WO1979000995A1 - Procede et produits de pyrolyse des matieres ligneuses fragmentees - Google Patents
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Definitions
- This memo describes a process for the valorisation of fragmented wood products, consisting essentially of carrying out an autothermal pyrolysis of these in an oven with refractory lining and insulation, at least part of which is porous, the evacuation of gases and distillation vapors being produced by suction through said part and extraction of the coal produced by any known means.
- the condensable liquids from pyrolysis can be recovered by any known means to recover the useful compounds, just as they can be mixed with suitably ground coal to form a liquid fuel.
- This fuel can also be further processed by distillation and a residue can be obtained therefrom, a wood coke particularly suitable for the usual uses of charcoal and a recoverable distillate.
- a cylindrical metal tank 'a' with a lid and an inclined bottom serves as both a force enclosure and a surface condenser.
- El houses a second refractory enclosure 'b' made of insulating and porous materials maintained by all known means at a sufficient distance from the interior walls of the tank 'a' so that the gases can circulate freely in the annular space thus formed.
- This second enclosure constitutes the carbonization oven intended to receive the load of wood products.
- An ignition torch 'c' consisting for example of a gas burner, allows, as shown, to bring part of the charge to its combustion temperature. As soon as this is started, the fuel used can also be stopped, the oxygen or the air obviously sufficient to maintain combustion.
- a gas extraction fan 'd' causes a reverse draft of the natural draft throughout, making it possible to pyrolysis from "top to bottom" in the enclosure, as well as the passage of the porous lining. Thus, the pyrolysis gases methodically transfer the mass of wood which they preheat. Oxygen or air can be stopped in turn as soon as a sufficient mass of wood is ignited.
- This process is particularly well suited to wood reduced to dry fragments or chips, such as, for example, particles used in the industry of chipboard, shredded straw, or drilled waste. fragmented thirds.
- the advantages of this device are as follows:
- the important points to which special attention should be paid are as follows: 1.
- the fragmentation of the wood product should be as regular as possible. However, fragments having a thickness of the order of a millimeter and dimensions other than a few centimeters are suitable.
- the term “wood products” means any biomass consisting wholly or in part of cellulose and / or lignin.
- the distribution of the fragmented product in the enclosure reaction must be regular and symmetrical, so as to avoid as much as possible the preferred gas paths due to irregular pressure drops and which would hinder the methodicity of heat exchanges.
- a good means of loading can be achieved pneumatically by having a cyclonic principle unloader at the top of the oven.
- the drying of the fragmented products must be such that the humidity measured at 130 ° does not exceed 1%. When the drying is carried out in situ, it will be considered to be effective when the entire mass of the oven has reached at least 130 °.
- the setting in autothermal mode can be carried out by any imaginable means, the simplest consisting in
- the cooling at the end of the reaction can be carried out by any known means.
- the recycling of externally cooled reaction gases constitutes an easy but non-limiting means of operating.
- the gases mainly contain carbon dioxide, carbon monoxide, methane and hydrogen. Their calorific value is quite high and exceeds 2,000 calories per cubic meter during the whole pyrolysis operation.
- the mixture of coal and liquids gives a fuel with a calorific value of about 5-000 calories per Kg.
- FIG 2 shows schematically an apparatus comprising in particular:
- a movable grate is fixed to a shaft 'd' whose rotation causes the fragmentation of the coal after operation.
- a base 'b' brings together the pyroligneous in which the charcoal produced will be projected; a valve 'h' ensures the evacuation at will towards a tank 'c' provided with a return member 'i' and grinding 'j';
- an evacuation device 'u' with fan 'k' makes it possible to eject the residual gases by 'r'.
- These are condensed by the refrigeration unit shown diagrammatically by the pump 'o', the refrigerant '1' itself maintained at temperature by 'n' and 'm' by air cooling;
- FIG. 3 shows schematically a set of two devices coupled on a single recipe tray.
- the devices' u 'and' u "allow the combustion of waste gases before their injection into the ovens, while the valves' v 'and' v 'give the assembly the possibility of cyclic operation, one of the reactors being in pyrolysis while the other is in drying.
- a set of this type comprising reactors with a unit volume of 3 m3, makes it possible to produce 1,000 Kg of combustible liquid at 5,000 Cal / Kg daily.
- the essential advantage of this process lies in the possibility that it offers to transform a wide variety of wood products into a combustible liquid that can be easily stored, transported and used.
- the method according to the invention can be made continuous by the juxtaposition in one or more devices of the different unit phases. This can in particular be achieved by aligning an indefinite number of reactors followed successively by a loading apparatus, an ignition device, and an unloading device that any person skilled in the art can imagine when it comes to making a globally continuous process a unitary discontinuous process. Likewise, the process can be made generally continuous by arranging the various reactors so as to constitute a single composite reactor. It is also possible to program the reactors, or set of reactors, so as to give the service the desired automation, in particular by the addition of suitable control and regulation measuring devices.
Abstract
Procede de pyrolyse de produits ligneux fragmentes consistant a amorcer une reaction autothermique dans la masse sechee desdits produits introduits dans un four a garnissage (a) dont une partie au moins est poreuse. Appareillage cyclique permettant de realiser alternativement le sechage et la pyrolyse des produits ligneux fragmentes, le sechage etant obtenu grace aux calories contenues dans les gaz incondensables de la pyrolyse. Combustibles constitues par le charbon et les liquides issus de la pyrolyse, ainsi que par leurs melanges.
Description
PROCEDE ET PRODUITS DE PYROLYSE DES MATIERS LIGNEUSES [FRAGMENTEES
Le présent mémoire décrit un procédé pour la valorisa-tion des produits ligneux fragmentés, consistant essentiellement à réaliser une pyrolyse autothermique de ceux-ci dans un four à garnissage réfractairê et isolant, dont une partie au moins est poreuse, l'évacuation des gaz et vapeurs de distillation étant réalisée par aspiration à travers ladite partie et l'extraction du charbon produit par tous moyens connus. Les liquides condensables issus de la pyrolyse peuvent être valorisés par tous moyens connus pour en récupérer les composés utiles, de même qu'ils peuvent être mélangés avec le charbon convenablement broyé pour constituer un combustible liquide. On peut encore traiter ultérieurement ce combustible par distillation et recueillir en résidu de celle-ci un coke de bois particulièrement apte aux usages habituels du charbon de bois et un distillât valorisable
Le demandeur à, en effet trouvé que s'il était connu que le bois ou les autres produits ligneux secs se prêtaient à une réaction exothermique de pyrolyse lorsque la température atteint une valeur suffisante, aucun dispositif industriel n'a pu, jusqu'ici, en tirer un profit réel du fait du dégagement des gaz et vapeurs qui l'accompagne. Dans les anciens procédés, dits des meules, une cheminée permettait cette évacuation, mais le bois n'étant ni sec, ni assez fragmenté, n'était jamais méthodiquement traversé par les gaz réaction-nels pour profiter de leurs chaleurs sensibles. De ce fait, celles-ci ont pratiquement toujours été perdues, et celles nécessaires à la carbonisation fournies par la combustion de bois frais diminuε_nt d'autant le rendement énergétique global. Dans leε fours modernes de carbonisation, l'équilibre thermique est trop précaire pour permettre l'emploi de bois séché à un degré suffisant pour que l'on puisse profiter au maziratiπs de la partie exothermique des réactions de décomposition.
Le demandeur a réalisé un dispositif dont le principe est représenté par la figure 1 et qui pallie, les inconvénients cités plus haut. Une cuve métallique 'a' de forme cylindrique avec cou vercle et fond incliné, comme indiqué sur la figure , sert à la fois d'enceinte de force et de condenseur à surface. El abrite une deuxième enceinte réfractaire 'b' constituée de matériaux isolants et poreux maintenus par tous moyens connus à une distance suffisante des parois intérieures de la cuve 'a' pour que les gaz puissent circuler librement dans l'espace annulaire ainsi constitué. Cette deuxième enceint constitue le four de carbonisation destiné à recevoir la charge de produits ligneux. Un chalumeau d'allumage 'c', constitué par exemple d'un brûleur à gaz, permet, comme il est schématisé, d'amener une partie de la charge à sa température de combustion. Dès que celle—ci est amorcée, le carburant utilisé peut d'ailleurs être arrêté, l'oxygène ou l'air suffisant évidemment pour maintenir la combustion. Un ventilateur d'extraction des gaz 'd' provoque un tirage in verse du tirage naturel dans l'ensemble, rendant possible pyrolyse de "haut en bas" dans l'enceinte, ainsi que la tra versée du garnissage poreux. Ainsi, les gaz de pyrolyse tra versent méthodiquement la masse de bois dont ils assurent préchauffage. L'oxygène ou l'air peuvent être arrêtés à leur tour dès qu'une masse suffisante de bois est en ignition. Dès lors, le processus autothermique est engagé et la pyro lyse se poursuit d'elle—même sans apport extérieur de calo ries. Une pompe d'extraction *e' permet l'évacuation du li quide pyroligneux condensé dans la cuve et qui se rassemble avec les goudrons au fond de celle-ci.
Ce processus s'adapte particulièrement bien à du bois réduit en fragments ou copeaux secs, tels, par exemple, les particules utilisées dans l'industrie des panneaux agglomé rés, de la paille déchiquetée, ou encore de déchets fores
tiers fragmentés. Les avantages de ce dispositif sont les suivants :
— simplicité de conception et de réalisation ; - multiplication facile des unités de production ;
— rendement en charbon maximum ;
— récupération maximum des gaz et condensats ;
— concentration des éléments valorisables dans les gaz particulièrement élevée ; - mécanisation facile d'un ensemble de production ;
— adaptation possible à tous bois, déchets de bois, ou de produits agricoles préalablement fragmentés et séchés ;
— séchage possible in situ des produits fragmentés en utilisant les gaz de pyrolyse d'un four couplé en marche. cyclique avec le premier ;
— possibilité de gazéifier le charbon produit par un gaz contenant de l' oxygène par simple introduction de celui— ci en fin de pyrolyse ;
— possibilité de mélanger des liquides condensés avec le charbon produit obtenant ainsi une sorte de fuel de bois d'emploi banalisable ;
— enfin, possibilité de valorisation énergétique et chimique maximum des produits ligneux par distillation fractionnée des condeneats ou du fuel de bois, le résidu de la distillation donnant, dans ce dernier cas, un coke de bois particulièrement intéressant.
Les points importants auxquels il convient de prêter une attention particulière sont les suivants : 1. La fragmentation du produit ligneux doit être aussi ré- gulière que possible. Néanmoins, des fragments ayant une épaisseur de l'ordre du millimètre et des dimensions autres de quelques centimètres conviennent. Par produits ligneux, on entend toute biomasse constituée en tout ou en partie de cellulose et/ou de lignine. 2. La répartition du produit fragmenté dans l'enceinte
réactionnelle doit être régulière et symétrique, de ma nière à éviter autant que faire se peut les cheminements gazeux privilégiés dûs à des pertes de charges irrégu lières et qui entraveraient la méthodicité des échanges thermiques. Un bon moyen de chargement peut être réalisé par voie pneumatique en disposant un déchargeur à prin cipe cyclonique en tête du four.
3. Le séchage des produits fragmentés doit être tel que l'humidité mesurée à 130° ne dépasse pas 1 %. Lorsque le séchage est réalisé in situ, on considérera qu'il est effectif lorsque la masse entière du four aura atteint au minimum 130°.
4. La mise en régime autothermique peut être réalisée par tous moyens imaginables, le plus simple consistant à
"allumer" la partie supérieure du produit par un court apport d'air ou de gaz chauds. Le processus autothermique s'amorce au bout de quelques minutes et se déroule alors sans aucun apport extérieur de .fluides ou de calories. Néanmoins, un faible recyclage de gaz réactionne1 est possible sans perturber gravement le processus autother mique .
5. Le refroidissement en fin de réaction peut être effectue par tous moyens connus. Le recyclage de gaz réactionnels refroidis extérieurement constitue un moyen facile mais non limitatif d' opérer.
Nous donnons ci-après, à titre d'exemple, évidemment non limitatif, le bilan d'une opération effectuée sur 100 kg de bois de hêtre sec réduit en copeaux, de la dimension de ceux utilisés dans l'industrie des panneaux particules.
Bois s
Les gaz contiennent essentiellement du gaz carbonique, de l'oxyde de carbone, du méthane et de l'hydrogène. Leur
pouvoir calorifique est assez élevé et dépasse 2.000 calories par mètre cube pendant toute l'opération de pyrolyse. Le mélange du charbon et des liquides donne un combustible ayant un pouvoir calorifique d'environ 5-000 calories par Kg.
Ce bilan montre que les gaz issus d'une opération peuvent être valorisés par le séchage d'une nouvelle charge et que le bilan calorifique global reste positif lorsque le bois ne dépasse pas 30 % d'humidité. Dans ces conditions extrêmes, 130 Kg de bois de hêtre sec donneraient environ 82 Kg de mélange charbon—liquides sans apport extérieur de calories.
La banalisation des divers produits traités ou obtenus au cours du processus décrit permet d'imaginer de nombreuses variantes adaptables aux divers cas envisagés.
La figure 2 schématise un appareil comprenant notamment:
— un dispositif de fragmentation 'e' alimentant par 'f' un réacteur 'a' muni d'une vanne 'g' d'introduction d'air ;
— une grille mobile est fixée à un arbre 'd' dont la rota- tion entraîne la fragmentation du charbon après opération.
Sa mise en route n'est réalisée qu'en fin de pyrolyse et de refroidissement ;
— une base 'b' rassemble le pyroligneux dans lequel sera projeté le charbon produit ; une vanne 'h' en assure l'évacua- tion à volonté vers un bac 'c' muni d'un organe de reprise 'i' et de broyage 'j' ;
— un dispositif d'évacuation 'u' avec ventilateur 'k' permet d'éjecter par 'r' les gaz résiduaires. Ceux-ci sont condensés par l' ensemble de réfrigération schématisé par la pompe 'o', le réfrigérant '1' lui—même maintenu en température par 'n' et 'm' par aéroréfrigération ;
— la vanne 'q' permet l'évacuation à volonté du liquide combustible préparé vers un stockage par 't', tandis que la vanne 'p' permet éventuellement le soutirage du pyroligneux par 's'.
La figure 3 schématise un ensemble de deux appareils couplés sur un seul bac de recette. En plus des organes dé crits, les dispositifs 'u' et 'u" permettent la combustion des gaz résiduaires avant leur injection dans les fours, tandis que les vannes 'v' et 'v" donnent à l'ensemble la possibilité d'une marche cyclique, un des réacteurs étant en pyrolyse tandis que l'autre est en séchage.
Un ensemble de ce type, comprenant des réacteurs d'un volume unitaire de 3 m3 , permet de produire quotidiennement 1.000 Kg d'un liquide combustible à 5.000 Cal/Kg.
L'avantage essentiel de ce -procédé réside dans la pos sibilité qu'il offre de transformer des produits ligneux les plus divers en un liquide combustible facilement stockable transportable et utilisable.
Le procédé selon l'invention peut être rendu continu par la juxtaposition en un ou plusieurs appareils des différentes phases d'unités. Ceci peut notamment être réalisé par un alignement d'un nombre indéfini de réacteurs suivis successivement par un appareillage de chargement, un dispositif d'allumage, et un dispositif de déchargement que tout homme de l'art peut imaginer lorsqu'il s'agit de rendre glo balement continu un processus unitairement discontinu. De même , le procédé peut être rendu globalement continu en dis posant les différents réacteurs de manière à constituer un seul réacteur composite. On peut aussi programmer les réacteurs , ou ensemble de réacteurs , de manière à donner au service l'automatisme souhaité, notamment par l'adjonction des appareils de mesure de contrβle et de régulation adéquats
Claims
1. Procédé pour la valorisation des produits ligneux fragmentés et secs, consistant à amorcer dans une enceinte isolée et partiellement perméable un processus autothermique de pyrolyse des dits produits conduisant à du charbon, des liquides et des gaz de distillation.
2. Procédé selon 1. dans lequel les produits ligneux sont introduits dans l'enceinte réactionnelle par un dispositif de char gement réalisant une répartition symétrique par rapport aux axes géométriques de ladite enceinte.
3. Procédé dans lequel les produits ligneux fragmentés sont introduits humides et leur séchage réalisé in situ par un courant de gaz chauds pouvant être obtenu par la combustion des gaz de pyrolyse d'une opération distincte menée en parallèle selon 1 et 2.
4. Charbons obtenus par l'un des procédés précédents.
5. Liquides condensables et valorisables en provenance de l'un des procédés selon 1. 2. et 3.
6. Combustible obtenu en mélangeant intimement, et en proportion quelconque, les produits selon 4. et 5 Matière première constituée par ce combustible hétérogène.
7. Coke obtenu en résidu de distillation du combustible décrit en 6.
8. Appareillage de pyrolyse consistant en au moins deux fours, tels que schématisés par la figure '3', destinés, en marche cyclique, à réaliser respectivement le séchage et la pyrolyse des produits ligneux fragmentés en vue d'obtenir un combustible selon 6. avec un rendement thermique quantitatif rapporté à la valeur calorifique des solides et liquides récupérables.
9. Appareillage continu de traitement constitué d'un ensemble indéfini de fours ou d'un ensemble composite programmé de manière à réaliser la succession des phases du procédé de manière méthodique.
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Applications Claiming Priority (2)
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- 1979-12-27 SE SE7910667A patent/SE7910667L/xx not_active Application Discontinuation
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