CA3122225C - Procede de sechage thermique du bois sous atmosphere de co2, installation de sechage pour la mise en oeuvre dudit procede et produit obtenu - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procede de sechage thermique de bois mis en ceuvre par une installation de sechage comprenant: - une chambre de sechage (l); - des moyens d'alimentation en CO2 (3) a pression et temperature choisies; - des moyens circulateurs (307, 203) pour forcer la circulation du fluide gazeux; - des moyens de chauffage (2) pour rechauffer le fluide gazeux caloporteur; - des moyens extracteurs ( 4) permettant l'extraction de l'atmosphere a l'interieur de la chambre de sechage 1; - des moyens de metrologie (5) pour mesurer les variations de mesures physiques de l'installation de sechage lors du chauffage; et - des moyens de commande (6) pour piloter les moyens mis en ceuvre selon des programmes, appropries en fonction de la qualite du bois seche recherche, et des moyens de traitement pour reajuster les parametres de fonctionnement.

Description

Description Titre de l'invention : [Procede de sechage thermique du bois sous atmosphere CO2, installation de sechage pour la mise en muvre dudit precede et produit obtenu] [1) [La presente invention concerne un procede de sechage thermique de bois sous atmosphere CO2, en particulier mais non limitativement pour le sechage industrial du bois d'c:euvre, bois rand et/ou en grumes. Elle concerne egalement une installation pour la mise en c:euvre dudit procede de sechage et le produit obtenu.

[2] On entend ici par « bois d'c:euvre, bois rand et bois en grumes » le bois destine a l'emploi dans les filieres de seconde transformation du bois, notamment pour l'industrie, le batiment, la menuiserie, ou pour l'amenagement exterieur et interieur urbain, industrial, collectif et domestique.

[3] Bien que differentes solutions pour le sechage du bois d'c:euvre, bois rond et/ou en grumes existent, les solutions connues ne permettent que rarement une application industrielle associee a un bilan energetique faible. En effet, les solutions connues sont generalement utilisees a petite echelle, en raison du probleme de consommer un minimum d'energie tout en obtenant un bois comportant un pourcentage d'eau faible.

[4] Un autre inconvenient des solutions existantes est la duree du procede de sechage, qui represente souvent une duree importante de plusieurs jours, facteur limitant une utilisation efficace pour un usage industrial.

[5] De plus, les procedes actuals sont trap souvent en difficulte pour atteindre l'objectif qui est d'elever la temperature de maniere a ce qu'elle soit homogene jusqu'au cc:eur d'une masse de bois, tout en obtenant une humidite residuelle faible du bois seche et en garantissant l'integrite de la structure interne du bois pendant et apres le sechage.

[6] Entin, les procedes de sechage actuels sont generalement mis en c:euvre pour du bois conforms en planches, ou prealablement reduit, ceci impliquant un transport du bois, ainsi qu'une transformation lourde avant sechage.

[7] La presente invention remedie a ces inconvenients. Date rei;ue/date received 2024-05-24 CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 2 PCT /EP2019/085318

[8] Elle porte sur un procede de sechage thermique de bois mis en ceuvre a l'aide d'une installation de sechage comprenant au moins une chambre de sechage.

[9] Selon une definition generale de !'invention, le procede de sechage comprend les etapes suivantes: injecter a l'interieur de la chambre de sechage (un gaz caloporteur comprenant du CO2 a pression et temperature choisies; forcer la circulation du gaz caloporteur a travers la chambre de sechage ; rechauffer le gaz caloporteur circulant dans la chambre de sechage selon une premiere phase amenant la temperature moyenne de la chambre de sechage depuis la temperature ambiante jusqu'a 80°C selon un gradient de temperature choisi afin d'extraire l'eau libre du bois, puis une seconde phase depuis 80°C jusqu'a 140°C en fonction du profil de sechage specifique du bois a secher, lequel comprenant un profil d'augmentation de temperature specifique et permettant d'extraire l'eau liee specifique du bois a secher; extraire hors de la chambre de sechage le melange gazeux binaire comprenant du CO2 et de l'eau sous forme de vapeur a temperature elevee et evacuer, l'eau ainsi extraite de la charge de bois hors de la chambre ; piloter les etapes d'injection, de circulation, de rechauffage, et d'evacuation selon des programmes, valeurs consignes et des durees de sechage appropries selon la courbe specifique d'evolution hygrometrique au cceur du bois en fonction du temps de sechage et des sequen9ages de !'augmentation de la temperature propres au type de bois a secher; et collecter !'ensemble des donnees formees par les variations de mesures physiques metrologiques, les comparer aux valeurs consignes dictes par le profil specifique du bois a secher, et reajuster le fonctionnement de !'installation de sechage en cas d'ecart avec les valeurs consignes. [1 O] Ainsi, le procede de sechage permet d'obtenir un sechage rapide du bois, lequel est aussi energetiquement moins demandeur, et permet d'obtenir un taux d'humidite du bois ainsi seche inferieur a 5 % d'humidite tout en permettant une adaptabilite a tout type de bois grace aux etapes de surveillance, de controle et de retro ajustement. CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 3 PCT /EP2019/085318

[11] Le precede de sechage utilise une generation de flux gazeux caloporteur de CO2 injecte dans la chambre de sechage de la charge de bois a pression atmospherique, suivi d'un chauffage en boucle fermee en deux temps et graduel jusqu'a une valeur cible, avec un systeme de surveillance de nombreuses mesures physiques parmi lesquelles l'enregistrement de la pression, l'hygrometrie, la temperature, la masse de la chambre de sechage en differents points et relies a une boucle de retroaction permettant l'ajustement du fonctionnement de !'installation pour obtenir les conditions optimales de sechage du bois.

[12] Un tel precede de sechage a l'avantage d'etre court sur le plan temporel, reproductible a grande echelle pour son usage industriel, energetiquement efficient et permet d'obtenir un pourcentage en eau du bois seche inferieur ou egal a 5%, a temperature moderee.

[13] Le type de bois adapte au precede et son dispositif demise en reuvre appartient au groupe forme par les bois rands, grumes, bois d'reuvre, et bois conforme en planches.

[14] Le precede conforme a !'invention comporte une etape d'injection de CO2, laquelle consiste en !'extraction de l'air atmospherique de la chambre de sechage 1, !'injection de CO2 a debit choisi, suivi du demarrage de recirculation continue a bas regime. L'etape d'injection de CO2 se poursuit par l'enregistrement et le comptage du taux de renouvellement de !'atmosphere CO2 dans la chambre 1, et enfin reduire le debit d'injection de CO2 jusqu'a une valeur consigne tout en montant le regime recirculation continue du CO2 jusqu'a l'obtention d'un debit nominal.

[15] Selan un mode particulier de realisation de !'invention, le precede de sechage comprend aussi une etape de recyclage du CO2, permettant la recuperation du CO2 a partir du melange gazeux vapeur d'eau/ CO2 extrait de la chambre (1) lors du sechage.

[16] En pratique, l'etape de rechauffage comprend les sous etapes suivantes: - demarrer le programme thermostatique de commande de chauffe ; CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 4 PCT /EP2019/085318 - augmenter la temperature du tube de sechage de la temperature ambiante a 80°C pendant 10 heures (6°C/h) ; - augmenter la temperature du tube de sechage de 80°C a 140° pendant 60 heures (1 °C/h) ; - verifier la pression interne, la pression partielle en eau et CO2, la temperature de la charge de bois au niveau de son aubier et son duramen, la temperature de !'atmosphere dans la chambre de sechage, la masse du tube de la chambre de sechage, l'hygrometrie, le debit et volume de CO2, et le taux de renouvellement de !'atmosphere CO2 en tout temps du chauffage et moduler le parametre adequat pour maintenir des valeurs consignes ; et - arreter le chauffage lorsque l'l'hygrometrie du bois a atteint une valeur cible ou que la temperature moyenne de la chambre de sechage atteint 140°C.

[17] L'etape de chauffage conforme a !'invention est realisee a pression atmospherique, avec un pourcentage massique de CO2 gazeux dans la chambre devant etre compris entre 95% et 100%.

[18] En pratique l'etape de sechage comporte les sous-etapes suivantes : - diminuer la temperature de la chambre - arreter l'alimentation en CO2 lorsque la temperature du bois est inferieure a 60°C; - arreter le systeme de recirculation continue du CO2 ; - extraire completement !'atmosphere interne de la chambre de sechage (1) ; - arreter les enregistrements de mesures physiques de !'installation ; et - arreter et mettre en veille

[19] A titre d'exemple non limitatif, le taux d'humidite cible du bois seche par la mise en ceuvre du procede est inferieur ou egal a 5%.

[20] L'invention a egalement pour objet une installation de sechage pour la mise en ceuvre du procede de sechage conforme a !'invention.

[21] D'autres avantages et caracteristiques de !'invention apparaitront a l'examen de la description et des dessins dans lesquels: CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 s PCT /EP2019/085318 [22] [Fig 1] represente schematiquement une installation de sechage de bois conforme a !'invention; [23] [Fig 2] represente isolement le systeme de chauffage conforme a !'invention; [24] [Fig 3] represente un module thermoplongeur interne du systeme de chauffage conforme a !'invention ; [25] [Fig 4] represente un ventilateur a simple aspiration du systeme de chauffage conforme a !'invention ; [26] [Fig 5] represente schematiquement les etapes generales du precede de sechage conforme a !'invention; [27] [Fig 6] represente schematiquement les sous-etapes permettant la preparation a !'injection du CO2 et !'initialisation du sechage conforme a !'invention; [28] [Fig 7] represente schematiquement les sous-etapes permettant de proceder a l'etape de chauffage et de terminaison du chauffage conformement a !'invention ; et [29] [Fig 8] represente schematiquement les sous-etapes permettant la fin du cycle de sechage ainsi que l'arret de !'installation conforme a !'invention. [30] [Fig 9] represente un profil hygrometrique particulier de !'evolution de l'humidite et des temperatures de !'atmosphere de la chambre de sechage en fonction du temps selon le procede conforme a !'invention. [31] [Fig 10] represente plusieurs profils hygrometriques particuliers d'essences differentes representant !'evolution de l'humidite moyenne du bois en fonction du temps et de la temperature de !'atmosphere de la chambre de sechage selon le precede conforme a !'invention.

[32] En reference aux figures 1, 2 ,3 et 4, !'installation de sechage conforme a !'invention comprend plusieurs groupements fonctionnels parmi lesquels une chambre de chauffage 1 comportant au mains un tube de sechage dans laquelle le bois a secher est introduit, au mains un systeme de chauffage 2 , au mains un systeme d'alimentation en CO2 3, au mains un systeme d'extraction d'atmosphere CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 6 PCT /EP2019/085318 4 permettant !'extraction de !'atmosphere interieure de la chambre de sechage 1, plusieurs unites de mesure metrologiques 5, et enfin un systeme informatique de pilotage 6 equipe d'une interface de programmation applicative API.

[33] Selan un mode de realisation, !'installation possede une chambre de sechage 1 composee d'un ou plusieurs tubes de sechage cylindrique creux permettant !'introduction du bois rand a secher. Cette chambre de sechage 1 comporte une entree 101, laquelle est suivie d'un conduit dit de « respiration » comportant un clapet anti-retour 101 a suivi d'une electrovanne de respiration 101 b de la chambre 1, lequel permet !'injection d'air venant de l'exterieur de !'installation dans la chambre de sechage 1.

[34] La chambre de sechage 1 comprend en outre une sortie 102 vers un systeme d'extraction 4, controlee par une electrovanne de sortie 102a, disposant aussi d'une sonde de temperature 505 et permettant !'extraction de !'atmosphere presente dans la chambre de sechage 1. Une soupape de securite 103 disposee en position mediale de la chambre de sechage 1 , et reliee au conduit du systeme d'extraction 4, permet !'evacuation d'urgence d'une partie de !'atmosphere contenue dans la chambre de sechage 1 en cas de pression critique dans celle-ci. En pratique, la pression critique au niveau de la soupape peut etre de 0.02 bar.

[35] Entin, la chambre de sechage comprend aussi des instruments de metrologie 5, permettant la mesure de diverses caracteristiques physiques. Les instruments compris au niveau de la chambre de sechage 1 sent par exemple : - quatre pesons individualises 503a/503b/ 503c/ 503d, repartis sous la chambre et permettant le suivi de la masse du tube de sechage, et ainsi connaitre la masse de la charge de bois en cours de sechage, indiquant l'etat d'avancement du sechage; - six transmetteurs de temperature individualises et places sur le bois, dent trois disposes au centre de la grume 501 a/501 b/501 c ainsi que trois places a la peripherie de celle-ci 502a/502b/502c, permettant done le suivi precis en temps reel de la temperature en plusieurs points de la chambre 1 , ainsi que dans la charge de bois, afin d'eviter d'endommager la grume lors du sechage et optimiser le sechage par regulation fine ; CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 7 PCT /EP2019/085318 - trois ensembles hygrometre/thermometre individualises disposes en amont 504a, au centre 504b, et en aval 504c dans la chambre de sechage 1 ; - un ensemble transmetteur de pression 506a et manometre 506b permettant l'enregistrement de la pression a l'interieur de la chambre de sechage 1.

[36] Chaque mesure metrologique comporte une valeur consigne ou un groupe de valeurs consignes a respecter, specifique a chaque type de bois.

[37] A titre d'exemple non limitatif, la chambre de sechage 1 comporte un tube ferme de 2.000 litres calorifuge avec recirculation atmospherique interne. Par exemple, le reacteur est constitue par : un tube d'acier de 5,5 metres de longueur, ferme par deux plaques en acier (non representees) de 700 mm de diametre et 3 mm d'epaisseur, l'une boulonnee sur brides comportant 1 piquage de visite ferme par un plaque acier de 220 mm de diametre boulonnee sur bride, et l'autre equipee en porte articulee boulonnee sur bride sur gougeons articules, comportant un piquage de visite, et enfin ferme par un robinet/vanne ; un chemin de fer a rouleau (non represente) compose d'une serie de dix rouleaux de 4 cm de diametre et de 15 cm de longueur espaces tous les 70 cm et fixes par plaque boulonnee ; et une extremite filetee fermee par boulon-capuchon, pour la mise en place des capteurs, aux extremites et au centre, fixe sur l'axe de la generatrice superieure de la chambre.

[38] L'installation de sechage comprend en outre un systeme de chauffage 2, equipe d'un conduit 204 comprenant une entree 201 de circulation de gaz en provenance de la partie en amont de la chambre de sechage 1, le conduit 204 amenant ensuite a un systeme de recirculation continue 203 ou ventilateur de recirculation continue comportant une gaine 203a, une turbine 203b, ainsi qu'une entree 203c et une sortie 203d permettant la circulation du melange gazeux issu de la chambre 1 selon un sens F dans le systeme de chauffage 2, puis a un rechauffeur 205 ou cellule de rechauffage, lequel evacue !'atmosphere ainsi chauffee vers une sortie 202 donnant dans la chambre de sechage 1. CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 8 PCT /EP2019/085318

[39] Selan un premier mode de realisation alternatif, la chambre de sechage 1 est constituee d'une pluralite de tubes de sechage, connectes a un systeme de chauffage 2 commun aux tubes de sechage.

[40] Selan un second mode de realisation alternatif, la chambre de sechage 1 est constituee d'une pluralite de tubes de sechage, connectes a une pluralite de systemes de chauffage 2.

[41] En pratique, le rechauffeur 205 est de type thermoplongeur vendu sous la reference « rechauffeur electrique 237537 a tube plongeur » par la societe VULCAN IC© d'une puissance de 7 Wet comporte une entree 206 par laquelle les gaz a chauffer entrent dans le rechauffeur 205, un conduit 208 cylindrique ouvert en acier, dans lequel un thermoplongeur 209 est insere et fixe sur l'une des ouvertures, et enfin une seconde ouverture de sortie 207 des gaz ainsi chauffes. En aval du conduit 208 avant !'orifice de sortie 207 sont disposes un thermostat 210 permettant la regulation de la temperature du thermoplongeur 209 ainsi qu'une sonde de mesure de la temperature 211.

[42] A titre d'exemple non limitatif, le systeme de chauffage 2 comporte un circuit en gaine spiralee, en tole d'acier galvanise d'environ 8 m de longueur, alimentant une caisse d'extraction rechauffage equipe d'un ventilateur 203 de type helico'ide a moteur deporte basse pression de 9,5 Nm3/mn, ainsi qu'un rechauffeur 205 de 2 x 3,5 kW thermostate, !'ensemble calorifuge par une enveloppe de laine de verre de 20 cm d'epaisseur.

[43] En pratique, le ventilateur de recirculation continue 203 peut etre de type ventilateur centrifuge moyenne pression et a simple aspiration avec gaine 203b et turbine 203a en tole d'acier, ledit ventilateur comportant une turbine 203a a aubes inclinees vers !'avant en tole d'acier galvanise, le ventilateur 203 etant capable de supporter une temperature maximale de l'air a transporter de -20QC a 250QC.

[44] L'installation de sechage comporte en outre un systeme d'alimentation 3 en CO2, lequel comporte une source de CO2 liquide anhydre, constituee par une "centrale d'approvisionnement en CO2" 301 comportant deux emplacements pour des obus standards type "Air-Liquide", contenant chacun 34 kg de CO2 liquide comprime a 50 bar, et le(s) dispositif(s) de detente correspondants, soit un CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 9 PCT /EP2019/085318 dispositif de detente du CO2 gazeux constitue d'un detendeur primaire (non represente) permettant le passage de la pression de 70 bar a 3 bar (0,5 m3/h), d'un detendeur-regulateur de debit secondaire permettant le passage de la press ion de 3 bar a 0,3 bar (5 m3/h). Le systeme d'alimentation 3 dispose ensuite d'une electrovanne 304 de coupure precedee d'un dispositif de comptage 302/303 atmospherique du CO2, l'electrovanne contr6Iant l'alimentation vers une canalisation atmospherique 306 fixe, le dispositif de comptage etant quant a lui constitue d'un ensemble manometre/thermometre 302 et volumetre/debitmetre 303. Le conduit d'alimentation du CO2 injecte et decomprime comporte ensuite un clapet anti-retour et rejoint enfin une canalisation de mise en circulation atmospherique 306.

[45] Le systeme d'alimentation 3 en CO2 comporte ensuite un dispositif de mise en circulation 307 du gaz permettant de pulser de l'air a temperature ambiante vers le systeme de chauffage 2. Le dispositif de circulation 307 comprend un compresseur d'air 308 ejectant de l'air sous pression vers une canalisation se divisant en deux, et done la premiere division permet la circulation de l'air comprime vers un detendeur 309 lequel permet ensuite la circulation d'air a pression reduite vers les electrovannes 101bet102a, respectivement presentes a l'entree 101 et sortie 102 de la chambre de sechage 1. Une seconde division de la canalisation perm et la circulation de l'air comprime vers un detendeur 310 lequel reduit la pression de l'air injecte vers une electrovanne 311 permettant le contr6Ie de la quantite d'air introduit dans le circuit, lequel comporte ensuite un clapet antiretour 312 et debouchant dans la canalisation de mise en circulation atmospherique 306 laquelle rejoint le conduit 204 du systeme de chauffage 2 en amont du recirculateur 203.

[46] Selon un mode alternatif de realisation de !'invention, la canalisation de mise en circulation atmospherique 306 rejoint directement au moins un tube de la chambre de sechage 1.

[47] Selon un autre mode de realisation alternatif, la source de CO2 utilisee est du CO2 recycle directement a partir de la recuperation et de l'epuration d'emissions par des cheminees d'usine. CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 10 PCT /EP2019/085318

[48] L'installation de sechage comprend egalement un systeme d'extraction 4 de !'atmosphere des tubes de la chambre de sechage 1, lequel comprend un conduit principal 402 comportant une entree 401 ouverte sur l'exterieur, et permettant la creation d'une arrivee d'air vers un extracteur 403, permettant la ventilation forcee du conduit 402 jusqu'a la sortie 405. Le conduit 402 comporte deux jonctions en provenance de la chambre de sechage 1 , dont la premiere jonction avec la canalisation de la sortie 102 de la chambre de sechage 1 , et la seconde jonction avec la canalisation de la soupape de securite 103. Le systeme d'extraction 4 permet ainsi !'evacuation de !'atmosphere de la chambre de sechage 1.

[49] Le systeme d'extraction 4 de !'installation de sechage comporte aussi une sortie 104 situe a la base de la chambre 1, la base ayant une inclinaison de 1 %, disposant d'une electrovanne de vidange 104a avec un col de cygne, laquelle permet !'evacuation de l'eau sous forme liquide lors du sechage.

[50] L'installation de sechage integre en outre un systeme de pilotage informatique 6 comprenant une interface de programmation applicative API. L'interface de programmation applicative permet d'une part, la gestion de l'envoi des consignes a chacun des composants de !'installation, et d'autre part d'integrer les donnees re9ues par les differents instruments de mesure metrologique 5, afin d'ajuster les consignes envoyees aux composants de !'installation.

[51] Selan un mode de realisation particulier, !'installation de sechage conforme a !'invention comprend un systeme de recyclage du CO2 permettant la separation de la vapeur d'eau et du CO2 gazeux present dans !'atmosphere extraite de la chambre 1 durant le sechage, afin de pouvoir eliminer l'eau tout en recuperant le CO2 afin d'etre stocke, ou etre directement reutilise dans !'installation.

[52] A titre d'exemple non limitatif, est utilise un systeme de recyclage a condensation, diminuant la temperature du melange gazeux binaire vapeur d'eau/ CO2 extrait de la chambre de sechage 1 jusqu'a une temperature t, permettant la condensation de l'eau du melange, laquelle est ensuite recuperee par gravite sous forme liquide et eliminee.

[53] Par exemple, le systeme de recyclage (non represente) permet la dessiccation de !'atmosphere interne extraite de la chambre de sechage 1 via une installation CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 11 PCT /EP2019/085318 de condensation thermique de la vapeur d'eau par refroidissement, sur paroi froide equipee d'un echangeur de chaleur. Le systeme permet done le recyclage de !'atmosphere deshydratee, laquelle est constituee soit de CO2 pur, soit par de l'air deshydrate.

[54] Le gaz CO2 recupere par le systeme de recyclage (non represents) peut etre stocke ou directement etre reinjecte en complement du "Bloc alimentation CO2".

[55] Selan un mode de realisation particulier conforme a !'invention, la chambre de sechage 1 dispose d'une longueur de 5,5m par 0,6 m de rayon, soit un volume interne de 1555 litres, le systeme recirculation dispose d'une longueur de 9m par 0, 16 m de rayon, soit un volume interne de 170 litres, et la grume inseree dans la chambre 1 dispose d'une longueur maximale de 5m par 0,46 m de rayon, soit un volume de 1415 litres. L'atmosphere de la chambre de sechage 1 dans lequel circulera le CO2 ainsi que l'eau extraite dispose d'un volume moyen de 310 litres.

[56] En reference aux figures 4 a 9, !'installation de sechage ainsi decrite en reference aux figures 1, 2 et 3 met en reuvre un precede de sechage comportant une succession d'etapes selon la sequence suivante:

[57] Selan une premiere etape de preparation du bois ou grume a secher S1, les grumes sont ecorcees et calibrees au gabarit cylindrique sans fourches ni deformation axiale. Le gabarit des grumes peut non limitativement etre d'un diametre maximal de 45 centimetres et de longueur maximale de 5 metres. La grume est enfournee par poussage sur un chemin de fer a rouleaux et la porte semi etanche du dispositif (non representes) est refermee et boulonnee ;

[58] Selan une seconde etape d'initialisation S2 de !'installation de sechage, le systeme de pilotage informatique 6 effectue les tests de mise en tension electrique et de fonctionnement des peripheriques suivants mais non limitativement : pesons piezo-electriques de pied de cellule 503a/503b/503c/503d, electrovannes d'admission 304 et d'evacuation du CO2 102a, ventilateur-extracteur de la boucle de recirculation continue CO2 203, ventilateur-extracteur du circuit d'evacuation atmospherique CO2 403, thermostat de la cellule de chauffage 210, resistance(s) de la cellule de chauffage 209 et le debitmetre/volumetre d'alimentation en CO2 303; CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 12 PCT /EP2019/085318

[59] Selan une troisieme etape de demarrage S3 du systeme d'alimentation 3 en CO2 et demise en circulation 307 de celui-ci, !'installation de sechage est mise en route ;

[60] Selan une quatrieme etape d'initialisation du systeme de recirculation continue du CO2 S4, la consommation en CO2 du precede est reduite ;

[61] Selan une cinquieme etape de chauffage S5 de la chambre de sechage 1, la temperature de !'atmosphere CO2 est augmentee selon un debit et une vitesse choisie avec la mesure en temps reel de la temperature en differents points de la chambre, l'hygrometrie, la pression, les pressions partielles en eau et CO2, le chauffage se faisant a pression atmospherique ;

[62] Selan une sixieme etape de terminaison de chauffage S6, le chauffage est arrete lorsque la temperature maximale cible de !'atmosphere de la chambre de sechage 1 , soit 140°C pour un temps de sechage de 70 heures est atteinte ou que l'hygrometrie au cceur du bois atteint une valeur cible ;

[63] Selan une septieme etape S7, ii est prevu de mettre a l'arret le systeme de chauffage 2 ainsi que la terminaison des enregistrements des mesures physiques mesurees lors du chauffage ;

[64] Selan une derniere etape S8, le bois ainsi seche est extrait du tube de la chambre de sechage 1.

[65] Toutes les etapes du precede apres l'etape de preparation du bois S1, sont pilotees et effectuees via une succession de commandes completement automatisees par le systeme de pilotage informatique 6 comprenant une interface de programmation applicative API. L'API executant un programme de commande, elle envoie differentes consignes a chacun des composants de controle et recoit les donnees d'enregistrement des instruments metrologiques 5 de !'installation de sechage, lesquelles permettent d'ajuster les composants de controle afin d'optimiser le sechage en cas d'ecart avec les valeurs consignes.

[66] Les etapes de demarrage des systemes S3 d'alimentation 3 et de mise en circulation du CO2 307, et de demarrage du systeme S4 de recirculation continue 2 comportent avantageusement des sous-etapes permettant de mettre en ceuvre le precede conforme a !'invention. CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 13 PCT /EP2019/085318

[67] Selan la premiere sous etape S31, ii est prevu le demarrage de l'extracteur 403 d'evacuation atmospherique CO2, permettant ainsi !'extraction de l'air atmospherique de la chambre de sechage 1 a debit minimal.

[68] Le debit minimal et definit comme le debit permettant au systeme de recirculation 203 de renouveler la totalite de !'atmosphere disponible dans la chambre de sechage 1 en une minute, soit en moyenne 310 Litres.

[69] A titre d'exemple, le debit minimal est de 300 litres par minute.

[70] Cette etape S31 est suivie par une sous etape S32 consistant au demarrage de !'injection de CO2 par ouverture des electrovannes 304 d'alimentation CO2 vers le conduit de chauffage 204 jusqu'a obtention d'une saturation definie par un pourcentage de valeur massique en CO2 choisi dans la chambre de sechage 1.

[71] Selan une troisieme sous-etape S33, ii est prevu le demarrage du systeme de recirculation continue des gaz presents dans la chambre de sechage 1 a bas debit, soit par exemple a 300 Umin, ledit demarrage etant declenche par consigne de demarrage automatique du ventilateur de recirculation continue CO2.

[72] La sous-etape S33 est suivie d'une sous etape S34 de comptage du renouvellement d'atmosphere CO2 jusqu'a ce que le taux de renouvellement atteigne une valeur de consigne, le volume cumule calcule etant automatiquement compare a une valeur consigne, et permettant ainsi de conserver un pourcentage de valeur massique du CO2 de la chambre 1 entre 95% et 100%.

[73] Afin d'ajuster le taux de renouvellement d'atmosphere CO2, le precede de sechage comporte une sous etape de limitation S35, permettant l'ajustement du taux de renouvellement et de volume calcule de CO2 grace a la reduction du debit d'alimentation a une valeur donnee par declenchement d'une premiere consigne de reduction d'ouverture des electrovannes 304 d'alimentation CO2, le debit etant surveille (monitore) durant sa reduction et compare automatiquement a une valeur minimale de consigne.

[74] Selan une sous-etape S36 precedent l'etape de chauffage S5, le systeme de recirculation continue 307 regoit une consigne de montee automatique au regime nominal d'utilisation du ventilateur de recirculation continue du CO2, appliquant un debit nominal de 6000 Umin. Le regime nominal est defini comme le regime du CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 14 PCT /EP2019/085318 systeme de recirculation permettant d'obtenir une recirculation optimale des gaz de la chambre de sechage 1 avant le debut de la phase de chauffage et ainsi permettre la recirculation directe et continue du CO2 une fois le chauffage initie a debit choisi.

[75] Une fois les systemes de metrologie 5, d'alimentation en CO2 3 et de recirculation continue operationnels, le precede decrit conforme a !'invention comporte une etape de chauffage S5 et de terminaison de chauffage S6 comportant une serie de sous-etapes permettant un sechage optimal du bois rand.

[76] Selan la premiere sous-etape S51, ii est prevu le demarrage du programme thermostatique de commande de la chauffe lequel est separe en deux phases de chauffage successives.

[77] Une premiere phase de chauffage S52, permet la montee de la temperature moyenne de la chambre de sechage 1 entre la temperature ambiante, soit par exemple 30°C a une premiere temperature consigne 80°C. La montee de temperature se deroule sur un delai de 10 heures, avec un fonctionnement de la cellule de chauffage a pleine puissance, soit 7 kW, le gradient d'augmentation de temperature etant par exemple de 6°C par heure. II s'agit durant cette premiere phase d'eliminer l'eau libre de la masse de bois.

[78] Selan un mode de realisation conforme a !'invention, le systeme de pilotage 6 initie le demarrage automatique des 2 resistances de chauffage du thermoplongeur 209.

[79] Une seconde phase de chauffage S53 commence lorsque la temperature moyenne de la chambre atteint 80°C. Celle-ci permet !'augmentation de la temperature moyenne de la chambre jusqu'a une seconde valeur consigne de 140°C, cette seconde phase de chauffage s'effectuant avec un fonctionnement du rechauffeur 205 a puissance reduite, soit 3,5 kW, pour une duree de 60 heures, !'augmentation de la temperature s'effectuant par exemple a une vitesse de 1 °c par heure, ceci afin de reguler plus finement le sechage en lui-meme, l'integrite structurelle du bois a secher ainsi que l'environnement de sechage dans la chambre de sechage 1. II s'agit durant cette seconde phase d'eliminer l'eau liee de la masse de bois. CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 15 PCT /EP2019/085318

[80] La seconde phase de chauffage prend fin lorsque la temperature atteint 140°C, ou que le taux d'humidite cible du bois seche est inferieur ou egal a 5%.

[81] La temperature de chauffage maximale choisie, soit 140°C, permet une efficacite optimale de sechage par substitution CO2/H2O, tout en limitant fortement toute atteinte a l'integrite structurelle du bois a secher.

[82] En pratique la premiere phase amenant la temperature moyenne de la chambre de sechage 1 contenant du CO2 jusqu'a 80°C permet d'extraire l'eau libre du bois a secher, la seconde phase depuis 80°C jusqu'a 140°C permet d'extraire l'eau liee du bois a secher.

[83] Au-dessus de 140°C, le Demandeur a observe qu'une modification des composes macromoleculaires du bois s'opere (conformement a la litterature sur le sujet), avec une degradation des hemicelluloses, une reticulation des lignines ainsi qu'une modification de la structure cristalline de la cellulose, justifiant ainsi que le chauffage selon le precede conforme a !'invention dispose d'une temperature maximale de 140°C.

[84] Le profil de sechage est specifique pour chaque type de bois, chaque type de bois disposant done d'une courbe d'evolution hygrometrique au coour du bois en fonction du temps de sechage qui lui est propre et des sequengages de !'augmentation de la temperature associees specifiques, lesquels dictent le profil d'augmentation de temperature a appliquer lors des deux phases de chauffage, et sert de base de comparaison aux mesures metrologiques enregistrees de maniere ace que le systeme de pilotage 6 retro ajuste ces memes mesures a des valeurs consignes, ceci afin d'obtenir un sechage optimal et de maniere industrielle de la charge de bois. Durant chacune des deux phases de chauffage, le thermostat 210 du rechauffeur 205 ainsi que les systemes d'enregistrement de mesures metrologiques en temps reels, permettent l'ajustement de la puissance du rechauffeur 205 par effet de retroaction du thermostat 210 sur le rechauffeur 205 ainsi que la modulation des systemes de circulation du CO2.

[85] Selon les figures 9 et 10, les gradients de temperatures de la premiere phase 901 et de la seconde phase 902 de sechage sont modules par le systeme de CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 16 PCT /EP2019/085318 pilotage 6, de maniere a maitriser !'evolution de l'hygrometrie dans le duramen de la piece de bois en cours de sechage.

[86] En pratique, l'hygrometrie etant variable dans le bois a secher, sont surveillees par mesures metrologiques: l'hygrometrie moyenne 904, l'hygrometrie minimale 905, et l'hygrometrie maximale 903 par exemple.

[87] L'enregistrement du pilotage des sequences de valeurs consignes associees aux mesures observees permet d'etablir un profil hygrometrique de sechage specifique de !'essence du bois a traiter, et ainsi definir les retroajustements par le systeme de pilotage 6 pour les bois de meme essence lors d'operations de sechage ulterieures, et ainsi industrialiser le sechage tout en maintenant la conservation de la structure macromoleculaire du bois seche avec une substitution de l'eau liee par du CO2.

[88] A titre d'exemple non limitatif, les retroajustements effectues par le systeme de pilotage 6 sont obtenus par modification du fonctionnement du rechauffeur 205, du systeme de recirculation continue 203, ou de l'electrovanne de vidange 104a. Ces reajustements permettent d'une part le maintien d'un delta de temperature maximal de 20°C entre la temperature enregistree au cceur du bois et la temperature de !'atmosphere de la chambre de sechage 1, et d'autre part, d'adapter le sechage d'une essence de bois a un profil specifique.

[89] Selan la figure 10, on retrouve les profils hygrometriques de quatre essences de bois A 1001, B 1002, C 1003, et D 1004, lesquelles disposent chacune d'une evolution specifique en fonction du gradient de temperature selon une premiere phase jusqu'a 80°C, puis une seconde phase pouvant atteindre 140°C.

[90] La seconde phase de chauffage, permet !'optimisation de la substitution du CO2 a H20 liee a la cellulose du bois a secher. Cette substitution CO:JH2O permet de garantir l'integrite moleculaire « structurelle » du « feuilletage de cellulose », et ainsi du bois seche. Un pilotage multi parametres fin et precis de l'environnement de sechage, de la temperature du bois et de la chambre de sechage 1 est done necessaire.

[91] L'instrumentation et le pilotage bases sur les mesures metrologiques de l'environnement interne de la chambre de sechage et du bois permettent d'eviter CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 17 PCT /EP2019/085318 de deteriorer le bois du rant le sechage, tout sechage induisant un retrait de matiere non evitable, bien que minore par le CO2 substitue. En cas de mauvais controle, la qualite structurelle du bois seche ainsi obtenu peut en etre fortement impactee.

[92] Des fissures, ainsi que des affaissements du bois peuvent apparaitre en consequence d'un mauvais pilotage et ainsi compromettre l'integrite structurelle du bois seche obtenu par le precede conforme a !'invention, generant ainsi un produit non conforme a !'invention.

[93] Selan le precede conforme a !'invention, mais non limitativement, les mesures metrologiques enregistrees en temps reel, lors de la sous etape S54 peuvent etre les suivantes: la masse du reacteur, permettant de connaitre la masse du bois en cours de sechage et ainsi evaluer l'avancement de !'extraction de la masse d'eau et done du sechage lui-meme ; le debit et volume d'alimentation en CO2 ainsi que la pression atmospherique differentielle eau/ CO2, afin d'effectuer un ajustement si la quantite de CO2 dans la chambre de sechage 1 est trap importante au non suffisante grace aux systemes de recirculation et d'alimentation de CO2 ; la temperature atmospherique a la sortie/evacuation de la chambre de sechage, ainsi que celle du bois seche. En effet, lors des deux phases de chauffage, est comparee la temperature moyenne de !'atmosphere de la chambre de sechage 1 avec la temperature au ccsur du bois comme valeur consigne, sous controle du respect du profil de sechage specifique du bois a secher a appliquer, appliquant un suivi de la courbe d'evolution hygrometrique au ccsur du bois en fonction du temps de sechage et ses sequenc;:ages particuliers d'augmentation de la temperature de !'atmosphere de la chambre de sechage 1. Cette courbe d'evolution suit globalement la fonction 1/x. Si un ecart est constate, et que celui-ci est superieur a une valeur admissible, !'augmentation de la temperature est suspendue temporairement jusqu'au retour a un differentiel de temperature maximum de 20°c entre la temperature au ccsur du bois et la temperature de !'atmosphere de la chambre de sechage d'une part, et d'autre part, retrouver CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 18 PCT /EP2019/085318 des valeurs acceptables vis-a-vis du profil de sechage specifique du bois a secher; l'hygrometrie atmospherique dans la cellule de chauffage et a sa sortie/evacuation ; et l'hygrometrie du bois (aubier et duramen).

[94] Si l'une de ces valeurs enregistrees ne se situe pas dans une zone de valeurs initialement prevue a un instant t lors du chauffage, le systeme de pilotage 6 met en place une retroaction afin d'ajuster la valeur de la mesure metrologique afin de retourner a une valeur consigne normale satisfaisante dictee par le profil specifique de chaque type de bois a secher.

[95] Le sechage s'effectue, au minimum pour la seconde phase, avec un pourcentage massique de CO2 gazeux dans la chambre de sechage 1 compris entre 95% et 100%. Une fois que la temperature moyenne de la chambre de sechage 1 atteint la temperature maximale de 140°C ou que l'hygrometrie du bois au niveau du duramen est conforme a la valeur cible de consigne, par exemple mais non limitativement 5%.

[96] Le systeme de chauffage 2 est arrete selon une derniere sous etape S55, laquelle inclue l'arret des resistances du rechauffeur 205, les electrovannes d'admission 304 et d'evacuation 102a du CO2 sent pilotees via une succession de commande du systeme de pilotage 6 afin de maitriser et centraler la diminution de la temperature de la chambre de sechage 1.

[97] La temperature moyenne de la chambre de sechage 1 etant definie comme la moyenne entre la temperature dans le tube de sechage et la temperature a la sortie de la chambre 102. Le systeme de pilotage 6 initie ensuite l'etape demise a l'arret S7, avec une sous-etape S71 de diminution de la temperature moyenne du bois jusqu'a une premiere valeur consigne de 60°C, le systeme provoque l'arret du systeme de recirculation continue 203 du CO2, par diminution automatique du regime de son propre systeme interne de ventilation jusqu'a un regime bas, soit par exemple permettant l'obtention d'un debit de 300L/min. A partir de 60°C, l'alimentation 3 en CO2 est arretee S72 par fermeture de l'electrovanne CA 03122225 2021-06-04 WO 2020/127026 19 PCT /EP2019/085318 d'admission 304 du CO2 et ouverture de !'orifice d'event (non represents) permettant !'admission d'air exterieur dans la chambre de sechage.

[98] Selon une troisieme sous-etape S73, le systeme de pilotage informatique 6 provoque un arret du systeme de recirculation interne 2 du CO2, par diminution automatique du regime du ventilateur du systeme de recyclage jusqu'a son arret complet.

[99] Le systeme de pilotage 6 procede ensuite a la montee en regime de l'extracteur d'evacuation atmospherique 403 jusqu'a un debit nominal, soit par exemple 6000L/min, et permettant !'extraction complete S74 de !'atmosphere de la chambre de sechage 1.

[100] Selon un mode de realisation alternatif conforme a !'invention, le debit nominal est de 1 000L/min.

[101] Lorsque la temperature du bois atteint 40°C, le systeme precede ensuite a l'arret de l'enregistrement S75 des mesures metrologiques 5, puis, lorsque la temperature atteint 35°C, provoque l'arret general d'alimentation electrique des installations S76 et !'activation du voyant de mise en veille de !'instrumentation, !'installation se trouvant done mise a l'arret.

[102] Une fois la mise a l'arret de !'installation, le bois peut alors etre retire de la chambre de chauffage.

[103] Le produit ainsi obtenu est done un bois rond, entier, ou en planches, definit par un taux d'humidite cible inferieur a 5% au niveau du duramenJ

Claims

20 Revendications [Revendication 1] Procede de sechage thermique de bois mis en reuvre a l'aide d'une installation de sechage comprenant au mains une chambre de sechage (1 ), ledit procede 5 comprenant les etapes suivantes: injecter a l'interieur de la chambre de sechage (1) un gaz caloporteur comprenant du CO2 a pression et temperature choisies; forcer la circulation du gaz caloporteur a travers la chambre de sechage (1 ); rechauffer le gaz caloporteur circulant dans la chambre de sechage (1) selon 10 une premiere phase amenant la temperature moyenne de la chambre de sechage depuis la temperature choisie jusqu'a 80°C selon un gradient de temperature choisi afin d'extraire l'eau libre du bois a secher, puis une seconde phase depuis 80°C jusqu'a 140°C en fonction du profil de sechage specifique du bois a secher, lequel comprenant un profil d'augmentation de temperature specifique et permettant 15 d'extraire l'eau lice du bois a secher; extraire hors de la chambre de sechage (1) un melange gazeux binaire comprenant le CO2 et de l'eau sous forme de vapeur a temperature elevee et evacuer l'eau ainsi extraite de la charge de bois hors de la chambre (1 ); piloter les etapes d'injection, de circulation, de rechauffage, et d'evacuation 20 selon des programmes, valeurs consignes et des durees de sechage appropries selon sa courbe specifique d'evolution hygrometrique au creur du bois en fonction du temps de sechage et des sequenyages de !'augmentation de la temperature propres au type de bois a secher; et collecter un ensemble des donnees formees par des variations de mesures 25 physiques metrologiques, les comparer aux valeurs consignes dictes par le profil de sechage specifique du bois a secher, et reajuster le fonctionnement de !'installation de sechage en cas d'ecart avec les valeurs consignes. [Revendication 2] Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que le bois 30 appartient au groupe compose de bois rond, grume, bois d'reuvre et bois conforme en planches. Date re~ue/date received 2024-05-24 5 15 21 [Revendication 3] Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'etape d'injection de CO2 comprend les sous-etapes suivantes : Extraction de l'air atmospherique de la chambre de sechage (1 ); Debuter !'injection de CO2 a debit choisi; Demarrer la recirculation continue du CO2 a bas regime; Enregistrer et compter le taux de renouvellement de !'atmosphere CO2; Reduire le debit d'injection de CO2 jusqu'a une valeur consigne ; et Monter le regime de recirculation continue du CO2 jusqu'a un regime nominal. [Revendication 4] Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'etape de rechauffage dure 70 heures. [Revendication 5] Procede selon la revendication 1 caracterise en ce qu'il comprend une l'etape de recyclage du CO2 permettant la recuperation du CO2 a partir du melange gazeux vapeur d'eau/ CO2 extrait de la chambre (1) lors du sechage. 20 [Revendication 6] Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'etape de rechauffage com prend les etapes suivantes : Demarrer un programme thermostatique de commande de chauffe; Augmenter la temperature dans la chambre de sechage (1) de la temperature ambiante a 80°C pendant 10 heures, soit 6°C/h ; 25 Augmenter la temperature de la chambre de sechage de 80°C a 140° pendant 60 heures, soit 1 °C/h ; Verifier les valeurs de la pression interne, la pression partielle en eau et CO2, la temperature de la chambre de sechage (1 ), la temperature du bois au niveau de son aubier et son duramen, la masse de la chambre de sechage, l'hygrometrie au 30 creurdu bois, le debit et volume de CO2, et le taux de renouvellement de !'atmosphere Date re~ue/date received 2024-05-24 22 CO2 en tout temps du chauffage et modular le parametre adequat pour maintenir des valeurs consignes; et Arreter le chauffage lorsque l'hygrometrie du bois a atteint une valeur cible ou la temperature moyenne de !'atmosphere de la chambre de sechage atteint 5 140°C. [Revendication 7] Procede selon la revendication 1 caracterise en ce que le chauffage est realisee a pression atmospherique, pour un pourcentage massique de CO2 gazeux dans la chambre compris entre 95% et 100% au mains pour la seconde phase de 1 o chauffage. 15 20 [Revendication 8] Procede selon l'une des revendications 3 a 7, caracterise en ce qu'il comprend une etape d'arret du procede de sechage comportant les sous-etapes suivantes: a 60°C; Diminuer la temperature de la chambre; Arreter l'alimentation en CO2 lorsque la temperature du bois est inferieure Arreter la recirculation continue du CO2; Extraire completement !'atmosphere interne de la chambre de sechage (1 ); Arreter de collecter !'ensemble des donnees formees par des variations de mesures physiques metrologiques de !'installation; Arreter et mettre en veille !'installation de sechage. [Revendication 9] Procede selon l'une des revendications 1 a 8, caracterise en 25 ce que le taux d'humidite cible du bois seche est inferieur ou egal a 5%. [Revendication 1 O] Installation de sechage pour la mise en reuvre du procede selon l'une des revendications 1 a 8 comprenant : une chambre de sechage (1) comportant au mains un tube de sechage 30 cylindrique creux de diametre et longueur appropries pour le sechage de bois de dimensions choisies; Date re~ue/date received 2024-05-24 23 des moyens d'alimentation en CO2 (3) pour injecter a l'interieur de la chambre de sechage (1 ), un fluids caloporteur sous forme gazeux de CO2 a pression et temperature choisies; des moyens circulateurs (307, 203) pour forcer la circulation du fluide 5 gazeux caloporteur a travers la chambre de sechage (1); des moyens de chauffage (2) pour rechauffer le fluide gazeux caloporteur; des moyens extracteurs (4) permettant !'extraction de !'atmosphere a l'interieur de la chambre de sechage (1 ), et d'extraire et rejeter le fluide gazeux caloporteur de CO2, ainsi que de l'eau sous forme de vapeur a temperature elevee 10 ou sous forme liquids; des moyens de metrologie (5) pour mesurer les variations de mesures physiques de !'installation de sechage lors du chauffage ; et des moyens de commands (6) pour piloter les moyens d'injection, de circulation, de rechauffage, et d'evacuation selon des programmes, valeurs 15 consignes et durees de sechage appropries en fonction de la qualite du bois seche recherche, et des moyens de traitement pour mesurer, comparer et reajuster les parametres de fonctionnement aux valeurs consignee en cas d'ecart. Date re~ue/date received 2024-05-24