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Appareil pour la carbonisation rationnelle des bois en vue de l'obtention d'un charbon de bois de haut pouvoir calorifique.
La présente invention a pour objet un appareil principalement destiné à opérer la carbonisation des bois créosotes provenant notamment des vieilles traverses de chemin de fer pour 1-'obtention d'un charbon de bois de haut pouvoir calorifique .
La plupart des appareils industriels connus sont conçus sur le principe primitif des meules de charbonnier, et les produits gazeux transporteurs de la chaleur séchappent directement par le point le plus élevé; ces appareils conviennent dès lors fort mal à l'obtention d'un charbon de bois de valeur.
Il a donc été jugé.nécessaire de mettre au pointa pour le but poursuivi, un appareil industriel procurant une carbonisation ra- tionnelle extrêmement lente et qui soit tel que les hydrocarbures
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dégagés dans la phase de carbonisation, restent en contact le plus longtemps possible avec la masse du bois et, mis en réserve dans un collecteur, soient à nouveau intégrés dans la masse du charbon en cours de refroidissement, afin d'augmenter considérablement la valeur du charbon obtenu.
Le trajet des gaz avant qu'ils gagnent le collecteur relié à la cheminée, a donc été spécialement étudié de façon à faire séjourner le plus longtemps possible ces gaz au contact de la masse en cours de carbonisation et un registre de réglage situé entre le collecteur susdit et la cheminée, permet d'obturer plus ou moins l'issue laissée aux gaz selon le stade de la carbonisation, pour pouvoir, en particulier dans la période de refroidissement, faire en sorte que les produits non volatils et les hydrocarbures emmagasinés par le collecteur des gaz soient à nouveau absorbas par le charbon sous forme de carbone pur pendant la période de refroidissement.
Si au contraire on m'attache pas une importance primordiale à la qualité ou valeur du charbon, on pourra relier le collecteur susdit à des appareils de condensation permettant la récupération (en vue de leur ultérieure distillation) des huiles de goudron fixées dans les bois créosotés et des produits pyroligneux (acide acétique ou alcool méthylique) si l'on traite uniquement des bois non créosotes*
L'invention, porte en outre sur les modalités de construction de la chambre de carbonisation et plus particulièrement de celle de ses parois dt de sa voûte,.
Les parois peuvent être formées: a) soit de briques ou éléments réfractaires à haute teneur d'alumine, b)soit de panneaux métalliques indépendants à deux parois entretoisées, isolées entr'elles et permettant la libre dilatation, la paroi interne étant préférablement protégée jusqu'à une certaine hauteur par des éléments réfractaires.
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De même la voûte supérieure est constituée par des panneaux analogues,, à deux parois métalliques séparément démontables et à emboîtement et joints de sable spécialement étudiés, ceci en vue d'un chargement facile et rapide des bois de grandes dimensions..
Le chargement du charbon s'effectue par une ouverture en bout de l'appareil dont la fermeture hermétique est assur-ée, pendant la durée de la carbonisation, au moyen d'un panneau luté,
Un foyer à grille avec carneau d'accès et registre de fermetu- re sert à l'allumage à la partie inférieure du four.
Un collecteur en briques réfractaires est relié par des car- neaux à la partie inférieure(côté opposé au foyer) de la chambre de carbonisation et sert de chambre de réserve aux produits ga- zeux.
Enfin, une cheminée située. au-dessus du collecteur susdit as- sure le tirage durant l'opération; un registre de commande en ré- gle le fonctionnement.
L'invention sera du reste mieux comprise en se référant au des- sin annexé qui en montre,, à titre d'exemple, une forme possible de réalisation avec parois en éléments réfractaires et notamment: fig.1, vue en coupe verticale longitudinale de la chambre de carbonisation; fig. 2, vue transversale) partiellement . en . coupe; fig. 3, vue en coupe horizontale à l'en.droit du collecteur des gaz; fig. 4 et 5, deux détails d'emboitements; Fig. 6, un schéma d'installation de récupération de sous-pro- duits.
L'appareil de carbonisation comprend dans ses grandes lignes une chambre de carbonisation 1, un foyer 2 à grille 3 réglable pour l'allumage, un collecteur des gaz 4 et une cheminée 5 d'évacuation des fumées et gaz volatils. une
La chambre de carbonisation 1 forme/'enceinte- de plus ou moins
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grande longueur, constitué par l'accolement de sections identiques en plus ou moins grand nombre. de
Les parois latérales 5-6-7-1a chambre (fig. 2) sont constituée. par des murs en briques ou éléments réfractaires à teneur d'alumi- ne variable suivant leur hauteur, pour permettre à ceux-ci de résis- ter aux températures élevées pendant la carbonisation des bois créo- sotés:
par exemple paroi interne inférieure 5 en briques réfractai- res à. 35% d'alumine, paroi interne supérieure 6, en briques à 25% d'alumine et paroi externe 7, en briques réfractaires ordinaires.
Des évents 8 pour l'admission, d'air.obturables par volets8', de (fig.l) sont prévus à la base/l'enceinte de place en place,et per- mettant de conduire à la façon, connue, la marche de la carbonisa.- dernière tion.Des regards de visite 25 premettent la surveillance de cette/
Pour faciliter le chargement des bois à traiter et permettre de remplir complètement l'appareil, la voûte 9-10 de la chambrel est composée par une succession de panneaux plus aisément démonta- bles, formés de deux parois métalliques 9 et 10 indépendamment démontables (fig. 1 et 4) et isolées entre elles par un produit s iliceux de remplissage 11.
Les panneaux, inférieurs 9 et les panneaux supérieurs 10 se chevauchent mutuellement dans le sens de la longueur du four" com- me visible en figure 4 et ils sont assemblés entre eux par des emboîtements spéciaux constitués pae des profilés en U 12 ou res- pectivement 12' fixés aux extrémités des panneaux et dans lesquels pénètrent les ailes d'autres profilés en U 13' ou respectivement 13 beaucoup plus larges et rivés au milieu des autres panneaux, de sorte que ces derniers profilés chevauchent l'espace vide laissé entre les bords de deux panneaux voisins (fig. 4). Tous ces emboî- tements sont garnis de sable pour former joints.
En figure 4, on à repr ésent é un premier panneau inférieur 9a portant en son centre une gouttière en U 13 dans laquelle pénètrent les ailes les plus externes de deux petites U 12' fixés, l'un sur
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le bord droit du panneau supérieur gauche¯10 a, l'autre sur le bord gauche du panneau voisin 10b, l'espace entre les deux U 12' étant rempli de sable 14.
De façon semblable les bords latéraux 16 (cornières) des panneaux supérieurs 10 reposent (fig.5) dans une gouttière en U 15 supportée par la paroi externe supérieure-7 de la chambre.
La pose ou la, dépose de chaque panneau 9-10 est effectuée facilement au moyeh d'une petite potence, ou même à la main vu le fractionnement du poids. un panneau spécial 17-18 à double paroi,en tôle d'acier assure (fig. 1) la fermeture hermétique de l'ouverture 24 de la chambre par laquelle s'effectue le déchargement du charbon.
Les deux parois pourraient être indépendantes pour une plus grande facilité de manoeuvre.
Une plaque de tôle 26 à 111 entrée du carneau du foyer 2 sert à régler le tirage et à assurer la fermeture complète pendant la période de carbonisation.
Cette plaque d'obturation 26 est placée de telle sorte que sa manoeuvre soit possible lors de la fermeture du panneau 17-18 de décharge.
Le collecteur des gaz. 4. est relié à la chambre de carbonisa- %ion 1 au moyen de quatre cerneaux 19 situés à la partie inférieure
Les gaz se trouvent étranglés au passage des cerneaux 19, ce qui les oblige à séjourner plus longtemps en contact (le la nasse en cours de carbonisation.
¯ Le collecteur de gaz est construit également en maçonnerie de briques réfractaires' à haute teneur d'alumine , il emmagasine les produits non volatils étales hydrocarbures qui sont absorbés ensuite par le charbon sous forme de carbone pur pendant la pari ode de refroidissement.
La cheminée 5 d'évacuation des fumées et des gaz volatils est située au-dessus du collecteur 4 et un registre de réglage 20
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d'un type quelconque en permet l'obturation plus ou moins complète suivant le stade de carbonisation, cette obturation pouvant être complétée par application d'un tampon après pivotement de la chend. née pendant la période de refroidissement.
On comprendra dès lors aisément le fonctionnement de l'appare@
Le feu ayant été mis à des petits bois n placés au-dessus de la grille: 3-du foyer 2; la masse entre progressivement en carboniaation. La circulation des gaz de combustion commence par la région inférieure (région a), s'élève par convection naturelle (région b) pour revenir ensuite de haut en,bas (région c) (fige 1).
En passant dans la masse m du bois, ils abandonnent à celui-ci leur chaleur de surchauffe et, de ce fait, la carbonisation s'opère régulièrement.
Dans la partie inférieure de la chambre de carbonisation (région c), les gaz chauds freinas se répartissent entre les. quatre carneaux 19 et débouchent dans le collecteur ..de réserve avant d'être évacués partiellement par la cheminée 5 au moyen du registre de réglage 20.
Léchauffement progressif de la masse de bois jusqu'à la période exothermique de carbonisation est mis à profit pour la concentretion des hydrocarbures dans le collecteur de réserve 4 par une manoeuvre combinée des évents d'air 8. et du registre- de tirage 20,
Les évents et registre étant fermés au point culminant de l'epération, le dernier stade de la carbonisation se rapporte au refrod dissement du charbon de bois dans une atmosphère abondante d*hydro- carbures qui s'intègrent. dans la masse du charbon de bois, se transformant en carbone solide et augmentant ainsi notablement le pouvoir calorifique du combustible obtenu.
C'est ainsi qui on obtient aisément des charbons lourds comparables aux charbons de c.ornue et ayant une teneur en carbone-de 91 à 93%, résultat du à la façon lente et rationnelle avec laquelle la carbonisation est opérée.
Une fois le charbon refroidi ,son chargement s'opérera facilamant par 1 ouverture 24, le tassement, du à la carbonisation
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ayant ramené sensiblement le niveau à. celui du sommet de la dite ouverture 24.
L'appareil qui vient d'être décrit, grâce au processus spécial de carbonisation qu'il met en oeuvre, et à ses dispositions propres de réalisation, procure une augmentation du rendement en poids du charbon et de la teneur en carbone: a) par la circulation ralentie des produits gazeux transporteurs de chaleur; b) par l'apport des goudrons cokéfiés provenant de la créosote dont le s bois sont imprégnés-, c) par le refroidissement du charbon de bois dans une atmos- phère abondante d'hydrocarbures-qui se trouvent intégrés dans la mas. se sous forme de carbone solide.
Il va sans dire que l'appareil peut aussi bien convenir au traitement de bois créosotes qu'à celui de toutes essences de bois non injectés, bien qu'il ait été conçu pour pouvoir résister et convenir au cas spécial des bois créosotés.de grandes dimensions.
Enfin, il convient de signaler que dans le cas où l'on n'attache pas une importance primordiale à la valeur calorifique du charbon, on peut relier (fig. 6) le collecteur des gaz 4 situé en amont du registre 20 à un ensemble d'appareils 21, 22 redisant la condensation des hydrocarbures en vue de la récupération graduelle des huiles lourdes de goudron fixées dans les bois créosotes et des produits pyroligneux (acide acétique ou alcool méthylique)si l'un traite uniquement des bois non créosotés, Orna première fraction de produits condensés en 21 est recueillie en 21'; un condenseur usuel 22 à circulation d'eau permet de récupérer en 22' les produits se condensant en dernier lieu.
Le résultat de ces récupérations sera soumis ultérieurement à toute distillation appropriée.
L'appareil qui vient d'être décrit est susceptible, du reste, de recevoir toutes modifications de formes et de détails de
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réalisation selon le s cas et applications sans sortir du cadre du présent brevet.