FR2914313A1 - Procedes et dispositifs de fabrication de charbon de bois ameliores - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication de charbon de bois comprenant les étapes suivantes : (i) on introduit du bois dans au moins un four (1), (ii) on démarre la combustion d'une faible partie dudit bois et on ouvre simultanément la ou les entrées d'air (2) dudit four (1), (iii) on soumet le bois introduit dans ledit au moins un four (1) à une réaction de carbonisation de sorte d'obtenir du charbon de bois, (iv) on arrête la réaction de la carbonisation par obturation de la ou des entrées d'air (2) du four (1), (v) on décharge le charbon de bois du four (1) vers un conteneur (3), et (vi) on soumet le charbon de bois obtenu à une phase de refroidissement dans ledit conteneur (3) avant sa vidange à froid ; et un dispositif de fabrication de charbon de bois susceptible de mettre en oeuvre un tel procédé.

Description

PROCEDES ET DISPOSITIFS DE FABRICATION DE CHARBON DE BOIS AMELIORES La

présente invention concerne un nouveau procédé de fabrication de charbon de bois et un dispositif mettant en oeuvre ledit procédé.

La carbonisation est un procédé de fabrication de charbon de bois à partir de bois brut. Le principe chimique s'apparente à une distillation où le bois, après avoir été porté à très haute température, se libère de ses matières volatiles. Ces matières volatiles combinées vont ensuite former la partie combustible des gaz de carbonisation. Dans la majorité des procédés de carbonisation, la température élevée de 10 l'enceinte de carbonisation est obtenue par la combustion d'une partie du bois (ù10% du bois enfourné). L'exploitation des fours de carbonisation actuels est faite selon les différentes phases successives de la réaction qui sont les suivantes : La phase initiale correspond à l'allumage de la charge (bois frais 15 éventuellement pré-séché). Après avoir rempli le four de bois frais, l'opérateur allume la charge à la base de façon à initier la combustion. Le bon réglage des admissions d'air est essentiel. En effet, il est nécessaire d'une part de maintenir l'enceinte dans une atmosphère pauvre en oxygène pour ne pas enflammer l'ensemble de la charge et d'autre part, d'introduire suffisamment d'oxygène dans l'enceinte pour la maintenir à 20 une température permettant le processus de pyrolyse. Dans les installations traditionnelles, le réglage d'admission d'air se fait empiriquement et d'importantes marges d'optimisation existent. La première phase consiste en la carbonisation (formation du charbon de bois) proprement dite de la charge introduite. La combustion d'une partie faible du bois 25 introduit associée à une faible introduction d'air fournit la chaleur nécessaire au séchage et à la pyrolyse de la masse restante de bois. La pyrolyse du bois conduit à la fabrication de charbon de bois et à la génération de gaz de pyrolyse incondensables et de goudrons. En fonction du type d'appareil, du volume de la charge et de l'essence du bois utilisé, cette phase peut durer entre quelques heures (6 heures pour les fours les plus 30 performants) jusqu'à plusieurs jours (fours volumineux traditionnels). Dans les procédés traditionnels, ces gaz sont relâchés dans l'atmosphère et les goudrons collectés.

La seconde phase consiste en la purge , à savoir l'arrêt de la carbonisation par fermeture des entrées d'air, le dégazage du four de carbonisation et le refroidissement de la masse de charbon de bois contenue dans le four (dans le cas des fours traditionnels la phase de refroidissement peut prendre plusieurs jours). Brièvement, la température diminue, la réaction de carbonisation s'arrête et l'enceinte est peu à peu purgée de ses gaz de carbonisation. La troisième phase correspond au refroidissement du charbon de bois . En effet, une fois la réaction de carbonisation terminée et les gaz évacués, le charbon de bois reste trop chaud pour être vidangé directement car il risquerait de s'enflammer immédiatement en présence d'oxygène. Le four est donc placé en phase de refroidissement durant laquelle la température diminue jusqu'à atteindre un niveau permettant le défournement du charbon de bois et le commencement d'un nouveau cycle. La durée de ce cycle est variable selon les procédés, l'essence, l'humidité, et la granulométrie de bois utilisé. Les méthodes de production les plus courantes utilisent des systèmes en fonctionnement par Batch , où les fours abritent l'ensemble des 4 phases décrites ci-dessus. Pour ces systèmes de type batch , on distingue principalement 2 types de fours : - Les fours dits Missouri constitués d'une enceinte en brique dans laquelle est placé le bois sous forme de tronc. La période de carbonisation peut durer jusqu'à 15 jours. La capacité de production de ces fours est de 150 t/an - Les fours métalliques constitués d'une enceinte métallique dans laquelle est placé le bois coupé en bûche ou sous forme de tronc et qui permet un refroidissement plus rapide. La capacité de production de ce type de fours est de 350 t/an. En conséquence, et du fait de la phase de refroidissement, les procédés de fabrication de charbon de bois nécessitent un temps d'immobilisation important des fours et présentent donc un faible rendement. De surcroît, la nécessité d'un refroidissement rapide des fours en fin de carbonisation limite l'utilisation de matériaux réfractaires associés au four pour minimiser l'apport d'énergie nécessaire au maintient d'une température importante lors de la phase de carbonisation.

Les inventeurs ont maintenant développé un nouveau procédé de fabrication de charbon de bois permettant de limiter les temps d'immobilisation des fours du fait d'une phase de refroidissement du charbon de bois à l'extérieur du four. Ledit procédé permet ainsi d'augmenter les rendements desdits fours.

En conséquence, un premier objet de l'invention concerne un procédé de fabrication de charbon de bois comprenant les étapes suivantes : (i) on introduit du bois dans au moins un four (1), (ii) on démarre la combustion d'une faible partie dudit bois et on ouvre simultanément la ou les entrées d'air (2) dudit four (1), (iii) on soumet le bois introduit dans ledit au moins un four (1) à une réaction de carbonisation de sorte d'obtenir du charbon de bois, (iv) on arrête la réaction de la carbonisation par obturation de la ou des entrées d'air (2) du four (1), (v) on décharge le charbon de bois du four (1) vers un conteneur (3), et (vi) on soumet le charbon de bois obtenu à une phase de refroidissement dans ledit conteneur (3) avant sa vidange à froid. Le bois utilisé dans le procédé selon l'invention peut provenir de différentes essences d'arbre. Le bois utilisé peut notamment être de l'eucalyptus. De préférence, le bois introduit a été préalablement séché ( bois pré-séché ).

Cette phase de pré-séchage peut être effectué par le biais d'un stockage dudit bois dans un environnement protégé des intempéries et ventilé ou par l'introduction dudit bois dans un conteneur (3) dans lequel est également introduit de l'air chaud. De préférence encore, le bois introduit bénéficie d'une granulométrie optimale. Ladite granulométrie optimale est obtenue à l'aide de moyens de sciage et de fente ; laquelle granulométrie dépend de l'essence et de l'humidité du bois utilisé mais également des contraintes du procédé de carbonisation et les exigences sur la qualité du charbon de bois en fonction des utilisateurs. Cette granulométrie optimale pourra être déterminée simplement par l'homme du métier par des expériences de routine.

Avantageusement, l'introduction du bois dans le four (1) est effectuée à l'aide d'une unité mobile de chargement (5) composée d'un tapi convoyeur mobile (type sauterelle ) et, éventuellement, d'une pesée. Le four (1) utilisé dans le procédé de fabrication de charbon de bois selon l'invention est avantageusement un four métallique, de préférence ledit four est en acier. Ledit four (1) comprend une ouverture (4) par laquelle est introduite le bois. De préférence, ladite ouverture est positionnée dans la partie supérieure du four Avantageusement, ladite ouverture est couplée à des moyens permettant la 10 fermeture étanche (6) de celle-ci après l'introduction du bois dans le four (1), comme une trappe d'enfournement. Pour éviter les phénomènes de corrosion, il est important de maintenir les parois du four à température élevée de façon à éviter toute condensation des goudrons. Le moyen le plus simple de maintenir à température les parois est alors de couvrir 15 ces dernières de réfractaire (pour les fours). Toutefois, dans les procédés de l'art antérieur, le recouvrement du four par des matériaux réfractaires ralentissait considérablement la période de refroidissement qui, dans les fours traditionnels, a lieu à l'intérieur de ces derniers. Dans le procédé selon l'invention, la période de refroidissement n'ayant pas lieu 20 au sein du four (1) mais d'un conteneur externe (3), il est maintenant possible de recouvrir entièrement le four (1) de matériau réfractaire (7) permettant de maintenir une température de paroi externe comprise entre 50 et 100 C. Le four devient donc un appareil chaud à la différence du four traditionnel dans lequel les périodes chaudes de carbonisation et froides de refroidissement se succèdent. 25 Avantageusement, le four (1) est entièrement couvert de matériau réfractaire (7). Par matériau réfractaire, on entend tout matériau réfractaire ayant de bonnes caractéristiques d'isolation et une bonne tenue à la corrosion en milieu réducteur. Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, on introduit une quantité de bois déterminée dans le four (1).

La détermination de la quantité de bois introduite peut être effectuée par la pesée du bois avant son introduction dans le four (1) ou par la pesée du four (1) avant et après l'introduction du bois. De préférence, la détermination de la quantité de bois introduite est effectuée par la pesée du four (1) avant et après l'introduction du bois ; laquelle pesée est effectuée au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1). Avantageusement, le ou lesdits capteurs de poids sont positionnés dans la partie inférieure du four (1). La détermination de la quantité de bois introduite dans le four (1) permet de le 10 remplir de bois de manière identique d'une fournée à l'autre et ainsi d'améliorer la reproductibilité du procédé entre deux cycles. Le démarrage de la combustion d'une faible partie du bois introduit est effectuée par des techniques bien connues de l'home du métier, notamment par l'introduction, dans le bas du four par les entrées d'air, d'une masse de bois incandescent prélevé sur 15 un four voisin en cours de calcination ou par l'introduction d'une torche à propane qui peut être retirée lorsque le bois commence à brûler. Par combustion d'une faible partie du bois, on entend une combustion de moins de 20% du bois introduit (p/p), de préférence de moins de 10% du bois introduit (p/p). La combustion de cette faible partie du bois permet de fournir la chaleur 20 nécessaire au séchage, lorsque le bois n'est pas préalablement séché, et à la pyrolyse de la masse restante de bois. Ladite pyrolyse correspond à la réaction de carbonisation à proprement parler. La réaction de carbonisation à l'étape (iii) est initiée par l'élévation de la température du four (1) du fait de la combustion d'une partie du bois introduit. 25 L'étape (iv) d'arrêt de la carbonisation peut avantageusement être accompagnée du dégazage du four (1) de carbonisation au moyen d'un système de captage des gaz de carbonisation. Le four (1) comprend avantageusement un système de captage des gaz de carbonisation couplé de façon étanche à ce dernier. De préférence, ledit système de 30 captage est positionné dans la partie supérieure du four (1).

De préférence, ledit système de captage comprend une conduite (9) et de manière particulièrement préférée une conduite métallique. Avantageusement, ladite conduite est également couplée à un moyen de dépression (10) permettant de limiter les fuites de gaz de carbonisation vers l'extérieur. 5 Un tel moyen de dépression peut notamment prendre la forme d'un ventilateur. Avantageusement encore, ledit système de captage des gaz de carbonisation est recouvert de matériaux isolants de sorte de maintenir une température élevée de ses parois et ainsi d'éviter la condensation des goudrons sur ses dernières. À titre de matériaux isolants, on peut citer les laines minérales telles que les laines 10 de verre ou de roche. De préférence, un incinérateur (11) est positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation de sorte de brûler lesdits gaz de carbonisation avant leur rejet dans l'atmosphère. Ledit incinérateur comprend un brûleur éventuellement alimenté en gaz d'appoint, comme le propane, de sorte d'incinérer les gaz de carbonisation même 15 lorsque leur pouvoir calorifique est insuffisant. L'étape (v) de déchargement du charbon de bois s'effectue par une ouverture positionnée dans la partie inférieure du four (1) et doit être opérée de façon à éviter tout phénomène d'auto-combustion du charbon de bois. Avantageusement, ledit conteneur (3) est fermé de façon étanche après 20 chargement pour étouffer le charbon de bois encore incandescent. Avantageusement encore, le déchargement du charbon de bois se fait au moyen d'un système étanche (12) couplée à l'ouverture positionnée dans la partie inférieure du four (1). À titre d'exemple, ledit système étanche (12) pourra prendre la forme d'une trappe 25 mobile, par exemple du type vanne pelle, d'un double sas (deux trappes mobiles successives) ou d'un extracteur à vis. Selon un mode de réalisation particulier, le déchargement du charbon de bois du four (1) vers le conteneur (3) s'effectue au moyen d'une trappe mobile, par exemple du type vanne pelle.

Selon un autre de réalisation particulier, le déchargement du charbon de bois du four (1) vers le conteneur (3) s'effectue au moyen d'un extracteur à vis, de préférence ledit extracteur comprend un circuit de refroidissement dans ses parois utilisant un liquide calorifique tel que l'eau ou l'huile.

Avantageusement, la sortie dudit circuit de refroidissement dudit extracteur est couplée audit au moins un four (1) de sorte d'utiliser les calories extraites du charbon de bois pour chauffer ledit au moins un four (1) pour la réaction de carbonisation suivante. De préférence, la sortie dudit circuit de refroidissement dudit extracteur permet le préchauffage de l'air de carbonisation, notamment de préchauffer ledit air de 10 carbonisation à une température comprise entre 50 et 80 C. Si le charbon de bois s'avère essentiel pour un usage domestique ou dans le domaine de la sidérurgie, certaines utilisations nécessitent un charbon de bois d'une qualité importante et constante. C'est ainsi le cas dans le domaine de la sidérurgie, où le charbon de bois est utilisé pour la fabrication de l'acier ou de la fonte, lesquelles 15 nécessitent un taux de carbone supérieure ou égale à 90% du poids total du charbon de bois. Dans les procédés de fabrication de charbon de bois classiques, la couleur des fumées émises par le four (1) de carbonisation était utilisée comme moyen empirique de suivi de l'état de la réaction de carbonisation. En outre, l'injection d'air n'est pas 20 contrôlée et se fait donc par tirage naturel via des entrées d'air (2) généralement situées à la base de la masse de bois à carboniser. Afin d'améliorer la carbonisation, des procédés de l'art antérieur ont équipé le four (1) de carbonisation d'une sonde pyrométrique permettant de surveiller la température des gaz de carbonisation et de renseigner l'opérateur sur le déroulement du processus de carbonisation dans le four (1). 25 Pour autant, ces procédés de l'art antérieur ne permettent de fournir qu'un charbon de bois de qualité variable inadapté à la sidérurgie. Ainsi, de telles installations fournissent un charbon de bois avec tantôt des incuits si importants qu'il faut jeter la production correspondante, tantôt un charbon de bois trop cuit (pas assez de matières volatiles) ayant des caractéristiques mécaniques inférieures susceptibles de perturber le 30 fonctionnement du haut fourneau. Aussi, pour obtenir un charbon de bois répondant au cahier des charges de la sidérurgie, des dispositifs complexes ont été mis en oeuvre comme notamment celui décrit dans le brevet FR 2 656 326. Pour autant, ces dispositifs s'avèrent coûteux en fonctionnement, notamment du fait de la nécessité d'utiliser des fragments de bois calibrés et de faibles dimensions (granulométrie inférieure à 1 cm, voir à 5 mm) et du fait de la complexité des dispositifs utilisés (four tournant). Les inventeurs ont maintenant mis en évidence que l'injection d'air contrôlée lors de la réaction de carbonisation permet d'obtenir un charbon de bois de qualité importante et constante, lequel charbon de bois est utilisable notamment dans la sidérurgie. Selon un deuxième mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, l'étape (iii) comprend en outre l'injection contrôlée d'air.

Le contrôle de l'injection d'air est avantageusement effectué au moyen d'un système d'injection d'air forcé contrôlé automatiquement ; lequel contrôle permet de réguler la température à l'intérieur du réacteur et donc d'optimiser la réaction de carbonisation qui s'y produit. Le système d'injection d'air forcé comprend une (ou des) entrée(s) d'air (2) positionnées sur le four (1), lesquelles entrées d'air (2) permettent avantageusement de contrôler la combustion de la partie inférieure du bois à l'aide de moyens d'obturation (13) desdites entrées, tels que des vannes situées en amont desdites entrées d'air, et de moyens d'injection (14, pressurisation) d'air par lesdites entrées, tels que des ventilateurs situés en amont desdites entrées, de préférence en avait des moyens d'obturation. De préférence, la ou lesdites entrées d'air (2) sont situées dans la partie inférieure du four (1). Selon un mode de réalisation particulier, l'injection d'air à l'étape (iii) est contrôlée en fonction de la température de réaction.

De préférence, l'injection contrôlée d'air permet de maintenir une température de réaction comprise entre 500 et 1000 C et de manière particulièrement préférée entre 600 et 800 C. Le maintient de la température de réaction dans lesdits intervalles de température permet d'éviter la combustion du charbon de bois ou l'extinction de la réaction de carbonisation.

La mesure de la température de réaction est effectuée au moyen d'une sonde pyrométrique (15) positionnée soit directement au sein du four (1), soit indirectement au niveau de la sortie des gaz de carbonisation (système de captage des gaz de carbonisation); laquelle sonde pyrométrique permet de commander les moyens d'obturation (13) des entrées d'air (2) et les moyens d'injection d'air (14). De préférence, ladite mesure est effectuée au moyen d'une sonde pyrométrique (15) positionnée au niveau de la sortie des gaz de carbonisation. Avantageusement, l'injection contrôlée d'air permet de maintenir une température des gaz de carbonisation comprise entre 100 et 450 C, de préférence entre 200 et 400 C de façon à éviter la combustion du charbon de bois ou l'extinction de la réaction de carbonisation.

Selon un autre mode de réalisation, l'injection contrôlée d'air se fait en fonction de l'évolution de la masse de bois à carboniser présente dans le four (1). La diminution de la masse de bois à carboniser est directement corrélée à la teneur en carbone fixe du charbon de bois. En contrôlant ladite variation de masse, on contrôle également la teneur en carbone fixe et donc la qualité du charbon de bois produit.

Finalement, les inventeurs ont mis en évidence que pendant la partie efficace de la réaction de carbonisation, l'évolution (diminution) de la masse de bois doit être sensiblement linéaire. Avantageusement, la mesure de l'évolution de ladite masse de bois est effectuée au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1).

De préférence, le ou lesdits capteurs de poids (8) sont positionnés dans la partie inférieure du four (1). Avantageusement, l'injection contrôlée d'air permet de maintenir une diminution sensiblement linéaire de la masse de bois de façon à éviter la combustion du charbon de bois ou l'extinction de la réaction de carbonisation.

Selon un troisième mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, l'étape (iv) correspondant à l'arrêt de la réaction de la carbonisation s'effectue par la fermeture contrôlée de la ou des entrées d'air (2) du four (1). La fermeture contrôlée de la ou des entrées d'air (2) est avantageusement effectuée à l'aide des moyens d'obturation (13) desdites entrées, tels que des vannes situées en amont desdites entrées d'air.

Selon un mode de réalisation particulier, la fermeture contrôlée de la ou des entrées d'air (2) se fait en fonction de l'évolution de la masse de bois à carboniser présente dans le four (1). Avantageusement, l'obturation de la ou des entrées d'air (2) est effectuée dès lors que la masse de charbon de bois à carboniser atteint une valeur comprise entre 10 et 20% de la quantité de bois introduite (p/p), de préférence comprise entre 15 et 20%. Cette valeur est fonction de l'essence de bois utilisée et également du degré d'humidité du bois introduit. En fonction de la nature du bois utilisé, l'homme du métier pourra déterminer par de simples expériences de routine la valeur de masse correspondant, pour ce bois, à un charbon de bois présentant la qualité requise. De préférence, l'obturation de la ou des entrées d'air (2) est effectuée dès lors que l'on observe une inflexion (ralentissement) de la diminution de la masse de bois à carboniser et que ladite masse de charbon de bois à carboniser atteint une valeur comprise entre 10 et 20% de la quantité de bois introduite (p/p), de préférence comprise entre 15 et 20%. Avantageusement encore, l'obturation contrôlée de la ou des entrées d'air (2) se fait également en fonction de l'évolution de la température de réaction. De préférence, l'obturation de la ou des entrées d'air (2) est effectuée dès lors que l'on observe une diminution de la température de réaction et que la masse de charbon de bois à carboniser atteint une valeur comprise entre 10 et 20% de la quantité de bois introduite (p/p), de préférence comprise entre 15 et 20%. Avantageusement, la diminution de la température de réaction correspond à une diminution de la température des gaz de carbonisation. La figure 1 représente la variation théorique et observée de la température des gaz de carbonisation et de la masse de charbon de bois à carboniser lors d'une réaction de carbonisation (contrôle arrivée d'air) et après arrêt de celle-ci (coupure admission d'air). La figure 2 représente un schéma de principe de la régulation de l'admission d'air au niveau du four (1) en fonction de l'évolution de la masse du bois à carboniser et de la température des gaz de carbonisation.

Si le charbon de bois produit s'avère essentiel pour la sidérurgie et l'usage domestique, les procédés de carbonisation traditionnels génèrent également de nombreux gaz (appelés pyroligneux) qui sont non seulement toxiques pour les ouvriers (monoxyde de carbone notamment) mais qui sont aussi considérés comme d'importants contributeurs de l'effet de serre. Les gaz émis contiennent ainsi une proportion significative de méthane (CH4), gaz qui se caractérise par un pouvoir radiatif (c'est à dire une contribution à l'effet de serre) 21 fois plus puissant que celui du dioxyde de carbone (CO2). A titre d'exemple, la quantité de méthane produite étant de l'ordre de 60 kg par tonne de charbon de bois, la production d'une tonne de charbon de bois conduira donc à l'émission d'l tonne équivalent CO2. Le tableau 1 ci-dessous détaille plus avant la composition des gaz émis lors de la carbonisation. Tableau 1 Composants Concentration volumique (en pourcentage v/v des gaz émis) CO2 17% CO 5 % CH4 0.9% H2 0.6% H2O 22% N2 54% Toutefois, et malgré leur caractère polluant, les gaz de carbonisation représentent environ 40 % de l'énergie initiale contenue dans le bois au regard de leur contenu énergétique.

Afin d'améliorer les procédés de carbonisation et notamment d'amoindrir la pollution engendrée par ces derniers, des procédés de carbonisation moins polluants ont été développés avec des dispositifs présentant des incinérateurs, lesquels peuvent permettre la récupération d'une partie de l'énergie des gaz de carbonisation à des fins domestiques ou pour le séchage du bois destiné à la fabrication du charbon de bois.

Le brevet FR 2588484 décrit ainsi un procédé de carbonisation comprenant un circuit d'air en dépression (du fait d'un ventilateur extracteur) couplé à un ou plusieurs fours de carbonisation et un incinérateur couplé à un brûleur permettant de brûler les gaz de carbonisation, ledit incinérateur pouvant être simple ou à récupération d'énergie.

Toutefois, du fait de l'émission variable en contenu et en température des gaz de carbonisation, la valorisation et la collecte de ces gaz s'avère difficile. Lors d'un cycle de carbonisation, le débit et le Pouvoir Calorifique Intérieur (PCI= quantité de chaleur dégagée par unité de masse sans condensation de l'eau lors de la combustion, ou dégagée par le combustible (cas de la combustion à l'air libre)) des gaz produits sont très variables : - nuls ou quasi nuls durant les 2/3 du temps (refroidissement, manutention) - PCI très faible dans la partie initiale de la carbonisation (essentiellement séchage) nécessitant l'apport d'un combustible riche d'appoint pour l'incinération - PCI relativement élevé mais très variable dans la partie finale de la carbonisation. Dans cette phase, le gaz d'appoint n'est pas nécessaire mais l'excès d'air sera très variable. La figure 3 représente le débit de gaz combustibles (gaz de carbonisation) d'un four classique en fonction de l'état d'avancement de la réaction de carbonisation, à savoir au cours de la carbonisation (phase I) suivant l'allumage de la charge, à la suite de l'arrêt de la carbonisation (Phase II, Purge) et au cours du refroidissement (Phase III). Ainsi, l'évolution des débits et du PCI des gaz au cours de la phase de carbonisation et de refroidissement est trop importante pour permettre une exploitation des gaz de carbonisation sans un appoint important en gaz riche. En effet, le procédé décrit dans le brevet FR 2588484, tout comme les autres procédés de l'art antérieur nécessite en pratique un apport important de gaz riche d'appoint au brûleur pour permettre une incinération efficace des gaz de carbonisation émis.

En conséquence, la nécessité d'utiliser un apport important de gaz riche d'appoint enlève finalement tout intérêt économique ou presque au processus de récupération. Les inventeurs ont mis en évidence qu'il était possible de produire un gaz combustible constant en qualité et en quantité en lissant les variations d'émission par l'utilisation de plusieurs fours fonctionnant en décalage de phase. Le gaz obtenu, après sa récupération via le système de captage des gaz de carbonisation, peut subir une incinération ou une valorisation thermo-électrique avec un minimum voir sans gaz d'appoint. La figure 4 schématise le lissage de la production de gaz de carbonisation par l'utilisation de N fours (1) en décalage de phase.

Selon un quatrième mode de réalisation préféré, le procédé selon l'invention comprend n fours (1) fonctionnant en parallèle avec un décalage de temps de T/n entre deux fours (1) adjacents et où T correspond à la somme des durées des étapes (i) à (v). Ainsi, un four est démarré ou déchargé toutes les T/n minutes. Avantageusement, n est supérieur ou égal à 3, de préférence supérieur ou égal à 6, 10 à titre d'exemple supérieur ou égal à 8 ou 10, et de manière particulièrement préférée n est supérieur ou égal à 12. À titre d'exemple, les temps types pour chaque étape sont de l'ordre de 15 minutes pour l'introduction du bois (étape (i)), de l'ordre de 30 minutes pour le démarrage de la combustion (étape (ii)), de l'ordre de 8 heures pour la réaction de carbonisation (étape 15 iii), de l'ordre d'une heure pour l'arrêt de la carbonisation avec le dégazage (étape (iv)) de l'ordre de 30 minutes pour le déchargement du charbon de bois (étape (v)) et enfin de l'ordre de 15 heures pour le refroidissement du charbonde bois (étape (vi)). La figure 5 représente un tel exemple de cycle de carbonisation. Dans un tel exemple, la valeur de T correspondant à la somme des étapes (i) à (v) 20 est de l'ordre de 10 heures. Ainsi, dans le cas d'un procédé utilisant n=5 four (1)s, le décalage de temps T/n entre deux fours adjacents sera de l'ordre de 2 heures, avec un four (1) démarré ou déchargé toutes les deux heures. Le système de captage des gaz de carbonisation comprend une conduite couplée de façon étanche à chacun des n fours, lesdites n conduites étant également couplée à un 25 unique collecteur (16), lequel prend le forme d'une conduite de diamètre supérieur. Avantageusement, ledit collecteur est couplé à un moyen de dépression (10) unique, permettant de limiter les fuites de gaz de carbonisation vers l'extérieur. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits n fours sont disposés en cercle.

Avantageusement, le système de captage des gaz de carbonisation est disposé en étoile, avec chacune des conduites couplée de façon étanche à chacun des n fours chacune des conduites est couplée simultanément à un collecteur unique disposé au centre du cercle formé par les n fours.

En effet, un tel positionnement des fours en cercle permet un dimensionnement moindre du système de captage des gaz de carbonisation, une symétrie parfaite des postes de carbonisation par rapport au collecteur, une automatisation simplifié de toutes les séquences du procédé avec pour conséquence une amélioration de l'uniformité de la qualité du charbon de bois produit. Finalement, ce procédé permet de se rapprocher d'un système d'exploitation en continu tout en conservant la souplesse et la simplicité de l'exploitation de fours. Selon un autre mode de réalisation particulier, un incinérateur (11) unique est positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation et, de manière particulièrement préféré, en aval du collecteur. Ledit incinérateur comprend un brûleur, lequel est éventuellement alimenté en gaz d'appoint. Avantageusement, ledit incinérateur est couplé à une chaudière de récupération (17) pour la production de vapeur, laquelle chaudière (17) est couplée à une turbine à vapeur (18) permettant la production d'électricité. Selon un autre mode de réalisation particulier, un ou des moteurs à explosion sont 20 positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation, lesquels moteurs à explosion sont couplés à des alternateurs permettant la production d'électricité. Selon un autre mode de réalisation particulier, le bois introduit est préalablement séché avec les fumées chaudes en sortie de système (incinérateur, turbine à vapeur ou moteur à explosion en fonction du dispositif utilisé). 25 Un deuxième objet de l'invention concerne un dispositif de fabrication de charbon de bois susceptible de mettre en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment et comprenant : (a) au moins un four (1) comprenant : (i) une ouverture (4) par laquelle est introduite le bois, 30 (ii) une ou plusieurs entrées d'air (2), (iii) un système de captage des gaz de carbonisation, et (b) au moins un conteneur (3) recevant le charbon de bois pour le refroidissement.

Le four (1) utilisé est avantageusement un four métallique, de préférence ledit four est en acier. De préférence, le four est entièrement couvert de matériau réfractaire (7) permettant de maintenir une température de paroi externe comprise entre 50 et 100 C. Avantageusement, l'ouverture (4) du four (1) est positionnée dans la partie supérieure du four (1). De préférence, ladite ouverture (4) est couplée à des moyens (6) permettant la fermeture étanche de celle-ci après l'introduction du bois dans le four (1), comme une trappe d'enfournement. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend en outre (c) une unité mobile de chargement (5) composée d'un tapi convoyeur mobile (type sauterelle ) et, éventuellement, d'une pesée ; laquelle unité mobile permet l'introduction du bois dans le four (1) par son ouverture (4). Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1). De préférence, le ou lesdits capteurs de poids sont positionnés dans la partie inférieure du four (1).

Le four (1) comprend un système de captage des gaz de carbonisation avantageusement couplé de façon étanche à ce dernier. De préférence, ledit système de captage est positionné dans la partie supérieure du four (1). De préférence encore, ledit système de captage comprend une conduite (9) et de manière particulièrement préférée une conduite métallique. Ledit système de captage des gaz de carbonisation est avantageusement recouvert de matériaux isolants de sorte de maintenir une température élevée de ses parois et ainsi d'éviter la condensation des goudrons sur ses dernières. Avantageusement, ladite conduite est également couplée à un moyen de dépression (10) permettant de limiter les fuites de gaz de carbonisation vers l'extérieur. Un tel moyen de dépression peut notamment prendre la forme d'un ventilateur.

De préférence, un incinérateur (11) est positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation de sorte de brûler lesdits gaz de carbonisation avant leur rejet dans l'atmosphère. Ledit incinérateur comprend un brûleur éventuellement alimenté en gaz d'appoint, comme le propane, de sorte d'incinérer les gaz de carbonisation même lorsque leur pouvoir calorifique est insuffisant.

Avantageusement encore, le dispositif selon l'invention comprend un système étanche couplé à l'ouverture positionnée dans la partie inférieure du four (1) et permettant le déchargement du charbon de bois du four (1) après arrêt de la réaction de carbonisation. À titre d'exemple, ledit système étanche pourra prendre la forme d'une trappe mobile, par exemple du type vanne pelle, d'un double sas (deux trappes mobiles successives) ou d'un extracteur à vis. Selon un mode de réalisation particulier, le déchargement du charbon de bois du 5 four (1) vers le conteneur (3) s'effectue au moyen d'une trappe mobile, par exemple du type vanne pelle. Selon un autre de réalisation particulier, le déchargement du charbon de bois du four (1) vers le conteneur (3) s'effectue au moyen d'un extracteur à vis, de préférence ledit extracteur comprend un circuit de refroidissement dans ses parois utilisant un 10 liquide calorifique tel que l'eau ou l'huile. Avantageusement, la sortie dudit circuit de refroidissement dudit extracteur est couplée audit au moins un four (1) de sorte d'utiliser les calories extraites du charbon de bois pour chauffer ledit au moins un four (1) pour la réaction de carbonisation suivante. De préférence, la sortie dudit circuit de refroidissement dudit extracteur permet le 15 préchauffage de l'air de carbonisation, notamment de préchauffer ledit air de carbonisation à une température comprise entre 50 et 80 C. Selon un troisième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend un système d'injection d'air forcé comprenant une (ou des) entrée(s) d'air (2) positionnées sur le four (1), lesquelles entrées d'air (2) permettent avantageusement de 20 contrôler la combustion de la partie inférieure du bois à l'aide de moyens d'obturation (13) desdites entrées, tels que des vannes situées en amont desdites entrées d'air, et de moyens d'injection (14, pressurisation) d'air par lesdites entrées, tels que des ventilateurs situés en amont desdites entrées, de préférence en aval des moyens d'obturation (13). 25 De préférence, la ou lesdites entrées d'air (2) sont situées dans la partie inférieure du four (1). Selon un quatrième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend une sonde pyrométrique (15) positionnée soit directement au sein du four (1), soit indirectement au niveau de la sortie des gaz de carbonisation (système de captage 30 des gaz de carbonisation); laquelle sonde pyrométrique (15) permet de mesurer la température de réaction et de commander les moyens d'obturation (13) des entrées d'air (2) et les moyens d'injection d'air (14).

De préférence, ladite mesure est effectuée au moyen d'une sonde pyrométrique positionnée au niveau de la sortie des gaz de carbonisation. Selon un cinquième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1) permettant de mesurer la masse de bois à carboniser et de commander les moyens d'obturation (13) des entrées d'air (2) et, éventuellement, les moyens d'injection d'air (14). La figure 6 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un dispositif de carbonisation selon l'invention dans lequel le bois est introduit dans le four (1) recouvert de matériau réfractaire (7) à l'aide d'une unité mobile de chargement (5) de type tapis convoyeur et au niveau d'une ouverture (4) située dans la partie supérieure du four (1). Après chargement du four (1) en bois, les moyens permettant la fermeture étanche (6) de l'ouverture (4) sont mis en oeuvre. La quantité de bois introduite peu alors être déterminée et/ou contrôlée à l'aide d'un ou plusieurs capteur(s) de poids (8). La réaction de carbonisation est alors amorcée avec l'ouverture des entrées d'air (2) et les gaz de carbonisation sont évacués par une conduite (9) située sur la partie supérieure du four. La réaction de carbonisation est contrôlée en fonction de la variation du poids du bois de carbonisation à l'aide des capteurs de poids (8) et/ou en fonction de la température des gaz de carbonisation au moyen d'une sonde pyrométrique (15), lesdits capteurs et/ou ladite sonde permettant de contrôler les moyens d'obturation (13) des entrées d'air (2) et les moyens d'injection d'air (14). Après arrêt de la carbonisation, le système étanche (12) est ouvert pour transférer le charbon de bois vers le conteneur (3) pour refroidissement de ce dernier. Selon un sixième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend n fours (1).

Avantageusement, n est supérieur ou égal à 3, de préférence supérieur ou égal à 6, à titre d'exemple supérieur ou égal à 8 ou 10, et de manière particulièrement préférée n est supérieur ou égal à 12. Le système de captage des gaz de carbonisation comprend une conduite (9) couplée de façon étanche à chacun des n fours (1), lesdites n conduites étant également couplée à un unique collecteur (16), lequel prend le forme d'une conduite de diamètre supérieur. Avantageusement, ledit collecteur est couplé à un moyen de dépression (10) unique, permettant de limiter les fuites de gaz de carbonisation vers l'extérieur.

Selon un mode de réalisation particulier, lesdits n fours (1) sont disposés en cercle. Avantageusement, le système de captage des gaz de carbonisation est disposé en étoile, avec chacune des conduites couplée de façon étanche à chacun des n fours (1), couplée simultanément avec un collecteur unique disposé au centre du cercle formé par les n fours (1). Selon un autre mode de réalisation particulier, un incinérateur (11) unique est positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation et, de manière particulièrement préféré, en aval du collecteur. Ledit incinérateur comprend un brûleur, lequel est éventuellement alimenté en gaz d'appoint.

Avantageusement, ledit incinérateur (11) est couplé à une chaudière de récupération (17) pour la production de vapeur, laquelle chaudière (17) est couplée à une turbine à vapeur (18) permettant la production d'électricité. La figure 7 représente une vue du dessus d'un dispositif de carbonisation comprenant 6 fours (1) disposés en cercle avec une conduite (9) couplée de façon étanche à chacun des 6 fours (1) et à un collecteur unique (16). Ledit collecteur (16) est couplé à un moyen de dépression unique (10). Un incinérateur (11) est disposé en aval du collecteur (16) et est couplé à une chaudière de récupération (17) pour la production de vapeur, laquelle chaudière est couplée à une turbine à vapeur (18) permettant la production d'électricité.

Selon un autre mode de réalisation particulier, un ou des moteurs à explosion sont positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation, lesquels moteurs à explosion sont couplés à des alternateurs permettant la production d'électricité. Selon un autre mode de réalisation particulier, le bois introduit est préalablement séché avec les fumées chaudes en sortie de système (incinérateur, turbine à vapeur ou 25 moteur à explosion en fonction du dispositif utilisé).

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Un procédé de fabrication de charbon de bois comprenant les étapes suivantes : (i) on introduit du bois dans au moins un four (1), (ii) on démarre la combustion d'une faible partie dudit bois et on ouvre simultanément la ou les entrées d'air (2) dudit four (1), (iii) on soumet le bois introduit dans ledit au moins un four (1) à une réaction de carbonisation de sorte d'obtenir du charbon de bois, (iv) on arrête la réaction de la carbonisation par obturation de la ou des entrées d'air (2) du four (1), (v) on décharge le charbon de bois du four (1) vers un conteneur (3), et (vi) on soumet le charbon de bois obtenu à une phase de refroidissement dans ledit conteneur (3) avant sa vidange à froid.

2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four (1) est entièrement couvert de matériau réfractaire (7) permettant de maintenir une température de paroi externe comprise entre 50 et 100 C.

3. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on introduit une quantité de bois déterminée dans le four (1).

4. Le procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la détermination de la quantité de bois introduite est effectuée par la pesée du four (1) avant et après l'introduction du bois, ladite pesée étant effectuée au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1).

5. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (v) de déchargement du charbon de bois se fait au moyen d'un système étanche (12) couplé à une ouverture positionnée dans la partie inférieure du four (1).

6. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (iii) comprend en outre l'injection contrôlée d'air.

7. Le procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'injection d'air à l'étape (iii) est contrôlée en fonction de la température de réaction, de préférence au moyen d'une sonde pyrométrique (15) positionnée au niveau de la sortie des gaz de carbonisation.

8. Le procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'injection contrôlée d'air permet de maintenir une température des gaz de carbonisation comprise entre 100 et 450 C, de préférence entre 200 et 400 C de façon à éviter la combustion du charbon de bois ou l'extinction de la réaction de carbonisation.

9. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'injection contrôlée d'air se fait en fonction de la masse de bois à carboniser présente dans le four (1).

10. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (iv) correspondant à l'arrêt de la réaction de la carbonisation s'effectue par la fermeture contrôlée de la ou des entrées d'air (2) du four (1) en fonction de l'évolution de la masse de bois à carboniser présente dans le four (1).

11. Le procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la fermeture de la ou des entrées d'air (2) est effectuée dès lors que la masse de charbon de bois à carboniser atteint une valeur comprise entre 10 et 20% de la quantité de bois introduite (p/p), de préférence comprise entre 15 et 20%.

12. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 1l, caractérisé en ce que la fermeture contrôlée de la ou des entrées d'air (2) du four (1) se fait également en fonction de l'évolution de la température de réaction.

13. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend n fours (1) fonctionnant en parallèle avec un décalage de temps de T/n entre deux fours (1) adjacents et où T correspond à la somme des durées des étapes (i) à (v).

14. Le procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que n est supérieur ou égal à 3, de préférence supérieur ou égal à 6.

15. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que lesdits n four (1)s sont disposés en cercle.

16. Un dispositif de fabrication de charbon de bois susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 et comprenant : (a) au moins un four (1) comprenant : (i) une ouverture (4) par laquelle est introduite le bois, (ii) une ou plusieurs entrées d'air (2),(iii) un système de captage des gaz de carbonisation, et (b) au moins un conteneur (3) recevant le charbon de bois pour le refroidissement.

17. Le dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le four (1) 5 est entièrement couvert de matériau réfractaire (7) permettant de maintenir une température de paroi externe comprise entre 50 et 100 C.

18. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comprend un incinérateur (11) positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation de sorte de brûler lesdits gaz de carbonisation avant 10 leur rejet dans l'atmosphère.

19. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend un système étanche (12) couplée à une ouverture positionnée dans la partie inférieure du four (1) permettant le déchargement du charbon de bois. 15

20. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection d'air forcé comprenant une (ou des) entrée(s) d'air (2) positionnées sur le four (1), lesquelles entrées d'air (2) permettent avantageusement de contrôler la combustion de la partie inférieure du bois à l'aide de moyens d'obturation (13) desdites entrées, tels que des vannes situées en 20 amont desdites entrées d'air, et de moyens d'injection (14, pressurisation) d'air par lesdites entrées d'air (2), tels que des ventilateurs situés en amont desdites entrées, de préférence en aval des moyens d'obturation (13).

21. Le dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde pyrométrique (15) positionnée soit directement au sein du four (1), soit 25 indirectement au niveau du système de captage des gaz de carbonisation et en ce que ladite sonde pyrométrique (15) permet de mesurer la température de réaction et de commander les moyens d'obturation des entrées d'air (2) et les moyens d'injection d'air.

22. Le dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend 30 un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1) et permettant de mesurer la masse de bois à carboniser, et en ce que lesdits capteurs de poids permettent de commander les moyens d'obturation (13) des entrées d'air (2) et, éventuellement, les moyens d'injection d'air (14).

23. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 22, caractérisé en ce qu'il comprend n fours (1).

24. Le dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que n est supérieur ou égal à 3, de préférence supérieur ou égal à 6.

25. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 23 ou 24, caractérisé en ce que le système de captage des gaz de carbonisation comprend une conduite couplée de façon étanche à chacun des n fours (1), lesdites n conduites étant également couplée à un unique collecteur (16), lequel collecteur prend la forme d'une conduite de diamètre supérieur.

26. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que lesdits n fours (1) sont disposés en cercle.

27. Le dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que le système de captage des gaz de carbonisation est disposé en étoile, avec chacune des conduites (9) couplée de façon étanche à chacun des n fours (1) et couplée simultanément avec un collecteur (16) unique disposé au centre du cercle formé par les n fours (1).

28. Le dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il comprend un incinérateur (11) unique positionné en aval du système de captage des gaz de carbonisation.

29. Le dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit incinérateur (11) est couplé à une chaudière de récupération (17) pour la production de vapeur et en ce que ladite chaudière (17) est couplée à une turbine à vapeur (18) permettant la production d'électricité.