WO2008125460A1 - Procedes et dispositifs de fabrication de charbon de bois ameliores - Google Patents

Procedes et dispositifs de fabrication de charbon de bois ameliores Download PDF

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WO2008125460A1
WO2008125460A1 PCT/EP2008/053753 EP2008053753W WO2008125460A1 WO 2008125460 A1 WO2008125460 A1 WO 2008125460A1 EP 2008053753 W EP2008053753 W EP 2008053753W WO 2008125460 A1 WO2008125460 A1 WO 2008125460A1
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WO
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carbonization
wood
charcoal
air
oven
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/053753
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English (en)
Inventor
Michel Dietschy
Jean-Louis Bouju
Original Assignee
Velcan Energy
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Filing date
Publication date
Application filed by Velcan Energy filed Critical Velcan Energy
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B1/00—Retorts
    • C10B1/02—Stationary retorts
    • C10B1/04—Vertical retorts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a new method of manufacturing charcoal and a device implementing said method.
  • Charring is a process of making charcoal from raw wood.
  • the chemical principle is like a distillation where the wood, after having been brought to a very high temperature, releases itself from its volatile matter. These combined volatiles will then form the fuel portion of the carbonization gases.
  • the high temperature of the carbonization chamber is obtained by the combustion of a part of the wood (-10% of the wood charged).
  • the initial phase corresponds to the "ignition of the load" (fresh wood possibly pre-dried). After filling the oven with fresh wood, the operator turns on the load at the base to initiate combustion.
  • Proper adjustment of air intake is essential. Indeed, it is necessary on the one hand to maintain the enclosure in an oxygen-poor atmosphere so as not to ignite the entire charge and secondly, to introduce enough oxygen into the chamber for the maintain at a temperature that allows the pyrolysis process. In traditional installations, the air intake adjustment is done empirically and there are significant optimization margins.
  • the first phase consists of the "carbonization" (formation of charcoal) proper of the introduced feedstock.
  • the combustion of a small portion of the introduced wood associated with a low introduction of air provides the heat necessary for drying and pyrolysis of the remaining mass of wood.
  • the pyrolysis of wood leads to the manufacture of charcoal and the generation of incondensable pyrolysis gas and tars.
  • this phase can last from a few hours (6 hours for the most efficient kilns) to several days (traditional bulky kilns). In traditional processes, these gases are released into the atmosphere and tars collected.
  • the second phase consists of "purging”, ie stopping the carbonization by closing the air inlets, degassing the charring and cooling the charcoal mass contained in the furnace (in the case traditional ovens the cooling phase can take several days). Briefly, the temperature decreases, the carbonization reaction stops and the chamber is gradually purged of its carbonization gases.
  • the third phase is "cooling charcoal". Indeed, once the carbonization reaction is complete and the gases evacuated, the charcoal remains too hot to be emptied directly because it could ignite immediately in the presence of oxygen.
  • the oven is placed in the cooling phase during which the temperature decreases to a level allowing the removal of charcoal and the beginning of a new cycle.
  • the duration of this cycle is variable according to the processes, the essence, the humidity, and the particle size of wood used.
  • the furnaces known as "Missouri" consist of a brick enclosure in which is placed the wood in the form of trunk.
  • the carbonization period can last up to 15 days.
  • the production capacity of these ovens is 150 t / year
  • the metal furnaces consist of a metal enclosure in which is placed the wood cut log or in the form of trunk and which allows a faster cooling.
  • the production capacity of this type of furnace is
  • the charcoal manufacturing processes require a significant downtime of the furnaces and therefore have a low yield.
  • the need for rapid cooling of end-of-carbonization furnaces limits the use of refractory materials associated with the furnace in order to minimize the energy input required to maintain a high temperature during the carbonization phase.
  • the inventors have now developed a new method of making charcoal to limit the downtime of the furnaces due to a cooling phase of the charcoal outside the oven. Said method thus makes it possible to increase the yields of said furnaces.
  • a first object of the invention relates to a method of manufacturing charcoal comprising the following steps:
  • the carbonization reaction is stopped by closing off the air inlet (s) (2) of the furnace (1),
  • the wood used in the process according to the invention can come from different tree species or agricultural waste such as coconut endocarp.
  • the wood used may in particular be eucalyptus.
  • the introduced wood has been previously dried ("pre-dried wood”).
  • This pre-drying phase can be carried out by means of storing said wood in a weatherproof and ventilated environment or by introducing said wood into a container or dryer (19) into which air is also introduced.
  • hot or hot gases are taken downstream of an incinerator (11) and particularly preferably downstream of a recovery boiler (17).
  • the introduced wood has an optimum grain size.
  • Said optimum particle size is obtained by means of sawing and slitting means; which particle size depends on the species and the moisture of the wood used, but also the constraints of the carbonization process and the requirements on the quality of the wood. Charcoal according to the users. This optimum particle size can be determined simply by those skilled in the art by routine experiments.
  • the introduction of the wood into the oven (1) is carried out using a unit, possibly mobile, of loading (5) composed of a moving conveyor belt ("grasshopper” type) or a metering screw and possibly weighing.
  • a unit, possibly mobile, of loading (5) composed of a moving conveyor belt ("grasshopper” type) or a metering screw and possibly weighing.
  • the furnace (1) used in the charcoal manufacturing process according to the invention is advantageously a metal furnace, preferably said furnace is steel.
  • Said furnace (1) comprises an opening (4) through which the wood is introduced.
  • said opening is positioned in the upper part of the oven
  • said opening is coupled to means for sealing (6) thereof after the introduction of the wood into the oven (1), such as a charging door or preferably two successive charging hatches.
  • the means for sealing (6) the opening (4) take the form of two successive charging traps for operating, as the metering screw, a continuous process of manufacturing charcoal.
  • said two successive charging hatches are coupled to means for injecting fumes or flue gas into the volume defined by said successive charging hatches.
  • said flue gas or gases are taken downstream of an incinerator (11) and particularly preferably downstream of a recovery boiler (17) which are described below.
  • said means for injecting fumes or flue gas comprise a pipe (20), for example metal, connected downstream of an incinerator and particularly preferably downstream of a recovery boiler (17).
  • the cooling period not taking place in the furnace (1) but of an external container (3) it is now possible to completely cover the furnace (1) with refractory material ( 7) making it possible to maintain an external wall temperature of between 50 and 100 ° C.
  • the oven thus becomes a hot appliance unlike the traditional oven in which the hot periods of carbonization and cold cooling succeed each other.
  • the oven (1) is entirely covered with refractory material (7).
  • Refractory material means any refractory material having good insulating characteristics and good resistance to corrosion in a reducing medium.
  • a quantity of determined wood is introduced into the furnace (1).
  • the quantity of wood introduced can be determined by weighing the wood before it is introduced into the oven (1) or by weighing the oven (1) before and after the introduction of the wood.
  • the quantity of wood introduced is determined by weighing the oven (1) before and after the introduction of the wood; which weighing is carried out by means of one or more weight sensors (8) associated with the oven (1).
  • the weight sensor or sensors are positioned in the lower part of the oven (1).
  • the determination of the quantity of wood introduced into the furnace (1) makes it possible to fill it with wood in an identical manner from one batch to another and thus to improve the reproducibility of the process between two cycles.
  • the starting of the combustion of a small part of the introduced wood is carried out by techniques well known to those skilled in the art, in particular by the introduction, in the bottom of the oven by the air inlets, of a mass of glowing wood taken from a neighboring kiln being calcined or by the introduction of a propane torch that can be removed when the wood begins to burn.
  • combustion of a small part of the wood is meant a combustion of less than 20% of the introduced wood (w / w), preferably less than 10% of the wood introduced (w / w).
  • step (iii) is initiated by raising the temperature of the furnace (1) due to the combustion of a portion of the introduced wood.
  • the step (iv) of stopping the carbonization may advantageously be accompanied by degassing of the carbonization furnace (1) by means of a carbonization capture system.
  • the oven (1) advantageously comprises a carbon capture capture system sealingly coupled thereto.
  • said collection system is positioned in the upper part of the oven (1).
  • said sensing system comprises a pipe (9) and particularly preferably a metal pipe.
  • said pipe is also coupled to a vacuum means (10) for limiting carbonization gas leakage to the outside.
  • a vacuum means may in particular take the form of a fan.
  • said carbonization capture system is covered with insulating materials so as to maintain a high temperature of its walls and thus avoid the condensation of tars on its last.
  • an incinerator (11) is positioned downstream of the carbonization capture system so as to burn off said carbonization gases prior to their discharge into the atmosphere.
  • Said incinerator comprises a burner optionally supplied with make-up gas, such as propane, so that the carbonization gases are incinerated even when their calorific value is insufficient.
  • said incinerator (11) is coupled to a recovery boiler (17) for the production of steam, which boiler (17) is coupled to a steam turbine (18) for generating electricity.
  • the step (v) of unloading the charcoal is effected by an opening positioned in the lower part of the oven (1) and must be operated so as to avoid any phenomenon of self-combustion of the charcoal.
  • said container (3) is sealed after loading to smother the incandescent charcoal.
  • the unloading of the charcoal is done by means of a sealed system (12) coupled to the opening positioned in the lower part of the furnace (1).
  • said sealed system (12) also allows cooling of the charcoal simultaneously unloading.
  • said watertight system (12) may take the form of a mobile hatch, for example of the bucket valve type, a double lock (two successive mobile hatches) or a screw extractor.
  • the unloading of the charcoal from the furnace (1) to the container (3) is effected by means of a mobile hatch, for example of the shovel valve type.
  • the unloading of the charcoal from the furnace (1) to the container (3) is carried out by means of a screw extractor, preferably said extractor comprises a cooling circuit in its walls using a heat liquid such as water or oil.
  • said screw extractor is connected to the furnace by a coupling means that can simultaneously ensure cooling of the charcoal (24), which can for example take the form of a metal pipe not covered with refractory material.
  • the output of said cooling circuit of said extractor is coupled to said at least one furnace (1) so as to use the calories extracted from the charcoal to heat said at least one furnace (1) for the next carbonization reaction.
  • the output of said cooling circuit of said extractor allows the preheating of the carbonization air, in particular to preheat said carbonization air at a temperature of between 50 and 80 ° C.
  • charcoal is essential for domestic use or in the iron and steel industry, some uses require charcoal of consistently high quality. This is the case in the iron and steel industry, where charcoal is used for the manufacture of steel or cast iron, which requires a carbon content of between 75% and 85% of the total weight of coal. Of wood.
  • step (iii) further comprises the controlled injection of air.
  • Control of the air injection is advantageously effected by means of an automatically controlled forced air injection system; which control makes it possible to regulate the temperature inside the reactor and thus to optimize the carbonization reaction that occurs therein.
  • the forced air injection system comprises an air inlet (s) (2) positioned on the oven (1), which air inlets (2) advantageously make it possible to control the combustion of the part lower of the wood by means of closing means (13) of said inlets, such as valves located upstream of said air inlets, and air injection means (14, pressurization) by said inlets, such as that fans located upstream of said inputs, preferably upstream of the closure means.
  • the one or more air inlets (2) are located in the lower part of the oven (1).
  • the injected air has a temperature between room temperature and 800 0 C, preferably between 400 and 700 0 C. This hot air injection can further improve the efficiency of the carbonization process.
  • the injected hot air is then taken downstream of the incinerator (11) or downstream of the recovery boiler (17) and, in a particularly preferred manner, the injected air is taken simultaneously downstream of the incinerator ( 11) and downstream of the recovery boiler (17).
  • the injection of air in step (iii) is controlled as a function of the reaction temperature.
  • the controlled injection of air makes it possible to maintain a reaction temperature of between 500 and 1000 ° C. and particularly preferably between 600 and 800 ° C.
  • the maintenance of the reaction temperature in said temperature ranges makes it possible to avoid the burning of charcoal or the extinction of the carbonization reaction.
  • the measurement of the reaction temperature is carried out by means of a pyrometric probe (15) positioned either directly within the furnace (1) or indirectly at the outlet of the carbonization gases (carbonization capture system). ; which pyrometric probe controls the shutter means (13) of the air inlets (2) and the air injection means (14).
  • said measurement is performed by means of a pyrometric probe (15) positioned at the outlet of the carbonization gases.
  • the controlled injection of air makes it possible to maintain a temperature of the carbonization gases of between 100 and 450 ° C., preferably between 200 and 400 ° C., so as to avoid the combustion of the charcoal or the extinction of the carbonization reaction.
  • the controlled injection of air is based on the evolution of the mass of wood to carbonize present in the oven (1).
  • the decrease in the mass of wood to be carbonized is directly correlated with the fixed carbon content of the charcoal.
  • the fixed carbon content and therefore the quality of the charcoal produced are also controlled.
  • the measurement of the evolution of said mass of wood is carried out by means of one or more weight sensors (8) associated with the oven (1).
  • said one or more weight sensors (8) are positioned in the lower part of the oven (1).
  • the controlled injection of air makes it possible to maintain a substantially linear reduction in the mass of wood so as to avoid the combustion of the charcoal or the extinction of the carbonization reaction.
  • step (iv) corresponding to stopping the carbonization reaction is carried out by the "controlled" closure of the air inlet (s) (2). ) of the oven (1).
  • the controlled closure of the air inlet (s) (2) is advantageously effected by means of the closing means (13) of said inlets, such as valves located upstream of said air inlets.
  • the controlled closure of the air inlet (s) (2) depends on the evolution of the mass of wood to be carbonized present in the furnace (1).
  • the closing of the air inlet (s) (2) is carried out when the mass of charcoal to be carbonized reaches a value of between 10 and 20% of the quantity of wood introduced (w / w), preferably between 15 and 20%.
  • This value is a function of the wood species used and also the degree of humidity of the wood introduced. Depending on the nature of the wood used, a person skilled in the art can determine, by simple routine experiments, the corresponding mass value, for this wood, of a charcoal having the required quality.
  • the closing of the air inlet (s) (2) is carried out as soon as an inflection (slowing down) of the decrease of the mass of wood to be carbonized is observed and that said mass of charcoal to carbonize reaches a value between 10 and 20% of the amount of wood introduced (w / w), preferably between 15 and 20%.
  • the controlled closure of the air inlet (s) (2) is also based on the evolution of the reaction temperature.
  • the closing of the air inlet (s) (2) is carried out as soon as a decrease in the reaction temperature is observed and the mass of charcoal to be carbonized reaches a value of between 10 and 20% of the amount of wood introduced (w / w), preferably between 15 and 20%.
  • the decrease in the reaction temperature corresponds to a decrease in the temperature of the carbonization gases.
  • FIG. 1 represents the theoretical and observed variation of the temperature of the carbonization gases and of the mass of charcoal to be charred during a carbonization reaction (air intake control) and after stopping thereof (admission cut-off air).
  • FIG. 2 represents a schematic diagram of the regulation of the admission of air at the level of the furnace (1) as a function of the evolution of the mass of the wood to be carbonized and the temperature of the carbonization gases.
  • the emitted gases thus contain a significant proportion of methane (CH 4 ), a gas which is characterized by a radiative power (ie a contribution to the greenhouse effect).
  • carbonization gases represent about 40% of the initial energy content of wood in terms of their energy content.
  • Patent FR 2588484 thus describes a carbonization process comprising a vacuum air circuit (due to a extractor fan) coupled to one or more carbonization furnaces and an incinerator coupled to a burner for burning the carbonization gases, said incinerator can be simple or energy recovery.
  • PCI amount of heat released per unit of mass without condensation of water during combustion, or released by the fuel (case of combustion in the open air)) of the gases produced are very variable:
  • FIG. 3 represents the flow rate of combustible gases (carbonization gas) of a conventional furnace as a function of the state of progress of the carbonization reaction, namely during the carbonization (phase I) following the ignition of the charge, following the cessation of carbonization (Phase II, Purge) and during cooling (Phase III).
  • carbonization gas combustible gases
  • phase I the state of progress of the carbonization reaction
  • Phase II the cessation of carbonization
  • Phase III the evolution of gas flows and PCI during the carbonization and cooling phase is too important to allow the exploitation of carbonization gases without a large supplement rich gas.
  • the method described in FR 2588484 like the other methods of the prior art requires in practice a significant addition of rich gas supplement burner to allow efficient incineration of the carbonization gases emitted.
  • the inventors have demonstrated that it is possible to produce a constant fuel gas in quality and quantity by smoothing the emission variations by the use of several ovens operating in phase shift.
  • the gas obtained, after its recovery via the carbonization capture system, can undergo incineration or thermo-electric recovery with a minimum or no additional gas.
  • Figure 4 schematizes the "smoothing" of the production of carbonization gas by the use of N ovens (1) in phase shift.
  • the method according to the invention comprises n furnaces (1) operating in parallel with a time shift of T / n between two adjacent furnaces (1) and where T corresponds to the sum of the durations of the steps (i) to (v).
  • n is greater than or equal to 2, for example n is greater than or equal to 3, preferably greater than or equal to 6, for example greater than or equal to 8 or 10, and particularly preferably no is greater than or equal to 12.
  • the typical times for each step are of the order of 15 minutes for the introduction of wood (step (i)), of the order of 30 minutes for the start of combustion (step (ii)). )), of the order of 8 hours for the carbonization reaction (step iii), of the order of one hour for stopping the carbonization with degassing (step (iv)) of the order of 30 minutes for the unloading of the charcoal (step (v)) and finally of the order of 15 hours for the cooling of the charcoal (step (vi)).
  • FIG. 5 represents such an example of a carbonization cycle.
  • the value of T corresponding to the sum of the steps (i) to (v) is of the order of 10 hours.
  • the time offset T / n between two adjacent furnaces will be of the order of 2 hours, with an oven (1) started or unloaded every two o'clock.
  • the carbonization capture system comprises a duct sealingly coupled to each of the n furnaces, said ducts being also coupled to a single manifold (16), which takes the form of a larger diameter duct.
  • said manifold is coupled to a single vacuum means (10), making it possible to limit the leakage of carbonization gas to the outside.
  • said n ovens are arranged in a circle.
  • the carbonization capture system is arranged in a star, with each of the ducts coupled in sealed manner to each of the n furnaces each of the ducts is coupled simultaneously to a single collector disposed in the center of the circle formed by the n ovens.
  • a single incinerator (11) is positioned downstream of the carbonization capture system and, particularly preferably, downstream of the collector.
  • Said incinerator comprises a burner, which is optionally supplied with makeup gas.
  • said incinerator is coupled to a recovery boiler (17) for the production of steam, which boiler (17) is coupled to a steam turbine (18) for the production of electricity.
  • one or more combustion engines are positioned downstream of the carbonization capture system, which combustion engines are coupled to alternators for the production of electricity.
  • the wood introduced is pre-dried with the hot fumes at the outlet of the system (incinerator, steam turbine or internal combustion engine depending on the device used).
  • a second object of the invention relates to a charcoal manufacturing device capable of implementing the method as described above and comprising:
  • the furnace (1) used is preferably a metal furnace, preferably said furnace is steel.
  • the oven is entirely covered with refractory material (7) making it possible to maintain an external wall temperature of between 50 and 100 ° C.
  • the opening (4) of the oven (1) is positioned in the upper part of the oven (1).
  • said opening (4) is coupled to means (6) for sealing the latter after the introduction of the wood into the oven (1), such as a charging door.
  • the device according to the invention further comprises (c) a mobile loading unit (5) composed of a movable conveyor belt ("grasshopper” type) or a metering screw and, possibly weighing; which mobile unit allows the introduction of wood into the oven (1) through its opening (4).
  • a mobile loading unit (5) composed of a movable conveyor belt ("grasshopper” type) or a metering screw and, possibly weighing; which mobile unit allows the introduction of wood into the oven (1) through its opening (4).
  • the device according to the invention further comprises sealing means (6) coupled to the opening (4) of the oven (1).
  • Said sealing means (6) advantageously take the form of a charging hatch or, preferably of two successive charging hatches.
  • said two successive charging hatches are coupled to means for injecting fumes or flue gas into the volume defined by said successive charging hatches.
  • these means for the injection of said flue gas or gases take the form of a pipe (20), for example metal, connected downstream of the incinerator (11), and particularly preferably downstream of the boiler recovery (17).
  • this pipe (20) is coupled to closure means
  • said pipe (20) for controlling the injection of smoke or flue gas.
  • said pipe (20) is associated with injection or pressurization means (14) such as fans.
  • the same volume delimited by said successive charging hatches is associated with a pipe (22), preferably metallic, for evacuating the incoming air after the introduction of the wood and its replacement with fumes or gases. burned.
  • the device according to the invention comprises one or more weight sensors (8) associated with the oven (1).
  • said one or more weight sensors are positioned in the lower part of the oven (1).
  • the oven (1) comprises a carbon capture system advantageously coupled tightly to the latter.
  • said collection system is positioned in the upper part of the oven (1).
  • said sensing system comprises a pipe (9) and particularly preferably a metal pipe.
  • Said carbonization capture system is advantageously covered with insulating materials so as to maintain a high temperature of its walls and thus avoid the condensation of tars on its last.
  • said pipe is also coupled to a vacuum means (10) for limiting carbonization gas leakage to the outside.
  • a vacuum means may in particular take the form of a fan.
  • the device according to the invention further comprises (d) an incinerator (11) is positioned downstream of the carbonization capture system so as to burn said carbonization gases before they are discharged into the reactor. 'atmosphere.
  • Said incinerator (11) comprises a burner optionally supplied with makeup gas, such as propane, so as to incinerate the carbonization gases even when their calorific value is insufficient.
  • said incinerator (11) is coupled to an air injection means (28) for improving combustion within the latter.
  • an air injection means may take the form of a pipe open to the atmosphere, which pipe comprises a fan.
  • said incinerator (11) is coupled to a recovery boiler (17) for the production of steam, which boiler (17) is preferably coupled to a steam turbine (18) for the production of steam. electricity through an alternator (25).
  • one or more combustion engines are positioned downstream of the carbonization capture system, which combustion engines are coupled to alternators for the production of electricity.
  • the oven (1) comprises an opening positioned in its lower part, which discharges the charcoal so as to avoid any phenomenon of self-combustion of charcoal.
  • the device according to the invention further comprises (e) a sealed system (12) coupled to the opening positioned in the lower part of the oven (1) and allowing the unloading of the charcoal of the oven (1) after stopping the carbonization reaction.
  • said sealed system (12) also allows cooling of the charcoal simultaneously unloading.
  • said sealed system may take the form of a mobile hatch, for example of the excavator valve type, of a double lock (two successive mobile hatches) or of a screw extractor.
  • the unloading of the charcoal from the furnace (1) to the container (3) is effected by means of a mobile hatch, for example of the shovel valve type.
  • the unloading of the charcoal from the furnace (1) to the container (3) is carried out by means of a screw extractor, preferably said extractor comprises a cooling circuit in its walls using a heat liquid such as water or oil.
  • said screw extractor (12) is connected to the furnace by a coupling means (24) simultaneously able to cool the charcoal, which may for example take the form of a metal pipe not covered with refractory material.
  • the output of said cooling circuit of said extractor is coupled to said at least one oven (1) so as to use the calories extracted from the charcoal to heat said at least one oven (1) for the next carbonization reaction.
  • the output of said cooling circuit of said extractor allows the preheating of the carbonization air, in particular to preheat said carbonization air at a temperature of between 50 and 80 ° C.
  • the device according to the invention comprises a forced air injection system comprising one (or) air inlet (s) (2) positioned on the oven (1), which inputs of air (2) advantageously make it possible to control the combustion of the lower part of the wood by means of closing means (13) of said inlets, such as valves situated upstream of said air inlets, and means of injection (14, pressurization) of air through said inlets, such as fans located upstream of said inlets, preferably upstream of the closure means (13).
  • a forced air injection system comprising one (or) air inlet (s) (2) positioned on the oven (1), which inputs of air (2) advantageously make it possible to control the combustion of the lower part of the wood by means of closing means (13) of said inlets, such as valves situated upstream of said air inlets, and means of injection (14, pressurization) of air through said inlets, such as fans located upstream of said inlets, preferably upstream of the closure means (13).
  • the one or more air inlets (2) are located in the lower part of the oven (1).
  • the one or more air inlets are connected by means of a pipe (26), for example metal, connected downstream of the incinerator (11) or downstream of the recovery boiler (17) and particularly preferred manner connected simultaneously downstream of the incinerator (11) and downstream of the recovery boiler (17).
  • a pipe (26) is associated with injection or pressurization means (14) such as fans.
  • Said means (27) may optionally be coupled to a probe pyrometric so as to obtain an air at the desired temperature. As explained above, this injection of hot air makes it possible to further improve the efficiency of the carbonization process.
  • the device according to the invention comprises a pyrometric probe (15) positioned either directly within the furnace (1), or indirectly at the outlet of the carbonization gases (gas collection system). carbonization); which pyrometric probe (15) makes it possible to measure the reaction temperature and to control the shutter means (13) of the air inlets (2) and the air injection means (14).
  • said measurement is performed by means of a pyrometric probe positioned at the outlet of the carbonization gases.
  • the device according to the invention comprises one or more sensor (s) of weight (8) associated with the furnace (1) for measuring the mass of wood to be carbonized and controlling the means. shutter (13) of the air inlets (2) and, optionally, the air injection means (14).
  • the device according to the invention further comprises (f) a dryer (19) in which the wood for the oven (1) is introduced beforehand and which is conveyed to said oven (1) by a loading unit
  • the wood is dried by the action of hot gases which are taken downstream of the incinerator (11) and preferably downstream of a steam boiler (17).
  • a pipe (29) preferably metal connects the dryer (19) to the incinerator (11) and preferably to the steam boiler (17).
  • this pipe (29) is coupled to closure means (30) for controlling the injection of hot air into the dryer (19).
  • said pipe (26) is associated with injection or pressurization means (14) such as fans.
  • FIG. 6 represents a sectional view of an embodiment of a carbonization device according to the invention in which the wood is introduced into the oven (1) covered with refractory material (7) using a mobile loading unit (5) of conveyor belt type and at an opening (4) located in the upper part of the oven (1).
  • the means for sealing (6) of the opening (4) are implemented.
  • the amount of wood introduced can then be determined and / or controlled using one or more weight sensor (s) (8).
  • the carbonization reaction is then initiated with the opening of the air inlets (2) and the carbonization gases are discharged through a pipe (9) located on the upper part of the oven.
  • the carbonization reaction is controlled according to the variation of the weight of the carbonization wood by means of the weight sensors (8) and / or as a function of the temperature of the carbonization gases by means of a pyrometric probe (15). , said sensors and / or said probe for controlling the shutter means (13) of the air inlets (2) and the air injection means (14). After stopping the carbonization, the sealed system (12) is opened to transfer the charcoal to the container (3) for cooling thereof.
  • FIG. 8 represents a sectional view of a second embodiment of a carbonization device according to the invention in which the wood is introduced continuously into the oven (1) covered with refractory material (7) using a loading unit (5) conveyor belt type and at an opening (4) located in the upper part of the oven (1).
  • the tightness at the opening of the furnace (4) is ensured by means of two successive charging hatches (6), which are coupled to a metal pipe (20) allowing the injection of fumes or flue gases into the furnace. the volume delimited by the two hatches.
  • the quantity of wood introduced can then be determined and / or controlled using one or more weight sensors (8).
  • the carbonization reaction is then initiated with the opening of the air inlets (2), which air advantageously has a temperature between room temperature and 800 0 C, preferably between 400 and 700 0 C, and the carbonization gases are evacuated via a pipe (9) located on the upper part of the oven.
  • the carbonization reaction is controlled according to the variation of the weight of the carbonization wood by means of the weight sensors (8) and / or as a function of the temperature of the carbonization gases by means of a pyrometric probe (15). , said sensors and / or said probe for controlling the shutter means (13) of the air inlets (2) and the air injection means (14).
  • the charcoal formed in the furnace (1) is discharged continuously by means of a screw extractor (12) connected to the furnace by a metal pipe (24) not covered with refractory material.
  • FIG. 9 represents an overall schematic view of the second embodiment described above, in which the wood is introduced beforehand into a dryer (19) before being introduced continuously into the oven (1) using a loading unit (5) conveyor belt type.
  • the carbonization gases discharged via the pipe (9) during the manufacture of the charcoal are directed to an incinerator (11) where these carbonizing gases are burned, the energy of this combustion being recovered by a recovery boiler (17). ) which drives a turbine (18) coupled to an alternator. Part of the combustion energy of the carbonization gases is recovered and allows the drying of the wood at the dryer (19). This redistribution being effected by means of pipes (20, 26 and 29) associated with pressurizing means (14).
  • valve means 13, 21 and 29 associated with these conduits and means (27) for obtaining an air having a temperature between room temperature and 800 0 C, preferably between 400 and 700 0 C, when introduced into the carbonization furnace.
  • the device according to the invention comprises n ovens (1).
  • n is greater than or equal to 2, for example greater than or equal to 3, preferably greater than or equal to 6, for example greater than or equal to 8 or 10, and particularly preferably n is greater than or equal to 12.
  • the carbonization capture system comprises a duct (9) sealingly coupled to each of the n furnaces (1), said ducts being also coupled to a single manifold (16), which takes the form of a duct greater diameter.
  • said manifold is coupled to a single vacuum means (10), making it possible to limit the leakage of carbonization gas to the outside.
  • said n ovens (1) are arranged in a circle.
  • the carbonization capture system is arranged in a star configuration, with each of the conduits sealingly coupled to each of the n furnaces (1), coupled simultaneously with a single collector arranged at the center of the circle formed by the n ovens (1 ).
  • a single incinerator (11) is positioned downstream of the carbonization capture system and, particularly preferably, downstream of the collector.
  • Said incinerator comprises a burner, which is optionally supplied with makeup gas.
  • FIG. 7 represents a view from above of a carbonization device comprising 6 furnaces (1) arranged in a circle with a pipe (9) sealingly coupled to each of the 6 furnaces (1) and to a single collector (16).
  • Said collector (16) is coupled to a single depression means (10).
  • An incinerator (11) is disposed downstream of the collector (16) and is coupled to a steam recovery boiler (17), which boiler is coupled to a steam turbine (18) for generating electricity.
  • the wood introduced is pre-dried with the hot fumes at the outlet of the system (incinerator, steam turbine or internal combustion engine depending on the device used).

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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) éventuellement, 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 œuvre 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 œuvre 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 l'enceinte de carbonisation est obtenue par la combustion d'une partie du bois (-10% 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 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 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 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 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 maintien 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) éventuellement, 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 ou encore de déchets agricoles comme l'endocarpe de noix de coco. 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 ou sécheur (19) dans lequel est également introduit de l'air chaud ou des gaz chauds. Préférentiellement, ces gaz chauds sont prélevés en aval d'un incinérateur (11) et de manière particulièrement préférée en aval d'une chaudière de récupération (17).
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, éventuellement mobile, de chargement (5) composée d'un tapis convoyeur mobile (type « sauterelle ») ou encore d'une vis doseuse 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
(1).
Avantageusement, ladite ouverture est couplée à des moyens permettant la fermeture étanche (6) de celle-ci après l'introduction du bois dans le four (1), comme une trappe d'enfournement ou préférentiellement deux trappes d'enfournement successives.
De préférence, les moyens permettant la fermeture étanche (6) l'ouverture (4) prennent la forme de deux trappes d'enfournement successives permettant d'opérer, comme la vis doseuse, un procédé de fabrication de charbon de bois en continu.
Avantageusement, lesdites deux trappes d'enfournement successives sont couplées à des moyens permettant l'injection de fumées ou de gaz brûlés dans le volume délimité par lesdites trappes d'enfournement successives. De préférence, lesdites fumées ou gaz brûlés sont prélevées en aval d'un incinérateur (11) et de manière particulièrement préférée en aval d'une chaudière de récupération (17) qui sont décrits par la suite.
De préférence encore, lesdits moyens d'injection de fumées ou de gaz brûlés comprennent une conduite (20), par exemple métallique, connectée en aval d'un incinérateur et de manière particulièrement préférée en aval d'une chaudière de récupération (17).
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 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 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 1000C. 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.
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 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'homme du métier, notamment par l'introduction, dans le bas du four par les entrées d'air, d'une masse de bois incandescent prélevé sur 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 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.
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.
Dans le cas d'un procédé de fabrication de charbon de bois en continu, une telle étape n'est pas nécessaire dans la mesure où le charbon de bois formé est évacué en continu du four (1) sans qu'il soit donc nécessaire de stopper le processus de carbonisation au sein du four (1).
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 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. 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 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 lorsque leur pouvoir calorifique est insuffisant.
De préférence encore, 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.
Finalement, le procédé selon l'invention permet alors simultanément à la production de charbon de bois de produire de l'électricité.
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 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). De préférence, ledit système étanche (12) permet également le refroidissement du charbon de bois simultanément à son déchargement.
À titre d'exemple, ledit système étanche (12) 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 four (1) vers le conteneur (3) s'effectue au moyen d'une trappe mobile, par exemple du type vanne pelle.
Selon un autre mode 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, ledit extracteur à vis est relié au four par un moyen de couplage pouvant assurer simultanément un refroidissement du charbon de bois (24), lequel peut par exemple prendre la forme d'une conduite métallique non recouverte de matériau réfractaire.
Là encore, le procédé selon l'invention est alors particulièrement adapté à la production de charbon de bois en continu.
Avantageusement encore, 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 carbonisation à une température comprise entre 50 et 800C.
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 nécessitent un taux de carbone compris entre 75% et 85% 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 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).
Pour autant, ces procédés de l'art antérieur ne permettent de fournir qu'un charbon de bois de qualité variable mal adapté 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 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 œuvre 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 amont des moyens d'obturation.
De préférence, la ou lesdites entrées d'air (2) sont situées dans la partie inférieure du four (1).
De préférence encore, l'air injecté présente une température comprise entre la température ambiante et 8000C, de préférence entre 400 et 7000C. Cette injection d'air chaud permet d'améliorer encore le rendement du processus de carbonisation.
Pour se faire, l'air chaud injecté est alors prélevé en aval de l'incinérateur (11) ou en aval de la chaudière de récupération (17) et de manière particulièrement préféré ledit air injecté est prélevé simultanément en aval de l'incinérateur (11) et en aval de la chaudière de récupération (17). 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 10000C et de manière particulièrement préférée entre 600 et 8000C. Le maintien 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 4500C, de préférence entre 200 et 4000C 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'1 tonne équivalent CO2. Le tableau 1 ci-dessous détaille plus avant la composition des gaz émis lors de la carbonisation.
Tableau 1
Figure imgf000014_0001
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'avèrent difficile.
Lors d'un cycle de carbonisation, le débit et le «Pouvoir Calorifique Inférieur»
(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 2, à titre d'exemple 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.
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 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 charbon de 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) est de l'ordre de 10 heures. Ainsi, dans le cas d'un procédé utilisant n=5 four (l)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 unique collecteur (16), lequel prend la 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 simplifiée 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 préférée, 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 positionnés 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).
Un deuxième objet de l'invention concerne un dispositif de fabrication de charbon de bois susceptible de mettre en œuvre 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, (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 1000C.
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 premier mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend en outre (c) une unité mobile de chargement (5) composée d'un tapis convoyeur mobile (type « sauterelle ») ou encore d'une vis doseuse et, éventuellement, d'une pesée ; laquelle unité mobile permet l'introduction du bois dans le four (1) par son ouverture (4).
Selon un deuxième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens de fermeture étanche (6) couplée à l'ouverture (4) du four (1). Lesdits moyens de fermeture étanche (6) prennent avantageusement la forme d'une trappe d'enfournement ou, de préférence de deux trappes d'enfournement successives.
Avantageusement, lesdites deux trappes d'enfournement successives sont couplées à des moyens permettant l'injection de fumées ou de gaz brûlés dans le volume délimité par lesdites trappes d'enfournement successives. De préférence, ces moyens permettant l'injection desdits fumées ou gaz brûlés prennent la forme d'une conduite (20), métallique par exemple, connectée en aval de l'incinérateur (11), et de manière particulièrement préférée en aval de la chaudière de récupération (17).
De préférence encore, cette conduite (20) est couplée à des moyens d'obturation
(21) permettant de contrôler l'injection de fumée ou de gaz brûlés. Préférentiellement, ladite conduite (20) est associée à des moyens d'injection ou de pressurisation (14) tels que des ventilateurs.
Avantageusement encore, le même volume délimité par lesdites trappes d'enfournement successives est associé à une conduite (22), de préférence métallique, permettant d'évacuer l'air entrant après l'introduction du bois et son remplacement par des fumées ou des gaz brûlés.
Selon un troisième 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.
Selon un quatrième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend en outre (d) 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 (11) 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. De préférence, ledit incinérateur (11) est couplé à un moyen d'injection d'air (28) permettant d'améliorer la combustion au sein de ce dernier. Un tel moyen d'injection d'air peut prendre la forme d'une conduite ouverte vers l'atmosphère, laquelle conduite comprend un ventilateur.
Selon un autre mode de réalisation particulier, ledit incinérateur (11) est couplé à une chaudière de récupération (17) pour la production de vapeur, laquelle chaudière (17) est couplée de préférence à une turbine à vapeur (18) permettant la production d'électricité par le biais d'un alternateur (25).
Selon un autre mode de réalisation particulier, un ou des moteurs à explosion sont positionnés en aval du système de captage des gaz de carbonisation, lesquels moteurs à explosion sont couplés à des alternateurs permettant la production d'électricité.
Le four (1) comprend une ouverture positionnée dans sa partie inférieure, laquelle permet de décharger le charbon de bois de façon à éviter tout phénomène d'auto- combustion du charbon de bois.
Selon un cinquième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend en outre (e) un système étanche (12) 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. De préférence, ledit système étanche (12) permet également le refroidissement du charbon de bois simultanément à son déchargement.
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 four (1) vers le conteneur (3) s'effectue au moyen d'une trappe mobile, par exemple du type vanne pelle.
Selon un autre mode 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, ledit extracteur à vis (12) est relié au four par un moyen de couplage (24) pouvant assurer simultanément un refroidissement du charbon de bois, lequel peut par exemple prendre la forme d'une conduite métallique non recouverte de matériau réfractaire.
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 carbonisation à une température comprise entre 50 et 800C.
Selon un sixième 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 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 amont des moyens d'obturation (13).
De préférence, la ou lesdites entrées d'air (2) sont situées dans la partie inférieure du four (1).
De préférence encore, la ou lesdites entrées d'air sont reliées au moyen d'une conduite (26), métallique par exemple, connectée en aval de l'incinérateur (11) ou en aval de la chaudière de récupération (17) et de manière particulièrement préféré connectée simultanément en aval de l'incinérateur (11) et en aval de la chaudière de récupération (17). Préférentiellement, ladite conduite (26) est associée à des moyens d'injection ou de pressurisation (14) tels que des ventilateurs.
Avantageusement encore, ladite conduite (26), lorsqu'elle est connectée simultanément en aval de l'incinérateur (11) et en aval de la chaudière de récupération (17), est couplée à un moyen (27) permettant le mélange de l'air chaud provenant de l'aval de l'incinérateur (11) et de l'aval de la chaudière de récupération (17), lequel moyen (27) peut prendre la forme d'un injecteur, de sorte d'obtenir un air présentant une température comprise entre la température ambiante et 8000C, de préférence entre 400 et 7000C. Ledit moyen (27) peut être éventuellement couplé à une sonde pyrométrique de sorte d'obtenir un air à la température désirée. Comme expliqué précédemment, cette injection d'air chaud permet d'améliorer encore le rendement du processus de carbonisation.
Selon un septième 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 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 huitième 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).
Selon un neuvième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend en outre (f) un sécheur (19) dans lequel est introduit préalablement le bois destiné au four (1) et qui est acheminé vers ledit four (1) par une unité de chargement
(5).
Dans ce sécheur (19), le bois est séché par l'action de gaz chauds qui sont prélevés en aval de l'incinérateur (11) et de préférence en aval d'une chaudière à vapeur (17). Pour se faire, une conduite (29), de préférence métallique relie le sécheur (19) à l'incinérateur (11) et de préférence à la chaudière à vapeur (17).
De préférence, cette conduite (29) est couplée à des moyens d'obturation (30) permettant de contrôler l'injection d'air chaud dans le sécheur (19).
De préférence encore, ladite conduite (26) est associée à des moyens d'injection ou de pressurisation (14) tels que des ventilateurs.
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 œuvre. 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.
La figure 8 représente une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un dispositif de carbonisation selon l'invention dans lequel le bois est introduit en continu dans le four (1) recouvert de matériau réfractaire (7) à l'aide d'une unité de chargement (5) de type tapis convoyeur et au niveau d'une ouverture (4) située dans la partie supérieure du four (1). L'étanchéité au niveau de l'ouverture du four (4) est assurée au moyen de deux trappes d'enfournement successives (6), lesquelles sont couplées à une conduite métallique (20) permettant l'injection de fumées ou de gaz brûlés dans le volume délimité par les deux trappes. La quantité de bois introduite peut 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), lequel air présente avantageusement une température comprise entre la température ambiante et 8000C, de préférence entre 400 et 7000C, 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). Le charbon de bois formé dans le four (1) est évacué en continu au moyen d'un extracteur à vis (12) relié au four par une conduite métallique (24) non recouverte de matériau réfractaire.
La figure 9 représente une vue schématique global du second mode de réalisation décrit précédemment, dans lequel le bois est introduit en préalable dans un sécheur (19) avant d'être introduit en continu dans le four (1) à l'aide d'une unité de chargement (5) de type tapis convoyeur. Les gaz de carbonisation évacués par la conduite (9) lors de la fabrication du charbon de bois sont dirigés vers un incinérateur (11) où ces gaz de carbonisation sont brûlés, l'énergie de cette combustion étant récupérée par une chaudière de récupération (17) qui permet d'entraîner une turbine (18) couplée à un alternateur. Une partie de l'énergie de combustion des gaz de carbonisation est récupérée et permet le séchage du bois au niveau du sécheur (19). Cette redistribution étant effectuée par le biais de conduites (20, 26 et 29) associées à des moyens de pressurisation (14). Cette redistribution est également régulée par des moyens d'obturation (13, 21 et 29) associés à ces conduites et un moyen (27) permettant d'obtenir un air présentant une température comprise entre la température ambiante et 8000C, de préférence entre 400 et 7000C, lors de son introduction dans le four de carbonisation.
Selon un dixième mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend n fours (1).
Avantageusement, n est supérieur ou égal à 2, à titre d'exemple 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. 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, 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).

Claims

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) éventuellement, 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 1000C.
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), la détermination de la quantité de bois introduite étant effectuée au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) de poids (8) associé(s) au four (1).
4. 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).
5. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (iii) comprend en outre l'injection contrôlée d'air.
6. Le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'air injecté présente une température comprise entre la température ambiante et 8000C.
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 4500C, de préférence entre 200 et 4000C 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 11, 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) ou un seul four fonctionnant en continu.
14. Le procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits n four (l)s sont disposés en cercle.
15. Un dispositif de fabrication de charbon de bois susceptible de mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 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.
16. Le dispositif selon la revendication 15, 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 1000C.
17. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre (d) un incinérateur (11) 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.
18. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, 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.
19. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, 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 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.
20. Le dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la ou lesdites entrées d'air sont connectées au moyen d'une conduite (26) en aval de l'incinérateur (11) ou en aval de la chaudière de récupération (17).
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 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 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.
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