FR2594135A1 - Procede de carbonisation de matieres ligno-cellulosiques et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de carbonisation de matières ligno-cellulosiques d'humidité quelconque, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter thermiquement, en discontinu et en lit fixe, sans combustion partielle de ladite matière, dans une enceinte isolée et étanche, les matières ligno-cellulosiques disposées dans un récipient amovible à parois grillagées, ledit traitement thermique étant réalisé sous une pression effective d'environ 800 Pa et à une température d'environ 400 degrés C par contact direct desdites matières avec des gaz chauds non oxydants, lesdits gaz chauds non oxydants provenant de la combustion stoechiométrique de jus pyroligneux liquides stockés, lesdits jus pyroligneux étant issus d'une opération antérieure de carbonisation de matières ligno-cellulosiques, et le dispositif selon l'invention. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
Procédé de carbonisation de matières ligno-cellulosiques et dispositif pour sa mise en oeuvre.
La présente invention a pour objet un procédé de carbonisation de matières ligno-cellulosiques sans combustion partielle de ladite matière. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Le procédé et son dispositif sont tout particulièrement destinés à la fabrication du charbon de bois.
Selon la présente invention, on a mis au point un procédé à haut rendement énergétique avec production complémentaire de combustibles liquides et gazeux.
I1 fonctionne par contact direct de gaz chauds non oxydants à la température d'environ 4000C et sous pression d'environ 800 Pa, et est quasi auto-suffisant en ses besoins énergétiques.
Sa mise en oeuvre est également particulièrement avantageuse, en ce que notamment elle n'impose pas ou peu de limitations, quant à la matière première utilisée. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre avec des matières lignocellulosiques de toutes provenances telles que rondins et perches d'exploitation forestière, chutes et déchets de l'industrie du bois, déchets de l'agro-industrie, ainsi que de la biomasse actuellement inexploitée pour la production de carbone et combustibles tels que les grandes herbes et buissons.
Ces matières sont acceptées dans le procédé à un taux quelconque d'humidité, même supérieur à 45% (taux calculé par rapport à la masse anhydre).
De nombreux procédés de fabrication du charbon de bois ont déjà été décrits et mis en exploitation.
Il s'agit généralement de procédés fonctionnant en mode continu etlou en lit mobile ou fluidisé, à des températures supérieures à celle du procédé selon l'invention, avec ou sans combustion partielle de la matière.
Les procédés selon l'art antérieur, avec récupération des gaz issus de la carbonisation pour l'alimentation calorifique du système, fonctionnent, pour que cette alimentation calorifique soit suffisante, à des températures supérieures à 5000C, voire même jusqu'à 7000C. Ceci n'est évidemment pas sans conséquence sur le rendement desdits procédés.
D'autre part, un fonctionnement en continu impose des contraintes d'organisation du travail, contraintes économiquement défavorables ; un fonctionnement en lit mobile implique une érosion du charbon de bois en mouvement, par les effets de chocs, écrasement, frottement ... érosion pénalisant la rentabilité globale.
De plus, ces procédés selon l'art antérieur, à l'exception de celui décrit dans la demande PCT nO 79 00610, exigent, pour leur mise en oeuvre, des matières premières sèches ou très sèches, dont l'humidité ne peut dépasser 20% (taux calculé par rapport à la masse anhydre). Le procédé selon ladite demande PCT fonctionne avec des bois humides jusqu'à 45Z.
Selon la présente invention, comme indiqué ci-dessus, on a mis au point un nouveau procédé de carbonisation de matières ligno-cellulosiques, particulièrement intéressant en son aspect énergétique.
En effet, le principal handicap existant dans l'industrie de la carbonisation est le fait que les matières ligno-cellulosiques n'exsudent des gaz et liquides combustibles qu'après élimination complète de leur eau libre ou humidité. Or, c'est pendant la phase d'élimination de cette eau que l'opération de carbonisation exige le plus d'énergie calorifique.
C'est pour cette raison que tous les procédés industriels existants fonctionnent en dispositif continu de facon à pouvoir bénéficier des gaz produits au niveau "distillation" pour assurer l'élimination de l'eau au niveau "séchage".
C'est également pour cette raison que les procédés industriels existants ont une limite impérative quant à la teneur en eau des matières à traiter.
Le nouveau procédé objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il consiste à traiter thermiquement, en discontinu et en lit fixe, sans combustion partielle, dans une enceinte isolée et étanche, les matières ligno-cellulosiques disposées dans un récipient amovible à parois grillagées, ledit traitement thermique étant réalisé par contact direct desdites matières avec des gaz chauds non oxydants sous une pression effective d'environ 800 Pa, lesdits gaz étant à une température d'environ 4000C et provenant de la combustion stoechiométrique de jus pyroligneux liquides et combustibles stockés issus d'un traitement précédent.
Les matières ligno-cellulosiques à traiter sont disposées dans un récipient amovible à parois grillagées, le récipient étant immobile au sein d'une enceinte étanche, parfaitement isolée.
Ledit récipient est introduit dans ladite enceinte à chaque nouveau chargement de matières à traiter et sorti de celle-ci après refroidissement de la matière carbonisée obtenue.
Les gaz chauds non oxydants introduits dans l'enceinte transfèrent leur chaleur par contact direct à la matière lignocellulosique, au travers des parois grillagées.
La légère surpression d'environ 800 Pa permet d'optimiser ce transfert de chaleur,en assurant un coefficient d'échange optimum et en minimisant l'existence de circuits préférentiels, ce qui autorise une carbonisation absolument homogène de l'ensemble de la charge, quelle que soit la quantité de celle-ci ; cette légère surpression ne doit pas cependant dépasser environ 1000 Pa au-dessus de la pression atmosphérique, de façon à ne pas entraîner des difficultés techniques trop importantes.
La température d'environ 4000C des gaz est celle du milieu gazeux qui entoure les matières ligno-cellulosiques en cours de carbonisation. C'est dire qu'il faut parfois, lorsque le réacteur utilisé présente par exemple une isolation thermiqueinsuffisante, que les gaz admis dans ce réacteur soient à une température plus élevée. Si la température du milieu gazeux est insuffisante (par exemple est de 350"C), on ne réalise qu'unie carbonisation incomplète ; si au contraire la température dudit milieu est trop élevée (par exemple de 4500C), il y a tendance à une production trop importante d'hydrocarbures lourds.
Les gaz chauds non oxydants utilisés proviennent essentiellement de la combustion stoechiométrique des liquides combustibles issus d'un traitement précédent, récupérés et stockés.
En cours d'opération, et après que l'eau a été totalement éliminée de la matière en traitement, lesdits gaz chauds sont également produits avec une partie des gaz combustibles incondensables générés par la matière en phase de "distillation".
On entend dans la présente demande par liquide combustible, les liquides condensés par lavage et refroidissement des vapeurs et gaz produits par la distillation destructive des matières lignocellulosiques, ce liquide combustible étant encore parfois appelé "jus pyroligneux".
Selon le procédé de l'invention, ce liquide combustible est récupéré après que la matière a complètement exsudé son eau libre, laquelle eau libre est évacuée de l'enceinte sous forme de vapeur d'eau.
Cette élimination préalable de l'eau libre permet d'obtenir un liquide combustible plus riche que les Jus pyroligneux normalement obtenus par les procédés classiques.
Avantageusement, selon le procédé de l'invention, on utilise les liquides combustibles déjà condensés pour laver, refroidir et condenser les vapeurs et gaz qui sortent de l'enceinte pendant la distillation des matières ligno-cellulosiques, ce qui permet d'obtenir un liquide combustible utilisable directement dans un brûleur classique.
Les gaz chauds non oxydants utilisés pour traiter thermiquement les matières ligno-cellulosiques sont donc obtenus par combustion stoechiométrique dans un brûleur d'une partie des liquides combustibles récupérés et d'une partie des gaz incondensables combustibles également récupérés en cours de traitement.
La souplesse de marche du procédé est obtenue en intercalant une réserve tampon entre la condensation du liquide combustible et les organes consommateurs.
Cette réserve assure l'indépendance énergétique du procédé de l'invention.
Avantageusement, selon le procédé de l'invention, on utilise le liquide de ladite réserve pour laver les gaz à la sortie de l'enceinte.
L'alimentation du brûleur en oxygène (air) est contrôlée pour assurer une combustion stoechiométrique. Les gaz chauds recyclés ne doivent pas contenir d'oxygène.
La disponibilité du liquide combustible explique l'autosuffisance énergétique du procédé discontinu selon l'invention, malgré une température de carbonisation relativement faible, environ 400"C, et cela même au démarrage de la carbonisation d'un nouveau chargement. Pour chaque démarrage, montée en température d'un nouveau chargement, on puise dans ladite réserve de liquide combustible.
Cette réserve est augmentée au cours des carbonisations successives, et l'excédent peut être commercialisé vers des utilisateurs extérieurs.
Pour la mise en service d'une installation neuve et pour le premier traitement de cette mise en service, il sera utilisé un hydrocarbure liquide ou gazeux quelconque, du fuel domestique par exemple.
Le liquide combustible récupéré ne constitue évidemment un carburant valable que s'il ne contient pas trop d'eau.
C'est pour cela que chaque traitement est précédé d'une phase d'extraction d'eau, avantageusement réalisée in situ dans l'enceinte.
Pendant cette phase qui dure jusqu'à ce que la température intérieure de la matière ligno-cellulosique soit à environ 1500 C, aucun composé combustible n'est exsudé par la matière.
Lorsque la matière a atteint la température d'environ 1500C, le processus de distillation destructive est amorcé et la matière commence à exsuder des vapeurs et gaz combustibles.
Ces vapeurs et gaz combustibles sont détectables par un analyseur d'hydrocarbures.
Ainsi, dans une première phase, dont la durée est fonction de la teneur en humidité de la charge, les gaz sortant de l'enceinte, riches en vapeur d'eau, sont évacués dans un circuit annexe. Cette phase se termine lorsque la matière a atteint une température interne d'environ 1500C. La fin de ladite phase peut être déterminée avec précision à l'aide d'un analyseur d'hydrocarbures. Ainsi, lorsque l'arrivée d'hydrocarbures dans les vapeurs et gaz de carbonisation issus de l'enceinte est détectée, l'alimentation dudit circuit annexe est coupée et les vapeurs et gaz sont orientés sur l'autre circuit pour la séparaticn par lavage, refroidissement et condensation, avec récupération des liquides et gaz comnustL;les.
Après cette première phase, la citée en température de la charge est continuée jusqu'à ce que la matière ait atteint une température interne d'environ 2800C.
Dès que la matière a atteint cette température, elle entre en réaction exothermique et sa température s'élue jusqu và 3800C, sans qu'il soit nécessaire de lui fournir une chaleur extérieure.
La continuation d'une arrivée de gaz chauds non oxydants à 4000C dans l'enceinte provoque donc une élévation de la teapéra- ture dans l'enceinte.
Cette élévation de température est captée par un couple thermo-électrique qui agit sur l'alimentation en combustible du brûleur et sur le débit des gaz chauds envoyés vers l'enceinte, de façon que la température intérieure de l'enceinte soit constamment maintenue à environ 4000 C.
Pendant cette phase exothermique, la matière continue à générer des vapeurs et des gaz combustibles.
Les vapeurs et gaz condensables continuent à être lavés, refroidis et condensés pour être dirigés vers la réserve de liquide combustible.
Les gaz incondensables sont incinérés via le brûleur. Les gaz chauds en résultant sont utilisés partiellenent vers l'enceinte et l'excédent de ces gaz chauds est éjecté à l'atmosphère.
Il est également envisageable que la partie des gaz incondensables,qui n'est pas nécessaire au maintien en température de l'enceinte, puisse être prélevée sur le circuit pour un autre usage.
La fin de la phase exothermique se signale par une augmentation de la présence de gaz hydrocarbures dans les gaz incondensables, ce qui est détectable par un analyseur d'hydrocarbures.
Après cette phase exothermique, la matière est devenue du charbon de bois.
Ledit charbon de bois est maintenu à la température d'environ 4000C pendant une durée d'une à quatre heures, en fonction du type de matière ligno-cellulosique et de la dimension des éléments à traiter.
Ce maintien en température est dit phase d'homogénéisation et a pour objet ltobtention d'un charbon de bois contenant environ 82% de carbone fixe.
Pendant cette phase d'homogénéisation, le charbon de bois continue à exsuder des gaz et vapeurs combustibles qui sont toujours traités par lavage, refroidissement et condensation. Une partie des gaz combustibles incondensables sont utilisés pour le maintien en température de l'enceinte, l'excédent est brûlé ou prélevé pour un autre usage. Le liquide combustible condensé est toujours récupéré vers la réserve.
A titre d'exemple, on peut indiquer une durée dthomogé néisation d'environ une heure pour du peuplier refendu en épaisseur 30 mm, d'environ quatre heures pour du chêne en rondins d'environ 150 mm de diamètre.
Bien entendu, le procédé selon l'invention est également utilisable pour fabriquer du bois roux, encore appelé bois torréfié, ainsi que l'une quelconque des qualités de charbon de bois définie par une teneur en carbone fixe.
Ainsi, pour obtenir du bois roux ou bois torréfié, on utilisera le procédé et son dispositif à la température constante d'environ 2500 C, pour obtenir un charbon de bois à 90% de carbone fixe, on maintiendra la phase d'homogénéisation à environ 5000C pendant une durée définie en fonction du type et des dimensions de la matière à traiter.
Lorsque l'opération dite de carbonisation est terminée, on stoppe l'injection des gaz chauds non oxydants dans l'enceinte.
Le charbon de bois chaud obtenu continue à générer des gaz jusqu'à ce que sa température se soit abaissée à environ 2500C.
Ces gaz sont aspirés et évacués après incinération dans le bruleur avec excès d'air.
On peut laisser le refroidissement de ladite matière s'opérer naturellement. Il est évidemment intéressant, en vue d'une optimisation du fonctionnement de l'équipement,d'accélérer celui-ci.
On peut avoir recours à une circulation forcée, au travers de la matière carbonisée, d'un gaz inerte, azote par exemple.
Avantageusement, ce refroidissement peut être réalisé par circulation forcée de gaz incondensables, exempts d'O2 et d'H20, stockés en cours de réaction. Le caractère d'auto-suffisance énergétique du procédé selon l'invention est ainsi renforcé.
Lorsque la température de l'atmosphère à l'intérieur de 11 enceinte est redescendue au voisinage de 250C, le charbon de bois obtenu par le procédé selon l'invention peut être sorti de ltenceinte.
Le procédé selon l'invention sera mieux compris en référence à la figure 1, où il est schématisé un dispositif permettant sa mise en oeuvre. Ledit dispositif constitue un autre objet de la présente invention.
On a représenté en 1 l'enceinte étanche parfaitement isolée dans laquelle est placé le récipient à parois grillagées 2 contenant la matière ligno-cellulosique à carboniser. Les gaz chauds non oxydants sont produits dans le brûleur ou foyer 3 et acheminés par le conduit 4 à l'intérieur de l'enceinte 1.
La température de 4000C à l'intérieur de l'enceinte 1 peut être régulée grâce à un capteur thermique, agissant sur une électrovanne commandant l'alimentation du brûleur 3 en combustible liquide.
La pression effective de 800 Pa à l'intérieur de l'enceinte peut être régulée par un manomètre qui, par l'intermédiaire dtun pressostat, commande l'ouverture d'une vanne de décharge en un point quelconque du dispositif. L'absence d'oxygène dans les gaz chauds issus du foyer 3 peut être contrôlée par un analyseur d'o2 qui commande le débit d'air à introduire dans ledit foyer pour la combustion stoechiométrique des combustibles utilisés.
Le flux gazeux sortant de l'enceinte 1 est lavé dans la colonne 5 par un liquide constitué des propres condensats de ces gaz (jus pyroligneux). Les gaz incondensables sont aspirés par le ventilateur 6 pour être mélangés avec l'air de combustion et participer à la production des gaz chauds non oxydants recyclés en 4. Les liquides - condensats ou jus pyroligneux - récupérés au bas de la colonne 5 sont stockés dans une réserve 7. On dispose donc dans cette réserve d'un liquide pour le lavage dans la colonne 5 et d'une source d'énergie.
Cette source d'énergie est utilisée pour produire les gaz chauds non oxydants nécessaires à l'élimination de l'eau contenue en la matière au démarrage d'une opération de carbonisation.
Pour que le PCI de ce liquide combustible ne soit pas pénalisé par une teneur trop importante en eau, il importe que la vapeur d'eau issue de la phase de démarrage soit déviée du circuit de la colonne 5, ce qui est réalisé par un circuit annexe 8.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est donc caractérisé en ce qu'il comporte - un récipient amovible à parois grillagées 2 à l'intérieur d'une
enceinte étanche 1 ; - une colonne de lavage 5 dans laquelle les gaz de carbonisation
sont séparés, d'une part, en gaz incondensables et, d'autre part,
en condensats, stockés dans une réserve 7, le liquide dudit
lavage étant constitué par lesdits condensats - un brûleur 3, pour la production de gaz chauds non oxydants, par
combustion stoechiométrique d'une partie du liquide combustible
(condensats) et d'une partie des gaz incondensables, lesdits gaz
chauds non oxydants étant envoyés par un conduit 4 à l'intérieur
de l'enceinte 1 - un ventilateur 6 pour l'alimentation en oxygène (air) du brûleur 3
et pour l'aspiration des gaz combustibles incondensables issus de
la colonne de lavage 5, ledit ventilateur assurant également la
pression de 800 Pa à l'intérieur de l'enceinte 1 ; - un circuit annexe 8 pour l'évacuation des vapeurs d'eau de la
phase de démarrage. Ce circuit 8 est prévu à la sortie de l'en-
ceinte 1.
enceinte étanche 1 ; - une colonne de lavage 5 dans laquelle les gaz de carbonisation
sont séparés, d'une part, en gaz incondensables et, d'autre part,
en condensats, stockés dans une réserve 7, le liquide dudit
lavage étant constitué par lesdits condensats - un brûleur 3, pour la production de gaz chauds non oxydants, par
combustion stoechiométrique d'une partie du liquide combustible
(condensats) et d'une partie des gaz incondensables, lesdits gaz
chauds non oxydants étant envoyés par un conduit 4 à l'intérieur
de l'enceinte 1 - un ventilateur 6 pour l'alimentation en oxygène (air) du brûleur 3
et pour l'aspiration des gaz combustibles incondensables issus de
la colonne de lavage 5, ledit ventilateur assurant également la
pression de 800 Pa à l'intérieur de l'enceinte 1 ; - un circuit annexe 8 pour l'évacuation des vapeurs d'eau de la
phase de démarrage. Ce circuit 8 est prévu à la sortie de l'en-
ceinte 1.
Ainsi, en référence à la figure 1, dans une première phase du procédé selon l'invention, les gaz exsudés, à la sortie de l'enceinte 1, sont envoyés dans ledit circuit annexe 8, la vanne b étant ouverte, la vanne a étant fermée. Ladite vanne a assure l'alimentation du circuit principal comportant la colonne de lavage 5, le brûleur 3
Lorsque les gaz de la carbonisation s'enrichissent en hydrocarbures, l'alimentation dudit circuit annexe est coupée (vanne b) et les gaz sont orientés vers la colonne de lavage 5 (vanne a ouverte).
Lorsque les gaz de la carbonisation s'enrichissent en hydrocarbures, l'alimentation dudit circuit annexe est coupée (vanne b) et les gaz sont orientés vers la colonne de lavage 5 (vanne a ouverte).
Avantageusement, ledit circuit annexe 8 comporte une colonne de lavage et un réservoir
Le liquide utilisé pour le lavage peut être constitué, comme dans le circuit principal, desdits condensats. La colonne laisse principalement échapper à son sommet des fumées constitues d'azote et de gaz carbonique . Si nécessaire, ledit gaz carbonique est éliminé par traitement à l'hydroxyde de calcium.
Le liquide utilisé pour le lavage peut être constitué, comme dans le circuit principal, desdits condensats. La colonne laisse principalement échapper à son sommet des fumées constitues d'azote et de gaz carbonique . Si nécessaire, ledit gaz carbonique est éliminé par traitement à l'hydroxyde de calcium.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut également comporter un système de refroidissement de la charge carbonisée.
Un tel système peut faire intervenir un réservoir de gaz inerte, sous pression. Ledit gaz, préalablement refroidi, est envoyé dans l'enceinte 1 contenant la charge carbonisée qui est du charbon de bois. Au contact du gaz froid, le charbon de bois se refroidit en transférant sa chaleur audit gaz. Ce gaz réchauffé nécessite d'être à nouveau refroidi si on veut le réutiliser pour continuer le refroidissement du charbon de bois. A la sortie de l'enceinte, on peut le refroidir dans une colonne de lavage, ladite colonne étant avantageusement la colonne 5 alimentée en liquide combustible.
Ce liquide est refroidi au cours de son utilisation à environ +70C. Le gaz ainsi refroidi peut être repris par le ventilateur 6 pour injection dans l'enceinte 1. Evidemment, son volume diminue au fur et à mesure de son adsorption partielle sur le charbon de bois. I1 est nécessaire de compenser ces pertes par des injections à partir du réservoir sous pression. Avantageusement, comme indiqué précEdemment, on utilisera comme gaz inerte de refroidissement des gaz incondensables, produits de la carbonisation, mis en réserve en cours d'opération.
En effet, il est possible en cours de procédé de prélever une certaine quantité des gaz incondensables, avant leur mélange avec l'air, pour injection dans le brûleur 3. A l'aide d'un moteur thermique à gaz pauvre et d'un compresseur, on peut constituer une réserve de ces gaz sous pression, utilisables par exemple comme précisé ci-dessus.
Au vu de cette description, l'intérêt économique du procédé selon l'invention apparatt clairement - diminution des contraintes de main-d'oeuvre par application d'un
cycle discontinu ; - augmentation du rendement charbon de bois par application d'une
carbonisation en lit fixe et sans combustionpartielle de la mati ère; - augmentation du rendement charbon de bois par une carbonisation
basse température possible grâce à l'élimination préalable de
l'humidité des matières - récupération originale des jus pyroligneux pour en obtenir un
liquide combustible faiblement dilué ; - utilisation du liquide combustible et des gaz combustibles
assurant l'auto-suffisance énergétique ; - possibilité d'utiliser les combustibles excédentaires pour des
usages externes et/ou énergétiques ; ; - possibilité de valoriser par carbonisation toutes matières
représentant la biomasse, en particulier pour produire de
l'énergie.
cycle discontinu ; - augmentation du rendement charbon de bois par application d'une
carbonisation en lit fixe et sans combustionpartielle de la mati ère; - augmentation du rendement charbon de bois par une carbonisation
basse température possible grâce à l'élimination préalable de
l'humidité des matières - récupération originale des jus pyroligneux pour en obtenir un
liquide combustible faiblement dilué ; - utilisation du liquide combustible et des gaz combustibles
assurant l'auto-suffisance énergétique ; - possibilité d'utiliser les combustibles excédentaires pour des
usages externes et/ou énergétiques ; ; - possibilité de valoriser par carbonisation toutes matières
représentant la biomasse, en particulier pour produire de
l'énergie.
A titre d'exemple, on a obtenu
EXEMPLE 1
Pour un chargement de chêne constitué de chutes de scieries et de rondins en 100 à 150 mm, représentant un poids de 4 820 kg avec une humidité de 42,85% sur anhydre - 1670 kg de charbon de bois à 80% de carbone fixe soit un rendement charbon de bois sur anhydre de 49,49% ; l'excédent du liquide combustible a été estimé à environ 200 litres s 3 l'excédent de gaz combustibles a été estimé à 300 m environ; la consommation électrique a été de 180 000 kJ soit un bilan énergétique global de - 91,9870 calculés sur PCt du bois anhydre ; et - 92,94% calculés sur PCI du bois humide.
EXEMPLE 1
Pour un chargement de chêne constitué de chutes de scieries et de rondins en 100 à 150 mm, représentant un poids de 4 820 kg avec une humidité de 42,85% sur anhydre - 1670 kg de charbon de bois à 80% de carbone fixe soit un rendement charbon de bois sur anhydre de 49,49% ; l'excédent du liquide combustible a été estimé à environ 200 litres s 3 l'excédent de gaz combustibles a été estimé à 300 m environ; la consommation électrique a été de 180 000 kJ soit un bilan énergétique global de - 91,9870 calculés sur PCt du bois anhydre ; et - 92,94% calculés sur PCI du bois humide.
EXEMPLE 2
Pour un chargement de châtaigrer constitué de rondins en longueurs de 1 m et 2 m, et de 80 à 120 mm,représentant un poids de 6 944 kg avec une humidité de 75,44% sur anhydre : - 2 010 kg de charbon de bois à 80% de carbone fixe ; soit un rendement charbon de bois sur anhydre de 50,78% ; l'excédent de liquide combustible a été estimé à environ 100 litres ; 3 l'excédent de gaz combustibles a été estimé à environ 400 ni m la consommation électrique a été de 252 000 kJ ; soit un bilan énergétique global de - 93,88% calculés sur PCI du bois anahydre ; - 96,86% calculés sur PCI du bois humide.
Pour un chargement de châtaigrer constitué de rondins en longueurs de 1 m et 2 m, et de 80 à 120 mm,représentant un poids de 6 944 kg avec une humidité de 75,44% sur anhydre : - 2 010 kg de charbon de bois à 80% de carbone fixe ; soit un rendement charbon de bois sur anhydre de 50,78% ; l'excédent de liquide combustible a été estimé à environ 100 litres ; 3 l'excédent de gaz combustibles a été estimé à environ 400 ni m la consommation électrique a été de 252 000 kJ ; soit un bilan énergétique global de - 93,88% calculés sur PCI du bois anahydre ; - 96,86% calculés sur PCI du bois humide.
Bien entendu, le procédé et son dispositif selon l'invention, ne sont pas limités dans leur capacité de production par cycle. Cette capacité de production est fonction du dimensionnement des équipements et du nombre d'enceintes constituant l'ensemble industriel.
La capacité de production sera également variable en fonction des matières ligno-cellulosiques utilisées. L'association du dimensionnement des équipements et du nombre d'enceintes forme un ensemble industriel qui constitue un autre objet de la présente invention. L'optimisation de la distribution des gaz chauds ou froids au sein de la matière à traiter sera mieux comprise en référence aux figures 2, 3 et 4, où il est schématisé une forme de réalisation préférentielle de l'enceinte et du récipient à parois grillagées, permettant la mise en oeuvre du procédé et de son dispositif. Ladite forme de réalisation préférentielle constitue un autre objet de la présente invention.
On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe longitudinale AA de l'enceinte 1 et du récipient à parois grillagées 2.
La figure 3 est la coupe BB de la figure 2.
La figure 4 est la coupe CC de la figure 2.
Le récipient à parois grillagées 2 est solidaire dtun berceau support 9 avantageusement réalisé en alliage réfractaire adapté au travail en atmosphère chaude et fortement réductrice.
Ce berceau support 9 est également avantageusement utilisé pour réaliser la manutention du récipient et de son contenu, par exemple à l'aide d'un système hydraulique porté sur véhicule.
Les manutentions d'entrée et sortie dans l'enceinte 1 du récipient sur son berceau, seront avantageusement facilitées par l'adjonction de galets 10 solidaires de la structure de l'enceinte 1.
Les gaz chauds ou froids sont injectés dans l'enceinte 1 au moyen des tubulures 11 qui sont alimentées par le circuit 4.
L'optimisation du contact gaz/matières est avantageusement obtenue par un carneau 12 faisant fonction de collecteur sous le récipient 2, ainsi que par le berceau 9 qui assure une fonction de chicane sur le circuit des gaz.
Les gaz et/ou vapeurs résultants sont collectés dans les tubulures de sortie 13 ou 14, en fonction de la phase opératoire.
La tubulure de sortie 13 est commandée par la vanne b déjà citée en figure 1.
La tubulure de sortie 14 est commandée par la vanne a déja citée en figure 1.
La mise au point de la réalisation et de la construction de l'enceinte et du récipient à parois grillagées, à partir des descriptions ci-avant, est à la portée de l'homme de l'art.
Claims (10)
1. Procédé de carbonisation de matières ligno-cellulosiques d'humidité quelconque, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter thermiquement, en discontinu et en lit fixe, sans combustion partielle de ladite matière, dans une enceinte isolée et étanche, les matières ligno-cellulosiques disposées dans un récipient amovible à parois grillagées, ledit traitement thermique étant réalisé sous une pression effective d'environ 800 Pa et à une température d'environ 4000C par contact direct desdites matières avec des gaz chauds non oxydants, lesdits gaz chauds non oxydants provenant de la combustion stoechiométrique de jus pyroligneux liquides stockés, lesdits jus pyroligneux étant issus d'une opération antérieure de carbonisation de matières ligno-cellulosiques.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est précédé in situ d'une phase d'extraction de l'eau contenue dans lesdites matières ligno-cellulosiques, que ladite phase s'effectue par élévation de la température interne de la matière ligno-cellulosique jusqu a environ 1500C par des gaz chauds non oxydants et que les vapeurs d > eau exsudées par la matière au cours de ladite phase sont évacuées dans un circuit qui leur est propre.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processus de refroidissement du charbon de bois obtenu est accéléré par une circulation de gaz incondensables et froids, que lesdits gaz sont exempts d'oxygène et de vapeur d'eau, que lesdits gaz sont une partie des gaz incondensables issus du traitement des vapeurs de pyrolyse récupérés pendant l'opération de carbonisation, que lesdits gaz ont été préalablement mis en réserve par stockage sous pression.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on vise à la production de bois roux et que cela est effectué en arrêtant le chauffage desdites matières lignocellulosiques par lesdits gaz chauds non oxydants lorsque la température desdites matières atteint environ 2500C à 2600C.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on vise a la production d'un charbon de bois contenant au moins 80 % de carbone fixe, caractérisé en ce que le chauffage desdites matières ligno-cellulosiques par lesdits gaz chauds non oxydants est poursuivi jusqu'à ce que la température soit d'environ 280 OC et qu'ensuite l'on contrôle l'augmentation de température desdites matières jusqu a environ 400 OC ét que l'on maintient ladite température pendant une durée qui est fonction de la nature de la matiere et de ses dsmensions.
6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient amovible à parois grillagées (2) à l'intérieur d'une enceinte isolée et étanche (1), une colonne de lavage (5) dans laquelle les vapeurs issues de la carbonisation sont séparées, d'une part, en gaz incondensables et, d'autre part, en condensats encore appelés jus pyroligneux liquide combustible, stockés dans une réserve (7), le liquide dudit lavage étant constitué par lesdits condensats, un bruleur (3), pour la production de gaz chauds non oxydants, par combustion stoechiométrique d'une partie des condensats stockés, lesdits gaz chauds non oxydants étant envoyés par un conduit (4) à l'intérieur de l'enceinte (1), un ventilateur (6) pour l'alimentation en oxygène (air) du brûleur (3), et pour l'aspiration des gaz combustibles incondensables issus de la colonne de lavage (5), ledit ventilateur (6) assurant également la pression d'environ 800 Pa à l'intérieur de l'enceinte 1.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre à la sortie de l'enceinte (1) un circuit annexe (8) d'évacuation des vapeurs d'eau, ouvert en début d'opération jusqu a ce que la matière en traitement ait atteint une température interne d'environ 1500C.
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de circulation forcée de gaz froids, exempts d'oxygène et de vapeur d'eau, pour le refroidissement accéléré du charbon de bois obtenu, lesdits gaz froids sont des gaz incondensables mis en réserve et stockés sous pression au cours de la carbonisation, ledit stockage sous pression étant effectué au moyen d'un compresseur, ledit compresseur étant mu par un moteur thermique à gaz pauvre ou toute autre machine tournante capable d'entraîner ledit compresseur.
9 Enceinte et récipient amovible pour ladite enceinte, caractérisésen ce que cette enceinte (1) est réalisée de façon à être parfaitement étanche à la pression interne d'environ 800 Pa et parfaitement isolée en fonction des températures utilisées-dans le procédé, que ladite enceinte comporte au moins une tubulure (11) d'injection de gaz chauds ou froids, que ladite enceinte comporte en sa partie inférieure un carneau (12) faisant fonction de collecteur des gaz et/ou vapeurs issus des opérations, que le récipient (2) est amovible dans cette enceinte, que les parois dudit récipient sont constituées de grillage, que ledit récipient est solidaire d'un berceau (9) faisant fonction de chicane sur le circuit des gaz chauds ou froids, que ledit berceau est réalisé en alliage réfractaire adapté au travail en atmosphère chaude et fortement réductrice, que ledit berceau est en outre utilisé pour la réalisation des manutentions d'entrée et de sortie du récipient (2) dans l'enceinte (1), que ltenceinte-(1) comporte au moins deux tubulures (13 et 14), que lesdites tubulures sont en communication directe avec le carneau collecteur (12), que la tubulure (13) est équipée d'une vanne (b) et que la tubulure (14) est équipée d'une vanne (a).
10. Ensemble industriel selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs enceintes (1), un ou plusieurs récipients amovibles (2), une ou plusieurs colonnes de lavage (5), une ou plusieurs réserves (7), un ou plusieurs ventilateurs (6), un ou plusieurs brûleurs (3), un ou plusieurs circuits (4), un ou plusieurs circuits (8), chacun des éléments constituant ledit ensemble industriel étant calculé, dimensionné, motorisé, équipé, instrumenté, automatisé par l'homme de l'art en fonction de la production qualitative et quantitative des produits solides, liquides gazeux, envisagés et en fonction des matières ligno-cellulosiques localement disponibles pour assurer cette production.
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Cited By (3)
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| WO1996029378A1 (fr) * | 1993-11-08 | 1996-09-26 | University Of Hawaii | Procede de production de charbon |
| NL1025027C2 (nl) * | 2003-12-15 | 2005-06-21 | Stichting Energie | Werkwijze en stelsel voor de productie van vaste stoffen uit grondstoffen. |
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| FR560647A (fr) * | 1923-01-03 | 1923-10-08 | Appareillage pour le traitement des bois, tourbes, lignites et de toute matière carbonisable plus ou moins hydratée | |
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| WO1986000634A1 (fr) * | 1984-07-16 | 1986-01-30 | Cockerill Mechanical Industries, Societe Anonyme | Dispositif de gazeification de dechets |
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1986
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- 1986-03-26 PT PT82280A patent/PT82280B/fr unknown
- 1986-03-26 OA OA58820A patent/OA08272A/fr unknown
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| WO2005056723A1 (fr) * | 2003-12-15 | 2005-06-23 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Procede et systeme de torrefaction de matieres premieres |
| EP2664661A4 (fr) * | 2011-01-13 | 2015-12-23 | Guoxiong Xiao | Four de pyrolyse de biomasse |
Also Published As
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| PT82280A (fr) | 1986-04-01 |
| PT82280B (fr) | 1987-08-13 |
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| OA08272A (fr) | 1987-10-30 |
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