Procédé de fabrication de charbon et appareil pour la mise en oeuyre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de charbon de carbonisation, notam- ment de charbon de bois.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on introduit continuellement des parti cules d'une matière carbonée dans une partie supé rieure d'une zone de réaction chauffée de l'exté rieur, ayant une section transversale horizontale allongée dont la plus courte dimension s'étend entre deux surfaces planes parallèles délimitant ladite zone de réaction,
en ce que l'on effectue un mou vement constant desdites particules de matière car bonée de haut en bas à travers ladite zone de réac tion sous l'influence de la gravité afin de réaliser une carbonisation progressive de ladite matière car bonée et de former du charbon à partir de celle-ci dans ladite zone de réaction,
lesdites particules de matière carbonée se déplaçant à contre-courant par rapport aux produits volatils de carbonisation ascendants, et en ce que l'on retire continuellement le charbon d'une partie inférieure de ladite zone de réaction.
L'invention comprend également un appareil pour la mise en pauvre dudit procédé. Cet appareil est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe, un moyen d'amenée d'un gaz chaud à l'intérieur de l'enveloppe, plusieurs cornues de carbonisation allongées s'étendant verticalement à l'intérieur de ladite enveloppe,
chacune desdites cornues renfer mant une zone de réaction de section transversale horizontale allongée dont la plus courte dimension s'étend entre deux surfaces planes parallèles de ladite zone de réaction,
un moyen pour amener con tinuellement des particules de matière carbonée dans les extrémités supérieures desdites cornues,
un moyen pour retirer continuellement du char bon des extrémités inférieures desdites cornues et un moyen pour barrer temporairement le passage au charbon immédiatement avant qu'il parvienne au moyen pour le retirer des cornues.
La matière carbonée traitée est de préférence de la sciure de bois, car la sciure de bois est actuel lement un déchet dont l'écoulement pose un pro blème difficile. Le fait que personne n'ait jusqu'ici proposé un procédé pratique de fabrication du char bon de bois à partir de la sciure peut être attribué à l'état physique de celle-ci, c'est-à-dire à son état particulaire. Si l'on carbonise la sciure de bois en vrac dans un four ou .une cornue du type utilisé pour la production de charbon de bois à partir de biles de bois,
la partie centrale de la masse se carbonise en premier lieu en produisant une croûte épaisse de charbon de bois agissant comme une barrière isolante empêchant un transfert efficace de la cha leur dans la masse, et il est nécessaire de conformer préalablement la sciure en blocs compacts de dimen- sions comparables à celles des billes de bois classi- ques, à l'aide d'un liant.
Le procédé vise en premier lieu la conversion de la sciure de bois en charbon de bois mais il peut également être appliqué à la production de charbon à partir d'autres matières cellulosiques, telles que des particules de tourbe ou de mousse, et de toutes les matières végétales carbonées naturelles à base de cellulose,
d'hémi-celludose ou de ligno-cellulose. La grosseur de particule de la matière première n'est pas déterminante. En ce qui concerne la sciure de bois, on peut utiliser n'importe quelle sciure de scierie.
Cette sciure a ordinairement des particules de grosseur assez variable et peut comprendre une certaine proportion de particules assez grandes pour être qualifiées de copeaux plutôt que de sciure. Pour simplifier, on décrira le procédé dans son application autraitement de la sciure de bois.
Dans le procédé selon l'invention, la tempéra ture peut augmenter progressivement le long de la zone de réaction, de la chaleur étant apportée à la zone de réaction. Lorsque la sciure a atteint une région où la température régnante est d'environ 1900C, une réaction exothermique peut s'amorcer,
qui fournit la majeure partie de la chaleur n6ces- saire pour achever la carbonisation. La tempéra- tare maximum dans la zone de réaction peut alors être normalement comprise entre 380 et 5400 C envi ron. .
Cette température maximum exerce une influence déterminante sur les propriétés du char bon produit, et en particulier sur sa teneur en matières volatiles. Cette température peut être faci lement réglée en augmentant le débit du charbon sortant pair l'extrémité inférieure de la zone de réac tion ou en réduisant le débit de la chaleur apportée à la zone de réaction.
Grâce à ce réglage de la tem pérature maximum dans la zone de réaction, il est possible de fixer la teneur en matières volatiles du. charbon avec une précision de l'ordre de 2 %. De plus, la teneur en matières volatiles peut être abais sée au-delà de ce qui est possible avec n'importe quel procédé de carbonisation connu dans lequel on utilise des billes. de bois.
Il est particulièrement important que le procédé selon l'invention permette de carboniser des bois tendres comme le sapin et le pin. La haute teneur en matières résineuses de ces bois tendres .rend très difficile leur traitement dans un four.
Par contre, le procédé selon l'invention permet de produire du charbon à partir des bois tendres aussi facilement qu'à partir des bois durs comme le chêne et l'érable.
Cela provient probablement du meilleur transfert de chaleur réalisé dans le procédé selon d'invention, et du rapport surface/poids élevé de la sciure, en comparaison avec les billes.
Les sous-produits volatils du procédé selon l'in vention, tout comme ceux des procédés de carboni- sation connus, représentent une source potentielle de goudron de bois, d'alcool méthylique et d'acide acétique. Lorsque cela est avantageux, ces matiè res peuvent donc être recueillies et traitées comme il convient.
Si ce n'est pas le cas, on. peut les laisser s'échapper dans l'atmosphère ou, de préférence, on les brûle pour fournir la chaleur à la zone de réac tion.
Les cornues de carbonisation peuvent compor ter des orifices de sortie pour les sous-produits vola tils, ménagés à intervalles espacés le long de la zone de réaction. Les composants les ,plus volatils s'échappent par l'orifice supérieur et les moins volatils par l'orifice inférieur. Lorsque les sous- produits volatils sont une source de goudron de bois,
etc., la présence de plusieurs orifices de sortie :pour les matières volatiles est utile, car cela assure un fractionnement pratique de ces matières, et simplifie le traitement subséquent.
Lorsqu'on désire récupérer de la chaleur en brûlant les matiè res volatiles, il est possible de le faire de façon plus rationnelle en prélevant certaines fractions des matières volatiles plutôt qu'en en brûlant la tota lité.
Les fractions légères ont un faible pouvoir calo rifique car elles contiennent une proportion prépon dérante de vapeur d'eau, et il est avantageux de les séparer du courant de matières volatiles alimentant un brûleur.
L'avantage essentiel de ces orifices est cependant que les constituants à haut point d'ébul lition sont retirés d'une partie de la zone de réac tion qui est assez chaude pour les maintenir à d'état gazeux.
Si on laisse ces constituants à haut point d'ébullition gagner le sommet de la zone de réac tion, ils risquent de se condenser à nouveau dans .les parties supérieures plus froides de la zone de réaction. Ceci affecterait quelque peu de rendement du processus de carbonisation et nécessiterait une prolongation du temps de séjour de la matière dans la zone de réaction.
La hauteur de la zone de réaction est détermi née principalement par le gradient de température qui y règne. Il serait indésirable d'amener de la matière carbonée froide sur un lit très chaud, de sorte que la zone de réaction se prolonge vers le haut assez loin pour que la température au sommet de la zone de réaction soit relativement basse, par exemple d'environ 1500 C.
La matière carbonée peut être préchauffée avant l'introduction dans la zone de réaction, par exemple au moyen des gaz résiduels ou des produits de combustion des sous- produits volatils, afin de réduire le gradient de tem pérature au point de chargement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention, destinée à la production de charbon à partir de sciure de bois, ainsi que plusieurs variantes d'un détail de cette forme d'exécution.
La fig. 1 est une vue en élévation de l'appareil. La fig. 2 est une vue en plan de l'appareil de la fi-. 1 La fig. 3 est une coupe selon la ligne A-A de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe selon la ligne B -B de la fig. 1.
La fig. 5 est une coupe selon la ligne C-C de la fig. 1.
La fig. 6 est une coupe selon la ligne D-D de la fig. 1, et Les fig.- 7, 8, 8a, 9, 9a, 10 et 11 représentent divers dispositifs pour l'évacuation du charbon hors de l'appareil.
L'appareil représenté aux fig. 1 à 6 comprend une enveloppe externe 1 formée de plaques d'acier 2 et d'un revêtement réfractaire 3. Six cornues de carbonisation 4, formées de plaques d'acier et de section transversale horizontale rectangulaire dont le petit côté a de 15 à 61 cm, sont disposées côte à côte à l'intérieur de l'enveloppe 1.
Chaque cornue 4 est pourvue à son extrémité supérieure d'un pas sage d'entrée 5 pour la sciure qui provient d'une trémie d'alimentation commune 6 comportant six tuyaux d'alimentation 7 conduisant la sciure aux six entrées 5.
Trois brûleurs à sciure 8 sont disposés autour de la base de l'enveloppe externe 1 ; ces brûleurs sont du type classique utilisé actuellement pour la com bustion de la sciure,
parfois pour fournir de la cha leur utile et parfois simplement pour détruire la sciure. Les produits de combustion provenant des brûleurs 8 sont éjectés à l'intérieur de l'enveloppe 1 dans laquelle ils s'écoulent en direction ascendante,
autour et entre les cornues 4 auxquelles ils donnent de la chaleur. Les gaz sortent de l'enveloppe 1 par une cheminée 9 munie d'un amortisseur baromé- trique 9a.
La sciure alimentant les cornues 4 et les brû leurs 8 est prélevée d'un espace d'emmagasinage (non représenté) par un transporteur à vis 10 entrainé par un moteur électrique 11. Elle est ensuite soufflée au moyen d'une soufflerie 12 entrai née par un moteur électrique 13, en direction ascen dante dans un tuyau 14 et jusqu'à un cyclone 15.
Un tuyau 16 conduit la sciure du cyclone 15 à la trémie d'alimentation 6, et un tuyau 17, qui se sub divise en trois branches 18, conduit la sciure du cyclone aux brûleurs à sciure 8.
A la base de chacune des cornues 4 se trouve un dispositif à vis d'Archimède 19, qui sert à l'évacua tion du charbon hors de la cornue. Les dispositifs 19 amènent le charbon, par des tubes de sortie 20 et des tuyaux de raccordement 21,à un transporteur à vis 22 qui transporte le charbon Jusqu'à un second transporteur à vis 23, qui emporte le charbon vers une installation de stockage ou de briquetage.
Comme on le voit particulièrement à la fig. 7, les tubes de sortie 20 sont munis d'enveloppes de refroi- dissement 24 dans lesquelles on fait passer de l'eau de refroidissement, et de reniflards 25 pour l'échap pement des gaz.
Chaque cornue 4 est pourvue à son sommet d'un passage de sortie 26 pour ;l'évacuation dans d'at- mosphère de la vapeur d'eau et des sous-produits volatils légers du processus de carbonisation, et, à peu près à mi-hauteur,
de tuyaux de sortie infé rieurs 26a qui traversent l'enveloppe 1 et permettent la sortie des sous-produits volatils lourds du pro- cessus de carbonisation.
L'appareil, représenté aux fig. .1 à 6 peut opé rer en continu. La sciure pénètre dans les cornues 4 en provenance de la trémie d'alimentation 6 et commence -immédiatement à recevoir la chaleur passant à travers les parois des cornues et la cha leur cédée par les sous-produits volatils montant dans les cornues.
Pour faire démarrer le processus de carbonisa tion, on remplit les cornues 4 de sciure et on allume les brûleurs 8. On s'abstient pendant plusieurs heu res de retirer du charbon de bois des cornues. Pen dant cette période d'attente, la sciure voisine du fond de la cornue est lentement carbonisée. L'état des cornues est individuellement déterminé de temps à autre en soutirant un peu de charbon par les tubes de sortie 20 et,
lorsque le charbon a atteint la qua lité désirée, on met les dispositifs à vis 19 en marche continue.
Pendant que le charbon est évacué du fond des cornues 4 par l'action des dispositifs à vis 19, il se produit un mouvement descendant progressif de la sciure sous l'effet de la gravité. On règle le débit d'évacuation du charbon en agissant sur la vitesse de rotation des dispositifs à vis 19, de ,
façon que le temps de séjour de la sciure dans les cornues 4 soit suffisant pour assurer une carbonisation approxi mativement complète de la sciure qui donne un charbon ayant la teneur désirée en matières volatiles. On peut également commander la température maxi mum de carbonisation en modifiant l'intensité du chauffage des cornues par variation du débit de la sciure dans les brûleurs à sciure 8, ce qui constitue un autre moyen de réglage de la teneur en matières volatiles du charbon produit.
Pendant que l'appareil fonctionne en continu, les cornues 4 contiennent de la sciure fraiche à leurs extrémités supérieures et du charbon de teneur désirée en matières volatiles à leurs extré mités inférieures.
Entre ces deux extrémités, se trouve de la sciure dont le degré de carbonisation varie de façon continue. Le mouvement progressif de la sciure vers des régions de température tou jours croissante est accompagné d'un accroisse ment progressif du degré de sa carbonisation. La vapeur d'eau et les sous-produits volatils les plus légers sortent par les tuyaux de sortie supérieurs 26. Un espace triangulaire non occupé par la sciure se trouve dans le sommet de chacune des cornues 4.
Les dimensions de cet espace sont déterminées par la pente naturelle de tassement de la sciure intro duite par l'orifice d'entrée 5. Le tuyau de sortie 26 est placé au-dessus de cet espace triangulaire, de sorte que la sciure humide ne le colmate pas, comme ce serait le cas s'il était .placé près du haut du côté de la cornue.
Les sous-produits volatils lourds sortent des tuyaux de .sortie inférieurs 26a. Il ne se produit pas de colmatage des tuyaux de sortie 26a, car lorsque la sciure a atteint le niveau de ces tuyaux de sortie, elle est déjà partiellement carbonisée. On peut recueillir et traiter tout ou par tie de ces sous-produits.
En variante, on peut les brûler pour chauffer les cornues 4 ou pour pré chauffer et sécher la sciure amenée dans les cor- nues 4.
L'appareil illustré est capable de produire du charbon de teneur voulue en matières volatiles, à partir de n'importe quel type de sciure provenant de bois tendre ou de bois dur. Le charbon conserve la forme des particules de sciure et est de préfé rence briqueté de manière connue, lorsqu'il est des tiné à servir de combustible.
Le mécanisme d'évacuation du charbon hors des cornues 4 peut être modifié de diverses façons en vue d'assurer une extraction uniforme du charbon sur toute la section transversale des extrémités infé- rieures des cornues.
La fi-. 7 montre une variante dans laquelle le dispositif à vis 19 a un pas plus grand dans sa par tie éloignée du tube de sortie 20 que dans sa partie adjacente au tube de sortie 20. Il y a par conséquent une plus forte poussée sur le charbon le plus éloigné du tube de sortie 20, ce qui combat la tendance nor male, selon laquelle l'extraction du charbon au voi sinage du tube de sortie 20 est favorisée.
La fig. 8 et la fig. 8a (qui est une coupe selon la ligne E <B>-E</B> de la fig. 8) représentent une variante dans laquelle un agitateur du type à échelle 27 est suspendu dans chaque cornue 4 au .moyen de chaî- nes 28, l'agitateur 27 pouvant être actionné au moyen d'une barre 29 traversant le côté de la cornue 4 et l'enveloppe 1.
La présence de l'agitateur 27 pro voque une retenue temporaire du charbon à son voisinage de sorte que le dispositif à vis 19 peut emporter tout .le charbon tombant sur lui, et un enlèvement favorisé du charbon dans la partie de la cornue la plus proche du tube de sortie 20 est nettement évité. On peut imprimer un mouvemnt intermittent à la barre 29 manuellement ou méca niquement.
Là également, le dispositif à vis 19 a un pas plus grand dans sa partie éloignée du tube de sortie 20 que dans sa partie adjacente audit tube.
La fig. 9 et la fig. 9a (qui est une coupe selon la ligne F-F de la fig. 9) représentent une variante qui ressemble à celle des fig. 8 et 8a sauf que l'agi tateur du type à échelle 27 est remplacé par un alimenteur en. étoile 30 qui sert au même but.
La fig. 10 montre une variante dans laquelle chaque cornue est divisée, au moins près de sa base, en deux chambres séparées 31, 32, au moyen d'une cloison 33 en acier. Deux dispositifs à vis d'Archimède 34 et 35 sont placés de manière que chacun d'eux évacue le charbon de l'une seulement des deux chambres séparées 31 et 32.
Une plaque 36 sert à empêcher le charbon provenant de la cham bre 32 de tomber sur le dispositif à vis 34.
La fig. 11 montre une variante qui est semblable à celle de la fig. 10, sauf que les dispositifs à vis 34 et 35 retirent le charbon par les côtés opposés de la cornue. La plaque 36 n'est pas nécessaire dans cette construction.
L'appareil décrit convient particulièrement dans les régions où la sciure est disponible dans des quantités considérables et embarrassantes, du fait que les brûleurs à sciure 8 peuvent être alimentés économiquement et servent aussi à détruire de la sciure.
Cependant, lorsque la sciure ne peut pas être dépensée aussi librement, les brûleurs 8 peu vent être remplacés par d'autres types de brûleurs, par exemple des brûleurs à gaz, ou peuvent être utilisés seulement pour fournir une chaleur supplé mentaire à celle produite par la combustion des sous-produits volatils.
On a fait fonctionner l'appareil décrit avec un débit d'évacuation du charbon et un débit d'apport de chaleur par les brûleurs convenant à la pro duction d'un charbon à haute teneur en matières volatiles, propre à être utilisé comme combustible pour des feux d'intérieurs familiaux. L'analyse de ce charbon est donnée ci-dessous,
ensemble avec les analyses de trois charbons de bois typiques du commerce produits par le procédé au four. Le char bon obtenu par mise en pauvre du procédé faisant l'objet de l'invention est désigné charbon D et les trois charbons normaux sont désignés A, B, et C.
La particularité la plus frappante de cette com paraison est la teneur en cendres du charbon D qui est beaucoup plus faible que celle des autres charbons.
La production de charbon de bois ayant une teneur en cendres de l'ordre de 1 % est difficile à réaliser avec les procédés connus, alors qu'avec le procédé faisant l'objet de l'invention cela peut être réalisé couramment, ce qui peut être attribué au fait que durant la carbonisation, l'air est exclu de façon plus complète que dans le cas des procédés connus;
en conséquence, un enrichissement en cendres par combustion partielle durant la carbo nisation est pratiquement évité.
En outre, le Tefroi- dissement du charbon et l'adsorption correspon- dante d'oxygène peuvent être maintenus sous con trôle de façon beaucoup plus efficace lorsque le charbon est sous forme granulée et est en mouve-
EMI0004.0151
Charbon <SEP> A <SEP> Charbon <SEP> B
<tb> Comme <SEP> reçu <SEP> Sec <SEP> Comme <SEP> reçu <SEP> Sec
<tb> Humidité <SEP> % <SEP> <B>.......</B> <SEP> _<B>..........</B> <SEP> ......<B>..........</B> <SEP> 4,6 <SEP> 0,0 <SEP> 4,9 <SEP> 0,
0
<tb> Cendres <SEP> % <SEP> <B>.......................................</B> <SEP> 9,4 <SEP> 9,9 <SEP> 4,2 <SEP> 4,5
<tb> Matières <SEP> volatiles <SEP> % <SEP> <B>..................</B> <SEP> 20,4 <SEP> 21,3 <SEP> 18,2 <SEP> 19,1
<tb> Carbone <SEP> fixe <SEP> % <SEP> .........:.................... <SEP> 65,6 <SEP> 68,8 <SEP> 72,7 <SEP> 76,4
<tb> Pouvoir <SEP> calorifique <SEP> cal/kg <SEP> ......... <SEP> 6340 <SEP> 6645 <SEP> 7055 <SEP> 7415
<tb> - <SEP> Charbon <SEP> C <SEP> Charbon <SEP> D
<tb> Comme <SEP> reçu <SEP> Sec <SEP> Comme <SEP> reçu <SEP> Sec
<tb> Humidité <SEP> % <SEP> <B>............</B> <SEP> .<B>.....................</B> <SEP> .. <SEP> .
<SEP> 5,4 <SEP> 0,0 <SEP> 4,8 <SEP> 0,0
<tb> Cendres <SEP> % <SEP> <B>.......................................</B> <SEP> 22,6 <SEP> 23,9 <SEP> 0,9 <SEP> 0,9
<tb> Matières <SEP> volatiles <SEP> % <SEP> .................. <SEP> 17,3 <SEP> 18,3 <SEP> 28,2 <SEP> 29,6
<tb> Carbone <SEP> fixe <SEP> %.............................. <SEP> 54,7 <SEP> 57,8 <SEP> 66,1 <SEP> 69,5
<tb> Pouvoir <SEP> calorifique <SEP> cal/kg <SEP> ......... <SEP> 4750 <SEP> 5020 <SEP> 6850 <SEP> 7200 ment continu, et l'inflammation après refroidisse ment, qui est fréquente avec le charbon en blocs produit par. les procédés connus, peut être prati quement éliminée.
L'auto-allumage et la combus tion partielle du charbon de bois en blocs après la carbonisation tendent aussi à augmenter la teneur en cendres du produit final.
On voit que les teneurs en matières volatiles des charbons secs A, B et C sont dans les limites de 18 à 22 %. Ces limites .sont typiques des charbons produits par les procédés connus. On a volontaire ment donné au charbon D une teneur plus élevée en matières volatiles, soit de 29,6 % ; comme men tionné ce charbon est destiné à :l'emploi dans des cheminées d'appartement.
Cependant, en élevant la température de car bonisation et/ou en réduisant le débit d'évacuation du charbon, il est possible d'abaisser la teneur en matières volatiles jusqu'à environ 5 % si désiré, ou à n'importe quelle valeur intermédiaire. Par exem ple, l'appareil décrit a été utilisé pour produire un charbon de bois ayant l'analyse suivante-:
EMI0005.0030
Charbon <SEP> E
<tb> Comme <SEP> reçu <SEP> Sec
<tb> Humidité <SEP> % <SEP> .............................. <SEP> 1,2 <SEP> 0
<tb> Cendres <SEP> % <SEP> ...........:...:
................. <SEP> 13,0 <SEP> <B>13,1</B>
<tb> Matières <SEP> volatiles <SEP> %............... <SEP> 2,7 <SEP> 2,8
<tb> Pouvoir <SEP> calorifique <SEP> cal/kg... <SEP> 7940 <SEP> 8040
<tb> Carbone <SEP> fixe <SEP> %........................ <SEP> 84,25 <SEP> 84,3 On voit que ce charbon a une teneur en cendres supérieure à celle du charbon D :ci-dessus ; elle est toutefois inférieure à celle de n'importe lequel des charbons A, B et C.
Process for the production of charcoal and apparatus for carrying out this process The present invention relates to a process for the production of charcoal for carbonization, in particular charcoal.
This process is characterized in that particles of a carbonaceous material are continuously introduced into an upper part of an externally heated reaction zone, having an elongated horizontal cross section, the shortest dimension of which is 'extends between two parallel flat surfaces delimiting said reaction zone,
in that a constant movement of said particles of carbonated material is carried out from top to bottom through said reaction zone under the influence of gravity in order to achieve a progressive carbonization of said carbonated material and to form charcoal therefrom in said reaction zone,
said particles of carbonaceous material moving countercurrently to the ascending volatile carbonization products, and in that the carbon is continuously withdrawn from a lower portion of said reaction zone.
The invention also comprises an apparatus for the lean of said process. This apparatus is characterized in that it comprises an envelope, a means for supplying a hot gas inside the envelope, several elongated carbonization retorts extending vertically inside said envelope,
each of said retorts enclosing a reaction zone of elongated horizontal cross section, the shortest dimension of which extends between two parallel flat surfaces of said reaction zone,
means for continuously feeding particles of carbonaceous material into the upper ends of said retorts,
means for continuously removing good char from the lower ends of said retorts and means for temporarily blocking the passage of carbon immediately before it reaches the means for removing it from the retorts.
The treated carbonaceous material is preferably sawdust, since sawdust is presently a waste the flow of which poses a difficult problem. The fact that no one has hitherto proposed a practical method of making charcoal bon de bois from sawdust can be attributed to the physical state of the sawdust, i.e. its particulate state. . If loose sawdust is carbonized in an oven or retort of the type used for the production of charcoal from wood biles,
the central part of the mass chars first, producing a thick charcoal crust acting as an insulating barrier preventing an efficient transfer of heat in the mass, and it is necessary to first shape the sawdust into compact blocks of dimensions comparable to those of conventional logs, using a binder.
The process is primarily aimed at the conversion of sawdust into charcoal, but it can also be applied to the production of charcoal from other cellulosic materials, such as peat or moss particles, and all natural carbonaceous plant materials based on cellulose,
hemi-celludose or lignocellulose. The particle size of the raw material is not critical. As for sawdust, any sawmill sawdust can be used.
This sawdust usually has particles of quite variable size and may include a certain proportion of particles large enough to qualify as chips rather than sawdust. For simplicity, the process will be described in its application to the treatment of sawdust.
In the process according to the invention, the temperature can gradually increase along the reaction zone, with heat being supplied to the reaction zone. When the sawdust has reached a region where the prevailing temperature is around 1900C, an exothermic reaction can start,
which provides most of the heat necessary to complete charring. The maximum temperature in the reaction zone can then normally be between 380 and 5400 C approximately. .
This maximum temperature has a decisive influence on the properties of the good product char, and in particular on its volatile matter content. This temperature can be easily controlled by increasing the rate of the carbon exiting through the lower end of the reaction zone or by reducing the rate of heat supplied to the reaction zone.
By this adjustment of the maximum temperature in the reaction zone, it is possible to fix the volatile content of the. charcoal with an accuracy of around 2%. In addition, the volatiles content can be lowered beyond what is possible with any known charring process in which beads are used. Of wood.
It is particularly important that the process according to the invention makes it possible to carbonize soft woods such as fir and pine. The high content of resinous materials in these softwoods makes them very difficult to process in a kiln.
On the other hand, the process according to the invention makes it possible to produce charcoal from softwoods as easily as from hardwoods such as oak and maple.
This is probably due to the better heat transfer achieved in the process according to the invention, and the high surface / weight ratio of the sawdust, compared to the logs.
The volatile by-products of the process according to the invention, like those of the known carbonization processes, represent a potential source of wood tar, methyl alcohol and acetic acid. When advantageous, these materials can therefore be collected and processed as appropriate.
If not, we. can escape into the atmosphere or, preferably, are burnt to provide heat to the reaction zone.
The carbonization retorts may have outlets for the volatile byproducts provided at spaced intervals along the reaction zone. The more volatile components escape through the upper orifice and the less volatile through the lower orifice. When volatile by-products are a source of wood tar,
etc., the presence of several outlets: for volatiles is useful, as it ensures convenient fractionation of these materials, and simplifies subsequent processing.
When it is desired to recover heat by burning the volatiles, it is possible to do so more rationally by removing certain fractions of the volatiles rather than by burning all of them.
The light fractions have a low calorific value because they contain a preponderant proportion of water vapor, and it is advantageous to separate them from the stream of volatiles feeding a burner.
The essential advantage of these orifices, however, is that the high boiling point constituents are removed from a part of the reaction zone which is hot enough to maintain them in a gaseous state.
If these high boiling point constituents are allowed to reach the top of the reaction zone, they may condense again in the cooler upper parts of the reaction zone. This would affect somewhat the efficiency of the carbonization process and necessitate an extension of the residence time of the material in the reaction zone.
The height of the reaction zone is determined mainly by the temperature gradient prevailing there. It would be undesirable to feed cold carbonaceous material onto a very hot bed, so that the reaction zone extends upwardly far enough that the temperature at the top of the reaction zone is relatively low, e.g. about 1500 C.
The carbonaceous material can be preheated prior to introduction into the reaction zone, for example by means of residual gases or combustion products of volatile by-products, in order to reduce the temperature gradient at the point of loading.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the apparatus for carrying out the method according to the invention, intended for the production of charcoal from sawdust, as well as several variants. a detail of this embodiment.
Fig. 1 is an elevational view of the apparatus. Fig. 2 is a plan view of the apparatus of the fi. 1 Fig. 3 is a section along the line A-A of FIG. 2.
Fig. 4 is a section along the line B -B of FIG. 1.
Fig. 5 is a section along the line C-C of FIG. 1.
Fig. 6 is a section taken along line D-D of FIG. 1, and Figs. 7, 8, 8a, 9, 9a, 10 and 11 show various devices for removing the charcoal from the appliance.
The apparatus shown in Figs. 1 to 6 comprises an outer shell 1 formed of steel plates 2 and a refractory lining 3. Six carbonization retorts 4, formed of steel plates and of rectangular horizontal cross section, the short side of which has 15 to 61 cm, are placed side by side inside the envelope 1.
Each retort 4 is provided at its upper end with an inlet pitch 5 for the sawdust which comes from a common feed hopper 6 comprising six feed pipes 7 leading the sawdust to the six inlets 5.
Three sawdust burners 8 are arranged around the base of the outer casing 1; these burners are of the conventional type currently used for the combustion of sawdust,
sometimes to provide useful heat and sometimes simply to destroy the sawdust. The combustion products from the burners 8 are ejected inside the casing 1 in which they flow in an upward direction,
around and between the retorts 4 to which they give heat. The gases leave the casing 1 through a chimney 9 provided with a barometric damper 9a.
The sawdust feeding the retorts 4 and the burners 8 is taken from a storage space (not shown) by a screw conveyor 10 driven by an electric motor 11. It is then blown by means of a blower 12 driven in. by an electric motor 13, in an upward direction in a pipe 14 and up to a cyclone 15.
A pipe 16 leads the sawdust from the cyclone 15 to the feed hopper 6, and a pipe 17, which is divided into three branches 18, leads the sawdust from the cyclone to the sawdust burners 8.
At the base of each of the retorts 4 is an Archimedean screw device 19, which serves to evacuate the carbon out of the retort. The devices 19 bring the coal, through outlet tubes 20 and connecting pipes 21, to a screw conveyor 22 which transports the coal to a second screw conveyor 23, which carries the coal to a storage facility or bricklaying.
As can be seen particularly in FIG. 7, the outlet tubes 20 are provided with cooling jackets 24 through which cooling water is passed, and with breathers 25 for exhausting the gases.
Each retort 4 is provided at its top with an outlet passage 26 for the evacuation into the atmosphere of water vapor and light volatile by-products of the carbonization process, and, approximately at halfway up,
of lower outlet pipes 26a which pass through the casing 1 and allow the exit of the heavy volatile by-products of the carbonization process.
The apparatus, shown in fig. .1 to 6 can operate continuously. The sawdust enters the retorts 4 from the feed hopper 6 and immediately begins to receive the heat passing through the walls of the retorts and the heat released by the volatile by-products rising in the retorts.
In order to start the carbonization process, the retorts 4 are filled with sawdust and the burners 8 are ignited. For several hours, no charcoal is removed from the retorts. During this waiting period, the sawdust near the bottom of the retort is slowly charred. The condition of the retorts is individually determined from time to time by withdrawing a little carbon through the outlet tubes 20 and,
when the charcoal has reached the desired quality, the screw devices 19 are put into continuous operation.
While the carbon is discharged from the bottom of the retorts 4 by the action of the screw devices 19, there is a gradual downward movement of the sawdust under the effect of gravity. The charcoal discharge rate is adjusted by acting on the speed of rotation of the screw devices 19, of,
so that the residence time of the sawdust in the retorts 4 is sufficient to ensure an approxi mately complete carbonization of the sawdust which gives a carbon having the desired content of volatiles. The maximum carbonization temperature can also be controlled by modifying the intensity of the heating of the retorts by varying the flow rate of the sawdust in the sawdust burners 8, which constitutes another means of adjusting the volatile matter content of the carbon produced. .
While the apparatus is in continuous operation, the retorts 4 contain fresh sawdust at their upper ends and charcoal of desired volatile content at their lower ends.
Between these two ends is sawdust, the degree of carbonization of which varies continuously. The gradual movement of sawdust towards regions of ever increasing temperature is accompanied by a gradual increase in the degree of its carbonization. Water vapor and lighter volatile byproducts exit through the top outlet pipes 26. A triangular space unoccupied by sawdust is located in the top of each of the retorts 4.
The dimensions of this space are determined by the natural slope of the settling of the sawdust introduced through the inlet port 5. The outlet pipe 26 is placed above this triangular space, so that the wet sawdust does not. does not clog, as it would if it were placed near the top of the retort side.
Heavy volatile byproducts exit from lower outlet pipes 26a. Clogging of the outlet pipes 26a does not occur, because when the sawdust has reached the level of these outlet pipes, it is already partially charred. All or part of these by-products can be collected and processed.
Alternatively, they can be burned to heat the retorts 4 or to preheat and dry the sawdust fed into the horns 4.
The illustrated apparatus is capable of producing charcoal of desired volatile content from any type of sawdust from softwood or hardwood. The charcoal retains the shape of the sawdust particles and is preferably briquetted in known manner when it is intended for fuel.
The mechanism for removing the carbon from the retorts 4 can be modified in various ways to ensure uniform extraction of the carbon over the entire cross section of the lower ends of the retorts.
The fi-. 7 shows a variant in which the screw device 19 has a greater pitch in its part remote from the outlet tube 20 than in its part adjacent to the outlet tube 20. There is therefore a greater thrust on the coal. further away from the outlet tube 20, which counteracts the normal tendency, according to which the extraction of coal in the vicinity of the outlet tube 20 is favored.
Fig. 8 and fig. 8a (which is a section along the line E <B> -E </B> of fig. 8) show a variant in which a scale type stirrer 27 is suspended in each retort 4 by means of chains 28, the agitator 27 being operable by means of a bar 29 passing through the side of the retort 4 and the casing 1.
The presence of the agitator 27 causes a temporary retention of the coal in its vicinity so that the screw device 19 can take away any coal falling on it, and a favored removal of the coal in the part of the retort nearest to it. of the outlet tube 20 is clearly avoided. An intermittent movement can be imparted to the bar 29 manually or mechanically.
Here too, the screw device 19 has a greater pitch in its part remote from the outlet tube 20 than in its part adjacent to said tube.
Fig. 9 and fig. 9a (which is a section on the line F-F of fig. 9) show a variant which resembles that of figs. 8 and 8a except that the scale type agitator 27 is replaced by a feeder. star 30 which serves the same purpose.
Fig. 10 shows a variant in which each retort is divided, at least near its base, into two separate chambers 31, 32, by means of a steel partition 33. Two Archimedean screw devices 34 and 35 are placed so that each of them discharges the carbon from only one of the two separate chambers 31 and 32.
A plate 36 serves to prevent the charcoal from the chamber 32 from falling onto the screw device 34.
Fig. 11 shows a variant which is similar to that of FIG. 10, except that the screw devices 34 and 35 remove the carbon from the opposite sides of the retort. Plate 36 is not required in this construction.
The disclosed apparatus is particularly suitable in regions where sawdust is available in considerable and inconvenient amounts, since the sawdust burners 8 can be economically powered and also serve to destroy sawdust.
However, when the sawdust cannot be spent so freely, the burners 8 can be replaced by other types of burners, for example gas burners, or can be used only to provide additional heat to that produced by combustion of volatile by-products.
The apparatus described was operated with a coal discharge rate and a heat input rate through the burners suitable for the production of coal with a high volatile content, suitable for use as a fuel for cooking. family interior fires. The analysis of this coal is given below,
together with analyzes of three typical commercial charcoals produced by the kiln process. The good char obtained by leaning the process which is the subject of the invention is designated D char and the three normal chars are designated A, B, and C.
The most striking feature of this comparison is the ash content of the D coal, which is much lower than that of the other coals.
The production of charcoal having an ash content of the order of 1% is difficult to achieve with the known methods, whereas with the method forming the subject of the invention this can be carried out commonly, which can be attributed to the fact that during carbonization air is excluded more completely than in the case of known processes;
consequently, ash enrichment by partial combustion during carbonization is practically avoided.
In addition, the cooling of the carbon and the corresponding adsorption of oxygen can be kept under control much more effectively when the carbon is in granular form and is in motion.
EMI0004.0151
Coal <SEP> A <SEP> Coal <SEP> B
<tb> As <SEP> received <SEP> Sec <SEP> As <SEP> received <SEP> Sec
<tb> Humidity <SEP>% <SEP> <B> ....... </B> <SEP> _ <B> .......... </B> <SEP>. ..... <B> .......... </B> <SEP> 4.6 <SEP> 0.0 <SEP> 4.9 <SEP> 0,
0
<tb> Ashes <SEP>% <SEP> <B> .................................... ... </B> <SEP> 9.4 <SEP> 9.9 <SEP> 4.2 <SEP> 4.5
<tb> Volatile <SEP> materials <SEP>% <SEP> <B> .................. </B> <SEP> 20.4 <SEP> 21 , 3 <SEP> 18.2 <SEP> 19.1
<tb> Carbon <SEP> fixed <SEP>% <SEP> .........: .................... <SEP> 65, 6 <SEP> 68.8 <SEP> 72.7 <SEP> 76.4
<tb> Calorific value <SEP> <SEP> cal / kg <SEP> ......... <SEP> 6340 <SEP> 6645 <SEP> 7055 <SEP> 7415
<tb> - <SEP> Coal <SEP> C <SEP> Coal <SEP> D
<tb> As <SEP> received <SEP> Sec <SEP> As <SEP> received <SEP> Sec
<tb> Humidity <SEP>% <SEP> <B> ............ </B> <SEP>. <B> ............. ........ </B> <SEP> .. <SEP>.
<SEP> 5.4 <SEP> 0.0 <SEP> 4.8 <SEP> 0.0
<tb> Ashes <SEP>% <SEP> <B> .................................... ... </B> <SEP> 22.6 <SEP> 23.9 <SEP> 0.9 <SEP> 0.9
<tb> Volatile <SEP> materials <SEP>% <SEP> .................. <SEP> 17.3 <SEP> 18.3 <SEP> 28, 2 <SEP> 29.6
<tb> Carbon <SEP> fixed <SEP>% .............................. <SEP> 54.7 <SEP > 57.8 <SEP> 66.1 <SEP> 69.5
<tb> Calorific value <SEP> <SEP> cal / kg <SEP> ......... <SEP> 4750 <SEP> 5020 <SEP> 6850 <SEP> 7200 continuously, and ignition after cooling, which is common with the block coal produced by. known methods, can be practically eliminated.
Self-ignition and partial combustion of lump charcoal after charring also tend to increase the ash content of the final product.
It can be seen that the volatile matter contents of the dry carbon A, B and C are within the limits of 18 to 22%. These limits are typical of coals produced by known methods. Charcoal D was purposely given a higher volatile content of 29.6%; as mentioned, this charcoal is intended for: use in apartment fireplaces.
However, by raising the charcoal temperature and / or reducing the charcoal discharge rate, it is possible to lower the volatile matter content to about 5% if desired, or to any intermediate value. . For example, the apparatus described was used to produce a charcoal having the following analysis:
EMI0005.0030
Coal <SEP> E
<tb> As <SEP> received <SEP> Sec
<tb> Humidity <SEP>% <SEP> .............................. <SEP> 1,2 <SEP> 0
<tb> Ashes <SEP>% <SEP> ...........: ...:
................. <SEP> 13.0 <SEP> <B> 13.1 </B>
<tb> Volatile <SEP> materials <SEP>% ............... <SEP> 2.7 <SEP> 2.8
<tb> Calorific value <SEP> <SEP> cal / kg ... <SEP> 7940 <SEP> 8040
<tb> Carbon <SEP> fixed <SEP>% ........................ <SEP> 84.25 <SEP> 84.3 We see that this coal has a higher ash content than that of the coal D: above; it is, however, lower than that of any of the A, B and C.