La présente invention concerne un procédé pour stabiliser des bois d'oeuvre.
Elle vise également un système pour la mise en oeuvre de ce procédé. On entend ici par bois d'oeuvre du bois destiné à l'emploi dans les filières de seconde transformation du bois, notamment pour l'industrie, le bâtiment, la menuiserie, ou pour l'aménagement extérieur et intérieur urbain, industriel, collectif et domestique.
Passer le bois à la flamme pour le chauffer à la limite d'inflammation afin de le rendre imputrescible, voire inattaquable par ses prédateurs naturels, est une pratique séculaire. C'est pour homogénéiser ces effets sur des masses de bois plus importantes que des recherches dans le chauffage du bois sont menées.
Les procédés de stabilisation actuellement développés ont tous leurs particularités. On peut notamment citer le procédé de traitement de bois à haute température divulgué dans le document
Les procédés actuels sont trop souvent en difficulté pour atteindre l'objectif qui est d'élever la température de manière à ce qu'elle soit homogène jusqu'au coeur d'une masse de bois, au point de rendre ce bois stable et imputrescible sans agent chimique ajouté. Ce point de température se situe aux environs de 230°C. Il faut nécessairement l'atteindre et le maintenir sans risque pour la charge ni pour le système, étant donné que la température d'auto inflammation du bois se situe autour de 120/160°C.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé de stabilisation du bois d'oeuvre, qui procure des garanties de sécurité et de traitement en parfaite harmonie avec l'environnement et l'écologie.
Cet objectif est atteint avec un procédé bio-thermique pour stabiliser une charge de bois, notamment du bois d'oeuvre, comprenant :
L'indépendance des moyens de génération thermique par rapport au four de traitement contribue significativement à la sécurisation du procédé de traitement de bois selon l'invention. Par ailleurs, ce procédé peut être mis en oeuvre simultanément avec plusieurs fours de traitement tout en n'utilisant qu'une seule génération de flux de gazeux de traitement.
Le procédé selon l'invention peut avantageusement comprendre un recyclage du flux gazeux chargé pour récupérer du gaz apte à être utilisé dans le flux gazeux de traitement. Le flux gazeux thermique est de préférence un flux comprenant du dioxyde de carbone CO2. Le gaz employé pour le flux gazeux de traitement est avantageusement obtenu à partir d'un gaz de combustion en sortie des moyens de génération thermique.
Dans un mode particulier de réalisation, le procédé selon l'invention comprend une phase préalable de condensation d'éléments contenus dans le gaz de combustion, pour récupérer un gaz résiduel contenant du dioxyde de carbone.
Le gaz résiduel peut transiter par un échangeur thermique pour y acquérir la température de traitement, puis est réintroduit dans le cycle de traitement, pour être utilisé dans une phase de séchage du bois. On prévoit en outre une compression du gaz résiduel, pour condenser et récupérer le dioxyde de carbone en phase liquide.
Le procédé selon l'invention peut en outre avantageusement comprendre, à l'issue de la phase de traitement, une phase de baisse de la température de la charge de bois au cours de laquelle le gaz de traitement est introduit dans le volume de traitement à une température progressivement plus basse.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système bio-thermique pour stabiliser une charge de bois, notamment de bois d'oeuvre, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, comprenant :
Les moyens de génération thermique comprennent par exemple au moins un foyer à grille et un échangeur de chaleur dans lequel l'énergie produite par la combustion d'un combustible avec un comburant est récupérée.
Dans une forme particulière de mise en oeuvre, le système de stabilisation selon l'invention comprend en outre des moyens pour réintroduire dans un cycle de traitement le gaz résiduel en sortie des moyens de génération thermique, ces moyens de réintroduction comprenant des moyens pour condenser la vapeur d'eau H2O présente dans ledit gaz résiduel, et des moyens pour faire transiter ledit gaz résiduel par l'échangeur thermique où ledit gaz résiduel acquiert la température du traitement en cours.
Ce système peut en outre comprendre des moyens pour comprimer le gaz résiduel, de façon à condenser et récupérer le dioxyde de carbone en phase liquide, ainsi que des moyens pour concentrer le dioxyde de carbone dans le gaz résiduel.
Dans un exemple pratique de réalisation du système de stabilisation selon l'invention, les moyens de traitement du bois comprennent au moins un module de four comprenant deux cloisons d'extrémité amovibles pour permettre un transfert de charges de bois à traiter, par l'une et/ou l'autre desdites deux extrémités.
Le module de four peut être de forme sensiblement parallélépipédique et comprendre des cloisons latérales verticales fixes comportant des doubles parois pour ménager un espace dans lequel sont véhiculés le gaz de traitement et le gaz extrait après traitement. Les parois extérieures des cloisons latérales verticales sont isolées thermiquement.
On peut avantageusement prévoir un assemblage d'une pluralité de modules de four, caractérisé en ce que des cloisons mobiles d'extrémité intermédiaires sont agencées pour pouvoir être retirées, les cloisons amovibles d'extrémité de l'assemblage de modules étant maintenues fermées pendant le traitement. Des cloisons mobiles intermédiaires peuvent être installées pour définir plusieurs zones de traitement distinctes comprenant par exemple une zone de séchage et une zone de stabilisation à haute température.
Le module de four comporte de préférence un plafond à doubles parois entre lesquelles un système de distribution des gaz de traitement est disposé. Ce système de distribution des gaz comprend des moyens pour recevoir du gaz chaud de traitement en provenance des moyens de génération thermique et des moyens pour extraire ce gaz après passage à l'intérieur du module de four et traitement de la charge de bois. La paroi intérieure du plafond peut être réglable en hauteur de façon à compenser une hauteur variable de la charge de bois à stabiliser.
Le système selon l'invention peut aussi comprendre des moyens pour refouler le gaz extrait du module de four après traitement vers des moyens réacteurs au sein des moyens de génération thermique, pour y être épuré, ainsi que des moyens ventilateurs d'extraction pour maintenir en dépression le volume de traitement du module de four.
On peut aussi prévoir un système de compensation de pertes de charge installé sur une conduite de gaz de traitement entre les moyens de génération thermique et les moyens de traitement de charge de bois.
Le système de distribution des gaz comprend par exemple des moyens pour alterner l'extraction des gaz chargés par l'une et l'autre des parois latérales du module de four. Ces moyens d'alternance comprend un mécanisme à quatre voies disposé à la jonction des raccordements de la conduite amenant le gaz chaud, de la conduite d'extraction du gaz chargé après traitement, et des conduites communiquant avec les parois verticales fixes du module de four.
Le procédé de stabilisation selon l'invention utilise un gaz totalement neutre, aux températures et pressions du procédé, ce qui permet d'élever la température du bois bien au delà de ses limites d'auto inflammation. Ce gaz est avantageusement du dioxyde de carbone CO2. Le CO2 est la phase ultime de la combustion du Carbone, et est donc ininflammable.
Le dioxyde de carbone est utilisé dans le procédé comme :
Le dioxyde de carbone CO2 utilisé dans le procédé selon l'invention est avantageusement issu du mode de production de chaleur exploité dans le générateur thermique.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un bois, notamment un bois d'oeuvre, présentant les caractéristiques d'un bois qui a été soumis au procédé de stabilisation selon l'invention.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
On va maintenant décrire, en référence aux figures précitées, un exemple de réalisation d'un système de stabilisation selon l'invention, en même temps que le procédé mis en oeuvre dans ce procédé.
Le système de stabilisation S comprend, en référence à la
Le générateur thermique 2 est un système composé, en référence à la
Selon le principe de combustion qui est appliqué, la concentration de CO2 dans le gaz résiduel est plus ou moins élevée. Si la combustion est réalisée sous air comburant, le gaz résiduel comporte un pourcentage d'azote important : environ 4 volumes d'azote pour 1 volume de CO2. Si la combustion est réalisée sous O2, le gaz résiduel est composé à plus de 95% de CO2.
Selon le typé d'installation et sa finalité le comburant peut être l'air ambiant en l'état, de l'air enrichi d'O2, à un pourcentage plus ou moins élevé, de l'O2 industriel, ou bien encore les trois modes de combustion à la suite, au cours d'un cycle, en fonction de la montée en température et de la garantie de sécurité.
Compte tenu du mode de combustion choisi, le rendement thermique est différent: du rendement minimum avec de l'air comburant au rendement maximum avec de l'O2 industriel. C'est le mode de combustion qui détermine la procédure de récupération du CO2.
Si le gaz résiduel après la condensation de H2O est composé à plus de 90% de CO2, il est récupéré tel quel pour :
Lorsque le gaz résiduel après la condensation de H2O est composé à moins de 30% de CO2 il faut mettre en oeuvre les deux méthodes pour concentrer le CO2. Le résiduel gazeux est recyclé dans le générateur 2 au cours du cycle de traitement. La méthode de concentration du CO2 est appliquée jusqu'à ce que la quantité recueillie soit suffisante pour la phase haute température. Le CO2 liquide est stocké 25 pour être employé dans le procédé. Le stock de CO2 s'accroît au fil des cycles de traitement, et il y a donc un intérêt économique à écouler le trop plein en qualité commercialisable.
Dans le ou les foyers à grilles 20, des "biomasses végétales" sont brûlées, sous toutes les formes de combustibles solides CB (de dimensions supérieures aux sciures et broyats). Ce sont toutes les formes dites de "bois énergie" (bûches, rondins, plaquettes forestières, dosses, délignures, briquettes reconstituées stables à la combustion, granulés, etc.).
Le combustible solide est de préférence de la biomasse densifiée [Bio-D]® qui, du fait de son procédé de densification, est un concentré de carbone (85% au lieu de 50% pour la biomasse "énergie") et donc un concentré d'énergie. La biomasse densifiée [Bio-D]® permet de réaliser une récolte plus importante de CO2 au cours d'un cycle.
Le cumul de CO2 récupéré permet une exploitation dans des procédés annexes divers. Le retrait de son équivalent atmosphérique en gaz à effet de serre, dans chaque emploi et chaque utilisation, est un gain énorme pour l'écosystème. Le dioxyde de carbone CO2 est produit une fois et utilisé plusieurs fois dans des processus qui en auraient produit d'une autre façon.
Le comburant utilisé est de préférence de l'oxygène industriel, surtout si le système doit être utilisé dans un complexe avec co-génération d'énergie. Le rapport thermique est alors nettement plus important. Le comburant peut aussi être de l'air "atmosphérique" enrichi ou non, dans des installations où seule la stabilisation du bois est recherchée.
L'énergie récupérée dans l'échangeur 21 permet de réchauffer le CO2 destiné à être utilisé pour le traitement du bois, elle est aussi utilisée pour produire de la vapeur d'eau à haute pression pour la cogénération d'électricité 26. Cette électricité est utilisée pour le procédé de stabilisation selon l'invention, ce qui le rend autonome.
Si le procédé de stabilisation selon l'invention est exploité pour réaliser aussi de la co-combustion de déchets, l'énergie produite est plus importante que les besoins du système. L'excédent des énergies cogénérées peut être commercialisé et utilisé dans des annexes du complexe.
Le four de traitement du bois 10 est par exemple réalisé, en référence aux
Cette particularité permet, en référence à la
Les extrémités 11, 12 sont mobiles et amovibles, et elles ferment le volume de traitement VT lorsque la charge de bois B est entrée. Lorsque plusieurs modules de four 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 sont assemblés, ce sont les extrémités 11.1, 11.4 de l'ensemble qui sont closes, comme l'illustre la
Que ce soit pour un module de four ou plusieurs modules assemblés 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, un seul générateur 2 avec ses périphériques spécifiques fournira le gaz de traitement GT t les énergies utiles au système.
Le plafond 13 du module de four 10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 est aussi à doubles parois 130, 131 entre lesquelles est organisé le système de distribution des gaz SD ; SD1, SD2, SD3, SD4. Ce système de distribution est conçu pour recevoir le gaz chaud GT en provenance du générateur thermique 2 et extraire ce gaz chargé GC après son passage dans le volume technique de traitement VT. La paroi basse/intérieure, qui concerne le volume technique de traitement, est mobile afin d'être réglée à hauteur convenable, pour compenser des hauteurs variables de la charge de bois B à stabiliser.
Le plancher du module de four 10 est équipé de rails 15A, 15B, en référence aux
Le gaz extrait GC est refoulé vers le réacteur 23 du générateur thermique 2 pour être épuré avant son réemploi. Ce gaz extrait est alors chargé d'éléments gazéifiés lors de l'élévation de la température du bois à traiter. Le gaz CO2 utilisé pour le traitement du bois est ainsi recyclé en continu. Il est récupéré à la sortie du générateur 2 avec le CO2 produit par les combustions dans le réacteur (combustion du combustible solide et des éléments du bois qui ont été gazéifiés lors du traitement).
Le gaz extrait après traitement du bois est composé du CO2 introduit, de la vapeur d'eau en provenance du bois, et de molécules volatiles combustibles, gazéifiées au cours de l'élévation de température de la charge de bois.
Les parties de gaz combustibles vont être réduites aux éléments natifs dans le réacteur thermique, où toute leur énergie disponible sera réalisée. La vapeur d'eau est épurée en passant au travers du réacteur 23 de combustible solide, elle sera condensée en eau pure après récupération de l'énergie thermique. L'énergie thermique récupérée permet de produire une qualité de vapeur d'eau qui va être utilisée pour la cogénération d'électricité 26.
La chaleur résiduelle, après cogénération, est utilisée pour le processus de stabilisation. Le gaz de traitement étant recyclé en permanence, cette chaleur résiduelle est récupérée. Il y a un trop plein de chaleur au fur et à mesure des recyclages, cette chaleur peut être exploité dans les annexes d'un complexe, par exemple :
Le volume de traitement VT du module de four 10 est maintenu en dépression par un ventilateur d'extraction 50 indépendant du four. Il est situé à l'extérieur sur la conduite 5 d'extraction des gaz du module de four 10 et de refoulement vers le générateur thermique 2. C'est cette extraction des gaz chargés GC qui créée la dépression dans le volume de traitement VT du module de four 10. Le gaz chargé GC est refoulé vers le réacteur 23 du générateur 2 qui épure ce gaz en un recyclage permanent. Le CO2 est récupéré en sortie du générateur 2 par les méthodes décrites plus haut. Le CO2 récupéré est en phase liquide, sa température se situe entre -85 et -100 °C.
Le changement de phase gazeux/liquide nécessite une quantité d'énergie importante. Cette même quantité d'énergie est restituée lors du changement de phase liquide/gazeux, c'est au cours de ce changement de phase que se réalise la condensation de la vapeur d'eau contenue dans le gaz extrait.
Le CO2 qui doit être introduit pour le traitement capte sa chaleur appropriée dans l'échangeur thermique 21 en fonction de la température programmée par le cycle de traitement. Le CO2 est ainsi tempéré et propre à un nouveau cycle de traitement, il est aspiré par la dépression créée dans le volume technique VT du module de four 10, via le système SD de distribution des gaz et ainsi de suite. Un système de compensation des pertes de charge, liées à une distance importante entre le générateur 2 et le module de four 10, peut être installé sur la conduite 4 de gaz de traitement GT.
Le générateur thermique 2, le module de four 1 et les conduites de gaz 4, 5, raccordant ces deux unités, sont isolées thermiquement, de façon efficace pour réduire les pertes d'énergie et sécuriser les abords.
La production continue de CO2 se cumule au CO2 recyclé, ce qui induit une surabondance de ce gaz. Le CO2 est un gaz stratégique dans l'économie en devenir, par ses propriétés de gaz neutre pour la conservation de certaines denrées dans l'agro-alimentaire, de gaz de substitution des gaz frigorigènes prohibés, de matière première dans des matériaux technologiques.
En référence aux
Ce mécanisme 6 est commandé automatiquement par le programme électronique de conduite du traitement. Il transfère et alterne les flux/extraction de l'une à l'autre des parois verticales 16.1, 16.2. Ce mécanisme à quatre voies 6 est réalisé par exemple sous la forme d'un parallélépipède dont les quatre faces verticales sont raccordées en vis à vis :
Ce mécanisme 4 comporte une paroi mobile60, centrée sur son axe vertical 61, qui occulte les diagonales du parallélépipède en pivotant sur l'axe 61. Cette action alterne les communications de gaz entrants et sortants vers les parois de droite 16.2 ou de gauche 16.1.
Dans les faces intérieures des parois verticales fixes 16.1, 16.2 du module de four 10, sont aménagées des ouies verticales 52.1, 52.2 pour que les transferts des gaz, flux/extraction, puissent se faire dans le volume de traitement VT. Ces ouies sont munies de déflecteurs mobiles, qui peuvent êtres mécanisés pour bien répartir le flux de traitement. Une partie haute de ces déflecteurs est composé d'éléments qui peuvent être clos indépendamment, pour permettre d'ajuster la hauteur du plafond dans le volume de traitement VT.
Le réglage du flux de gaz de traitement GT est réalisé en faisant varier la dépression dans le volume de traitement VT du module de four 10 par la variation de puissance du moteur d'extraction 50. Ce mode de transfert thermique a pour objet de rendre l'aérodynamique des gaz plus fluide et d'éviter ainsi des surchauffes de zones.
La constante dépression garantit l'impossibilité de concentration de gaz à l'intérieur du module de four. Des moyens d'injection de vapeur d'eau dans le flux de gaz de traitement sont aménagés pour maîtriser le séchage du bois dans les meilleures conditions techniques. En effet, un séchage trop rapide aurait pour conséquence de créer des dommages physiques aux bois traités.
Les déflecteurs des parois verticales fixes peuvent obturer totalement les ouies, cela permet de ménager des zones neutres quand la charge de bois à traiter n'occupe pas tout l'espace technique du module de four. Dans ce cas, une cloison amovible et ajustable sépare la zone neutre de celle active pour économiser l'énergie utilisée et réduire le coût du traitement.
Le module de four 10 peut aussi être agencé de façon à ce que les parois mobiles d'extrémité puissent également être déplacées en translation horizontale de façon à être placée à proximité étroite des extrémités de la charge de bois B. On minimise ainsi le volume de traitement VT pour une charge de bois donnée, ce qui procure une meilleure efficacité du processus de stabilisation et une économie d'énergie.
Lorsque la stabilisation est réalisée, la charge de bois B est à une température trop élevée pour être sortie. Cette température doit être descendue pour ne pas risquer l'auto inflammation à l'air et sécuriser les manipulations de la charge B. Pour réaliser cette baisse de température le cycle se poursuit jusqu'à ce que la charge puisse être sortie en toute sécurité. Le CO2 est introduit à température progressivement plus basse sous contrôle de la programmation, pour ne pas créer de chocs thermiques préjudiciables à la charge de bois. La condition de récupération du CO2 en phase liquide permet d'abaisser la température de la charge de bois de manière très significative.
L'énergie qui est produite par le générateur thermique 2 , pour être transférée au gaz CO2 de traitement (qui en transfère une partie au bois à traiter) est récupérée en grande partie par le générateur 2, puisque le gaz de traitement GT est recyclé en continu, donc l'énergie qu'il véhicule l'est aussi.
Le gaz utilisé pour le refroidissement de la charge de bois B, avant de le sortir du module de four 10, est recyclé aussi dans le générateur 2. Il y a donc une grande quantité d'énergie disponible au cours et à la fin du cycle de traitement. Cette énergie peut être utilisée dans des procédés annexes, notamment pour sécher le bois, énergie qui peut être utilisée dans le procédé de stabilisation.
L'exploitation du système peut être pérennisée et mieux rentabilisée en utilisant certains déchets comme co-combustibles avec de la [Bio-D]®, par exemple, des Pneumatiques Usagés Non Réutilisables (PUNR) ou des bois pollués, qui bénéficient d'une taxe d'élimination qui vient au bénéfice de l'exploitation.
Cette exploitation du système permet de l'intégrer dans un ensemble synergique où :
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