OA11249A - Carbonisation et briquetage de résidus agricoles - Google Patents

Description

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La présente invention est relative à un procédé de fabrication debriquettes utilisables comme combustible pour la production de l'énergiedomestique et industrielle. 5 Ce procédé se situe dans le cadre de la bioénergétique. En effet, la biomasse ou masse vivante, en provenance de déchets végétaux, de résidusforestiers ou agricoles, constitue une source d'énergie par excellence.

Il existe plusieurs procédés de transformation de cette biomasse aux 10 fins énergétiques:

Par biodégradation, du biogaz peut être obtenu. Le pouvoir calorifiquedu biogaz est assez élevé. Pour un gaz à 70 % de méthane par mètre cube, lepouvoir calorifique peut atteindre 6000 kcal/kg. La popularisation de ce 15 combustible se trouve cependant confrontée à un problème de transport.

Le charbon de bois constitue le combustible le plus utilisé dans nospays. Il a un pouvoir calorifique de l'ordre de 7000 kcal/kg. Mais avec lamenace de la déforestation, il est nécessaire d'arrêter sinon de limiter sa 20 production.

Le briquetage par densification est aussi un procédé d'utilisation dela biomasse comme combustible. Le pouvoir calorifique d'une telle briquettepeut varier entre 4300 et 4700 kcal/kg. 25 Généralement, par ce procédé, les matières premières (résidus agricolesou autres) sont collectées, stockées, découpées si nécessaire, séchées etmélangées avec un ou plusieurs liants pour ensuite être comprimées sous formede briquettes. Les briquettes obtenues par ce procédé conservent toutefois 30 de la matière verte, un inconvénient sérieux notamment pour la mise à feu desbriquettes. De plus, les briquettes obtenues par densification dégagentbeaucoup de fumée qui dérange l'utilisateur.

Un autre inconvénient résulte du fait que les briquettes densifiées ne 35 sont pas noires contrairement au charbon de bois couramment utilisé par lesménagères. Étant donné la forte résistance au changement constatée dans lesecteur domestique, ces inconvénients pénalisent le produit et l'empêche deconstituer un substitut valable au charbon de bois. 40 Des essais de carbonisation des matières premières ont été tentés dans plusieurs pays africains. Certains de ces procédés visent la carbonisationde tiges sous forme entière: des arbustres, roseaux, ou autres sontcollectées, coupées, séchées et carbonisées. D'autres procédés broientensuite les matières carbonisées pour les compresser en briquettes. 45 Malheureusement, ces briquettes n'arrive pas à tenir leur forme et s'effritentfacilement. Ces produits, entiers ou broyés et compressés, ainsi obtenus dela carbonisation ont l'inconvénient de ne pouvoir se transporter parce tropfragiles. De plus, le procédé de carbonisation est souvent mal contrôlé: lesproduits sont trop ou trop peu carbonisés ou ne sont pas carbonisés de manière 50 homogène ce qui nuit à la combustion du produit et diminue son pouvoircalorifique.

La présente invention remédie à tous les inconvénients cités et permet la production de briquettes de charbon à partir de n'importe quel résidu 55 végétal carbonisable. Les briquettes obtenues du procédé sont solides et résistent aux chocs des manutentions et transports. Elles sont d'allumage facile, leur combustion est homogène et elles dégagent peu de fumée. 011249 L'invention a pour objet un procédé de fabrication de briquettescombustibles qui consiste à carboniser au préalable les matières premièrespour obtenir une substance composée essentiellement de carbone, ci refroidirles résidus carbonisés, à les broyer pour les rendre plus homogènes, à lesmélanger avec un liant, les compresser dans des moules de surfaces lisses pourobtenir des briquettes qui seront ensuite séchées. L'invention se distingue des autres procédés de briquetage de résiduscarbonisés par une carbonisation préalable, contrôlée et uniforme des matièrespremières, par l'utilisation de liants, par une compression optimale dumélange dans des moules et par un séchage du produit fini.

Ce procédé de fabrication des briquettes par carbonisation consiste enplusieurs étapes schématisées en fin de document (voir dessins techniques) etcomporte ce qui suit : 1. La carbonisation des résidus agricoles :

Le principe de la carbonisation repose sur la production d'un solidecontenant principalement du carbone avec quelques pourcentages (6 à 10 X) dematières volatiles afin d'obtenir un combustible qui brûle facilement, sansdégagement excessif de fumée. L'invention se caractérise par l'utilisation d'un carbonisateur (figure1) muni d'un contrôleur d'air (1) afin d'obtenir le juste degré decarbonisation pour chaque matière utilisée. Elle se caractérise égalementpar la possibilité de carboniser non seulement les matières ligneuses maiségalement tout résidu agricole séchable. Ces résidus peuvent comprendre laballe ou la paille de riz, les tiges de cotonnier, de mil, de sorgho ou demaïs, la coque d'arachide ou de karité, le typha, le diga ou riz sauvage(oryza longistaminata). Le degré optimal de carbonisation, d'aération et deremplissage du carbonisateur varie en fonction de chaque matière utilisée.La carbonisation est la première étape de la fabrication. f

Figure 1: Les résidus sont chargés par le haut du cylindre de carbonisation(2), puis mis à leu par la trappe du bas (3). Les deux extrémités du cylindresont ensuite refermées et le contrôleur d'air (1) est ajusté au degré requis.Les résidus une fois carbonisés sont relâchés par la trappe d’ouverture (3)et acheminés vers la prochaine étape sur un convoyeur (4). 2, Le refroidissement des résidus carbonisés :

Les résidus obtenus de la carbonisation se trouvent, eu égard à leurtempérature, à la limite de la combustion. Un coup de vent suffit pour qu'ilsprennent feu. Ainsi, il est nécessaire de les laisser refroidir dans uncontenant fermé en l’occurrence, un silo de refroidissement (figure; 2). Lerefroidissement constitue la deuxième étape de la chaîne de fabrication.

Figure 2: Le silo de refroidissement est hermétiquement fermé jusqu'au refroidissement des matières carbonisées. Le temps requis pour cette opération dépend des résidus utilisés et de l'utilisation d'équipement ou de substance servant à accélérer le refroidissement. 011249 3 3. Le broyage des résidus carbonisés :

Les résidus ainsi carbonisés et refroidis sont broyés avec un moulin amarteau ou autre instrument (figure 3) afin d’obtenir de la poudre de charbon.Cette opération est nécessaire car le briquetage (étape 6) exige un mélangehomogène des produits entrant dans la confection. Des résidus de charbon debois ou de la lignite peuvent également être utilisés à cette étape. L,ebroyage est l'objet de la troisième étape de. la confection des briquettes. figure 3; Les matières carbonisées refroidies sont acheminées au broyeur (6)par un convoyeur (5). Les résidus, une fois broyés, se transforme en unepoudre fine et uniforme, 4. Le mélange :

Le briquetage nécessite l'addition d'un liant (7) servant à coller lesparticules de la poudre. La mélasse, l'amidon de manioc, de pommes de terreou autres liants peuvent être utilisés à cette fin. Le mélange des différentsconstituants, quatrième étape de la chaîne, est la phase la plus importantedu processus de confection des briquettes.

La proportion du mélange varie selon les ingrédients utilisés et lesrésultats visés (briquette plus solide, moins odorante etc.). La briquettela plus communément fabriquée se compose de 500 grammes de poudre de charbon(d'origine unique ou mélange de poudre de charbon de divers résidus) pour 300grammes de liant (en l'occurrence, la mélasse) et 300 g; unîmes d'eau.D'autres proportions peuvent également être utilisées.

Le mélange est effectué avec un malaxeur ou dans un mélangeur (figure4). Dans le cas de l'amidon, il faut également chauffer l’ensemble au fil dumalaxage. Le mélange est la quatrième étape de la chaîne de fabrication.

Figure 4: Ce mélangeur est constitué d'un cylindre muni d'une vis sans fin(S) permettant de remuer de manière homogène la poudre de charbon,> 1 'eau etle liant (7), tous reliés directement au cylindre. S. Le briquetage : L'ensemble, poudre de charbon, liant et eau, est malaxé jusqu'à devenirune masse homogène. Cette masse homogène est ensuite briquetée (figure 5) àl'aide de moules placés dans des presses hydrauliques ou à l’aide d'unemachine faisant tourner deux roues garnies de moules (11) ou deux îoulèauxcompresseurs garnies de moules Ci). Les dimensions et la forme- des briquettesvarient selon les moules utilisés. La briquette la plus commune est de formedite "oreiller", pèse environ 30 grammes, est environ 6 cm de lung, 1 cm de-large et 2,5 cm de haut à la partie la plus élevée (centre). Des briquettesde toutes formes, grandeurs et poids peuvent cependant être fabriquées. Lebriquetage, cinquième étape de la chaîne de fabrication, constitue la partiela plus mécanique de la production.

Figure 5: Un système d'alimentation (10) situé au dessus de la jonction des deux moitiés de moules fait tomber la poudre de charbon entie les moules qui 01 1 2 0 4 compressent la poudre en se joignant. Les masses compactes (11) constituantles briquettes sont libérées suite à cette compression et acheminées sur unconvoyeur vers le séchoir.

Figure 5b: Une briqueteuse à grande roues garnies de moules (14), compressela poudre dans les moules (17) à l'aide d'un ressort (15). La poudre decharbon est alimentée par un entonnoir (16) situé au dessus des deux rouesgarnies des moules à briquettes (14). Ce modèle de briqueteuse activée parun système de poulies (18) est alimenté par un moteur (19) électrique oudiesel. 6. Le séchage :

Les briquettes ainsi façonnées contiennent encore une certaine quantitéd'eau. Cette humidité rendant la combustion difficile, elles doivent fairel'objet d'un séchage. Le séchage peut être effectué à l'aide d'un séchoirsolaire dans le cas de petites productions. Dans le cas d'une unitéindustrielle, le séchoir utilisé (figure 6) combine une ventilation forcéed'air chaud afin de diminuer le temps de séchage requis. Le séchage est lasixième et dernière étape de fabrication.

Figure 6: Les briquettes sont acheminés dans le séchoir (12) par unconvoyeur. Le séchoir est muni de ventilateurs (13) forçant de l'air chaudsur les briquettes. 011249 5

Description du produit :

La briquette ainsi obtenue est un combustible léger, de couleur noireavec un point de combustion continue. Le combustible ainsi confectionné secaractérise par un pouvoir calorifique (PC) de 19638 kj/kg pour la paille deriz, 23996 kj/kg pour la coque d'arachide, 19948 kj/kg pour les tiges de milet 25750 kj/kg pour les tiges de cotonnier. Toutes les combinaisons dematières premières sont possibles.

Le pouvoir calorifique de la briquette, pour le cas de la paille estsupérieure à celui de la matière première sèche qui est de 12600 kj/kg.

Le pouvoir calorifique ainsi déterminé est celui du combustible sec etdépend donc, comme tout combustible, du degré d'humidité de ce dernier.

La briquette brûle jusqu'à être consumée totalement c'est à dire setransformer en cendres. Au besoin, elle peut être éteinte pour uneutilisation ultérieure. Ceci témoigne de la fabrication compacte de labriquette.

Tel que cité précédemment, la briquette peut être de toute forme,grandeur ou poids.

La briquette s'allume comme le charbon de bois, avec une braise dupapier, de l'essence ou autre méthode commune. Au contraire du charbon debois cependant, il n'est pas nécessaire de ventiler le combustible une foisallumé. Le manteau de cendres recouvrant la briquette se détache moinsfacilement du combustible et en facilite la combustion.

La briquette se distingue des briquettes nord américaine par sacomposition de résidus agricoles plutôt que de bois. Cependant, la ligniteainsi que les déchets de la transformation de bois, copeaux sciures, reliquatsde charbon peuvent également être recyclés dans la fabrication de cettebriquette.

Claims (5)

1. 011249 6 Revendications

   1. Procédé de fabrication de briquettes combustibles à partir de résidusorganiques, comprenant la carbonisation des résidus organiques, lerefroidissement des résidus carbonisés, le broyage des résidus carbonisésrefroidis afin d'obtenir une poudre de charbon laquelle est. additionnée d'eauet d'un liant puis compressée en une masse combustible densifiée qui estensuite séchée.
2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par lacarbonisation préalable et optimale de la matière première à l'aide d'uncarbonisateur muni d'un contrôleur d'air et d'une vis sans fin permettant deremuer et aérer la matière première.
3. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé parl'utilisation de l'une ou l'autre ou de toute combinaison en toute proportiondes matières premières suivantes plutôt que par l'utilisation exclusive dubois: paille de riz, balle de riz, tige de cotonnier, tige de mil, tige desorgho, tige de maïs, coque d'arachide, coque de karité, typha, diga (oryzalongistaminata), canne à sucre, bambou, tout résidu de transformation du bois(brin de scie, copeau, débris de charbon, poudre de charbon ou autres),lignite ou tout autre matière végétale ou minérale.
4. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé parl'addition aux matières premières carbonisées d'un liant pur ou additionnéd'eau se composant de l'une ou l'autre ou de toute combinaison en touteproportion des matières suivantes à titre de liant: mélasse, amidon de manioc,de maïs, de pomme de terre ou de toute autre source ou toute autre matière desource organique ou chimique pouvant servir à faire adhérer les matièrescarbonisées.
5. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par lacompression de la matière première carbonisée à l'aide de presses hydrauliquesou à l'aide de deux roues ou rouleaux compresseurs garnies chacun de demi-moules permettant la production de briquettes ronde ou de forme oreiller dontle poids varie entre 20 et 40 grammes.