibres d’une longueur supérieure ou égale à 500 microns qui sont seules recyclables dans le procédé de fabrication de panneaux de particules de bois ; le restant (171) des produits séparés par tamisage sont des poussières et des fibres sous-dimensionnés récupérées séparément. Les fibres courtes et les poussières sont disponibles pour diverses valorisations. Ainsi, en fin de traitement, on obtient des fibres sèches, individualisées et débarrassées à 80-85 % de la colle d’urée-formaldéhyde qui sont des fibres recyclables pour la fabrication de nouveaux panneaux de particules en complément des particules de bois. Le transfert des fibres entre les différentes étapes du procédé de recyclage se fait par des trémies ou des convoyeurs. L’invention a également pour objet une installation pour la mise en œuvre du procédé de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois et une installation pour la fabrication de panneaux de particules recyclant les fibres obtenues en sortie de l’installation de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois. Ces installations sont représentées également à la . L’installation de traitement de déchets de panneaux de fibres qui mettent en œuvre le procédé (I) se compose d’un broyeur 31 qui reçoit les déchets de panneaux de fibres pour réduire ces déchets en morceaux d’une taille inférieure, de préférence à 10 cm. Ces déchets sont mis de façon continue par lots dans un réacteur 32 alimenté en eau selon le cas et en vapeur par un générateur de vapeur 33. L’action de l’eau, de la vapeur d’eau à température et sous pression et l’explosion par la vapeur se font dans le réacteur 32. En sortie du réacteur 32, les produits traités arrivent dans un séparateur liquide/solide encore appelé éclateur 34 qui évacue les effluents pour transférer la masse de fibres résultant de l’explosion à la vapeur et de l’élimination d’une partie de la résine, dans un séchoir 35 lui-même relié à un générateur d’air comprimé 36. Le séchoir 35 et le générateur d’air comprimé 36 peuvent être combinés en ce que le séchoir 35 assure d’abord la fonction de séchage des fibres puis après le séchage, les fibres sont soumises à l’action d’un flux d’air comprimé fourni par le générateur 36. En sortie, les fibres individualisées arrivent dans un dispositif de tamisage 37 qui sépare les fibres longues des fibres courtes et des poussières pour récupérer en sortie de tamis les fibres longues qui, nettoyées en grande partie de leur résine sont des fibres recyclables. L’installation de fabrication de panneaux de particules contenant des fibres de bois recyclables se compose d’une alimentation en particules vierges 20 et d’une alimentation 21 en fibres recyclables. Les particules vierges et les fibres recyclables alimentent un mélangeur 22 selon les proportions adaptées. Le mélange de fibres et de particules arrive dans l’installation de fabrication 23 proprement dite des panneaux de particules. Bien que la montre la combinaison des deux procédés (I) et (II) et des installations correspondantes, ces deux procédés peuvent être appliqués de manière séparée et les fibres recyclables ne sont pas toutes destinées à être recyclées dans des panneaux de particules. Elles peuvent être également recyclées notamment dans d’autres produits fabriqués avec des mélanges de fibres et de particules ou uniquement avec des fibres. Les figures 2 et 3 montrent deux versions de la combinaison du réacteur 32 et du séparateur/éclateur 34 sous la forme d’une combinaison horizontale et d’une combinaison verticale. Dans la combinaison horizontale de la , le flux de matière est horizontal en ce que la biomasse constituée par les déchets broyés arrive dans l’entrée 321h du réacteur 32h et la sortie de la masse traitée dans le réacteur se fait par la vanne de détente 322h reliée au séparateur/éclateur 34h. Le générateur de vapeur 33 est relié par en-dessous au réacteur 33h. Cette arrivée de vapeur est commandée par la vanne d’alimentation vapeur 323h. La vapeur arrive par en-dessous dans la biomasse dans le réacteur et traverse cette biomasse favorisant ainsi un contact dynamique et efficace pour l’échange thermique et l’agitation des morceaux de déchets par la vapeur. L’arrivée de vapeur complétée éventuellement par le chauffage du réacteur 32h maintien la biomasse à une température supérieure à 180°C pendant une durée au moins supérieure à 10 minutes. La traversée du bain formée par la biomasse, par la vapeur, agite les morceaux de déchets et favorise l’hydrolyse en exposant toutes les facettes des déchets à la vapeur et à l’eau. La détente créant la phase « d’explosion » est déclenchée par l’ouverture de la vanne de détente 322 qui libère le passage du flux de matière vers le séparateur/éclateur 34h. Les paquets de fibres explosent dans ce flux et dans le séparateur/éclateur 34h libérant les gaz notamment l’azote et le formaldéhyde qui sont évacués de la phase gaz de l’éclateur, ; la phase solide composée des fibres et des effluents est évacuée par la sortie 341h par gravité. La montre la combinaison verticale dans laquelle l’entrée 321v de la biomasse est dans le dessus du réacteur 32v ; la sortie de la masse traitée se fait par le dessous, à travers la vanne de détente 322v, dans le séparateur/ éclateur 34v. La vapeur alimente le réacteur 32v à partir du générateur 33 par la vanne d’alimentation 321v débouchant dans le dessous du réacteur 32v pour traverser la biomasse comme dans le réacteur 32v avec les mêmes effets et dans les mêmes conditions de température supérieure à 180°C, de pression supérieure à 15 bars et de durée supérieure à 10 minutes. La biomasse s’échappe par gravité et pression du réacteur 32v par l’ouverture de la vanne de détente 322v. Elle descend dans l’éclateur 34v pour y séparer les fibres. Les et les effluents sont évacués par la sortie 341v. Les gaz sont évacués par la sortie de gaz 342v. Le processus d’hydrolyse dans les réacteurs 32, 32h, 32v est une hydrolyse suivie, c’est-à-dire en sortie du procédé, les fibres sont analysées par une analyse IR (spectroscopie dans l’infrarouge) pour adapter les paramètres du traitement dans le réacteur. De façon plus détaillée, la masse de fibres obtenues après traitement par explosion à la vapeur et séchage est analysée par spectroscopie en proche infrarouge. Cette technique non destructive permet de décrire l’élimination de la résine urée-formaldéhyde. Une étude préalable réalisée sur des lots de fibres plus ou moins encollées permet de déterminer le taux de résine présent sur la masse de fibres que l’on souhaite analyser. Les résultats de cette analyse permettent d’optimiser le process de traitement des fibres. Deux cas peuvent ainsi se présenter : - si le taux de résine mesuré sur la masse de fibres est trop élevé, alors les conditions de traitement utilisées ne permettent pas d’obtenir une élimination suffisante de la résine. Elles doivent alors être durcies (augmentation de la température ou du temps de séjour) afin d’améliorer l’élimination de la résine sur les lots suivants. - si le taux de résine mesuré correspond au cahier des charges, le traitement par explosion à la vapeur peut être réalisé dans les mêmes conditions pour les lots suivants. Selon une forme de réalisation, le séparateur/éclateur 34 est un cyclone qui favorise la séparation des gaz et des effluents. L’invention a également pour objet un panneau de particules comprenant entre 5 et 15% de fibres recyclables obtenues par le procédé décrit ci-dessus, l’ensemble étant encollé de résine urée formaldéhyde ou de liant biosourcé. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX (nomenclature sans les suffixes alphabétiques) I Procédé de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois 10 Déchiquetage des déchets 11 Ajout d’eau liquide à la masse de déchets 12 Traitement des déchets déchiquetés avec de la vapeur 13 Explosion à la vapeur 14 Séparation des effluents 141 Traitement des effluents 15 Séchage des fibres séparées des effluents 151 Traitement des vapeurs de séchage 16 Individualisation des fibres 17 Tamisage des fibres sèches 171 Déchets non recyclables et poussières II Procédé de fabrication de panneaux de particules à fibres recyclées 20 Particules + liant 21 fibres recyclables 22 Mélange 23 Fabrication de panneaux de particules à fibres recyclées 31 Broyeur 32 Réacteur 321 Vanne d’entrée de la biomasse 322 Vanne de détente 323 Vanne d’alimentation en vapeur 33 Générateur de vapeur 34 Séparateur/éclateur 341 Sortie des fibres et effluents du séparateur 342 Sortie des gaz du séparateur 35 Séchoir 36 Générateur d’air comprimé 37 Dispositif de tamisage 41 Installation de fabrication de panneaux de particules Procédé de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois encollés avec de la résine urée-formadéhyde, caractérisé en ce qu’il consiste à : - déchiqueter (10) les déchets de panneaux pour obtenir une masse de déchets déchiquetés, - soumettre (11) les déchets déchiquetés à l’action de la vapeur d’eau sous pression dans un réacteur pour une hydrolyse à une température TC supérieure ou égale à 180° pendant une durée supérieure ou égale à 10 minutes, - déclencher (13) l’explosion par la vapeur des déchets déchiquetés par une réduction brusque de la pression appliquée aux déchets pour obtenir des fibres libres, - séparer (14) la fraction liquide de la masse de fibres résultant de l’explosion par la vapeur pour recueillir la masse de fibres, - sécher (15) la masse de fibres, - tamiser (17) la masse de fibres séchées pour retenir la fraction de fibres longues dont la longueur est supérieure à un seuil et évacuer l’autre partie de fibres et la poussière, et - recueillir la fraction de fibres longues recyclables. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conditions de température et de pression de la vapeur auxquelles sont soumis les déchets déchiquetés sont : - température comprise entre 180°C et 210°C, - pression comprise entre 15 et 27 bar, - durée d’exposition à la vapeur sous pression 10 à 20 minutes. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil de tamisage est de 500 µm. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que on ajoute (11) une masse d’eau à l’état liquide avant d’injecter la vapeur. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que on soumet les fibres séchées à l’action d’un flux d’air comprimé pour individualiser (16) les fibres. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres recyclables sont analysées en SPIR pour vérifier l’élimination de la résine urée-formaldéhyde et adapter les paramètres du réacteur 32. Installation de traitement de déchets de panneaux de fibres de bois pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’elle comprend - un réacteur (32) recevant les déchets déchiquetés de panneaux de fibres de bois, - un générateur de vapeur d’eau (33) alimentant le réacteur (32) pour chauffer les déchets et les mettre sous pression, - un séparateur solide/liquide (34) pour séparer la phase liquide de la masse de matière humide en sortie du réacteur, - un séchoir (35) pour sécher la matière solide obtenue par le séparateur solide/liquide et évacuer les effluents, - un dispositif de tamisage (37) recevant les fibres sèches pour retenir les fibres longues comme fibres recyclables. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu’elle comprend - une source d’eau liquide reliée au réacteur (32) pour y introduire de l’eau liquide avant l’injection de la vapeur. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu’elle comporte un générateur d’air comprimé (36) pour individualiser les fibres séchées. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réacteur (32) et l’éclateur (34) sont combinés pour former une combinaison horizontale (33h,34h) traversée par le flux horizontal de la biomasse d’’entrée dans le réacteur (32h) et la biomasse traitée arrivant dans l’éclateur (34h). Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réacteur (32) et l’éclateur (34) sont combinés pour former une combinaison verticale (32v, 34v) traversée par le flux vertical de la biomasse d’entrée dans le réacteur (32v) et la biomasse traitée arrivant dans l’éclateur (34v) Installation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réacteur (32) a une entrée de vapeur (323) arrivant par en dessous dans le réacteur pour traverser la biomasse chargée dans le réacteur, la réchauffer, l’agiter et la mettre au contact de la vapeur à une température supérieure à 180°C à une pression supérieure à 15 bars pendant une durée supérieure à 10 minutes. Procédé de fabrication de panneaux à particules caractérisé en ce qu’ on combine des fibres recyclables obtenues par le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 6, en combinant entre 5 et 15% de fibres recyclables à des particules de bois pour fabriquer des panneaux de particules de bois. Panneau de particules caractérisé en ce que il comprend entre 5 et 15% de fibres recyclables obtenues selon le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 6 et des particules, l’ensemble étant encollé de résine urée-formaldéhyde ou de liant biosourcé.