WO2020127026A1 - Procédé de séchage thermique du bois sous atmosphère de co2, installation de séchage pour la mise en oeuvre dudit procédé et produit obtenu - Google Patents

Procédé de séchage thermique du bois sous atmosphère de co2, installation de séchage pour la mise en oeuvre dudit procédé et produit obtenu Download PDF

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    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to a thermal drying process for wood under a CO2 atmosphere, in particular but not limited to the industrial drying of timber, round wood and / or logs. It also relates to an installation for the implementation of said drying process and the product obtained.
  • Timber, round timber and logs is understood here to mean wood intended for use in the secondary wood processing industries, in particular for industry, construction, carpentry, or for outdoor and indoor urban, industrial, collective and domestic development.
  • the present invention overcomes these drawbacks. [8] It relates to a thermal drying process for wood implemented using a drying installation comprising at least one drying chamber.
  • the drying process comprises the following stages:
  • a heat transfer gas comprising CO2 at selected pressure and temperature
  • the drying process makes it possible to obtain rapid drying of the wood, which is also less energetically demanding, and makes it possible to obtain a moisture content of the wood thus dried less than 5% humidity while allowing adaptability to any type of wood thanks to monitoring, control and retro-adjustment steps.
  • the drying process uses a generation of heat-carrying gas stream of C0 2 injected into the drying chamber of the load of wood at atmospheric pressure, followed by heating in a closed loop in two stages and gradually to a target value, with a monitoring system for numerous physical measurements, including recording of pressure, humidity, temperature, mass of the drying chamber at various points and connected to a feedback loop allowing the adjustment of the operation of the installation to obtain optimal conditions for drying the wood.
  • Such a drying process has the advantage of being short in time, reproducible on a large scale for its industrial use, energy efficient and makes it possible to obtain a percentage of water in the dried wood less than or equal to 5%. , at moderate temperature.
  • the type of wood suitable for the process and its implementation device belongs to the group formed by round timber, logs, timber, and shaped timber.
  • the method according to the invention comprises a step of injecting CO2, which consists in extracting atmospheric air from the drying chamber 1, injecting CO2 at a chosen flow rate, followed by the start of continuous recirculation at low speed.
  • the CO2 injection step continues by recording and counting the rate of renewal of the CO2 atmosphere in chamber 1, and finally reducing the CO2 injection rate to a set value while increasing the continuous CO2 recirculation regime until a nominal flow is obtained.
  • the drying process also comprises a step of recycling the CO2, allowing the recovery of the CO2 from the gaseous mixture of water vapor / CO2 extracted from the chamber (1) during drying.
  • the reheating step includes the following sub-steps:
  • the heating step according to the invention is carried out at atmospheric pressure, with a mass percentage of CO2 gas in the chamber to be between 95% and 100%.
  • drying step includes the following sub-steps:
  • the target humidity rate of the wood dried by the implementation of the process is less than or equal to 5%.
  • the invention also relates to a drying installation for the implementation of the drying process according to the invention.
  • FIG. 1 [23] [Fig 2] represents the heating system according to the invention in isolation
  • FIG. 3 shows an internal immersion heater module of the heating system according to the invention
  • FIG. 4 shows a single intake fan of the heating system according to the invention
  • FIG. 26 schematically represents the general steps of the drying process according to the invention.
  • FIG. 1 schematically represents the sub-steps allowing the preparation for the injection of C02 and the initiation of drying in accordance with the invention
  • FIG. 28 schematically represents the sub-steps for carrying out the heating step and terminating the heating in accordance with the invention.
  • FIG. 8 schematically represents the sub-steps allowing the end of the drying cycle as well as the stopping of the installation according to the invention.
  • FIG. 9 represents a particular hygrometric profile of the evolution of the humidity and the temperatures of the atmosphere of the drying chamber as a function of time according to the process according to the invention.
  • FIG 10 represents several particular hygrometric profiles of different species representing the evolution of the average humidity of the wood as a function of time and of the temperature of the atmosphere of the drying chamber according to the process in accordance with l 'invention.
  • the drying installation according to the invention comprises several functional groups including a heating chamber 1 comprising at least one drying tube in which the wood to be dried is introduces at least one heating system 2, at least one CO2 supply system 3, at least one atmosphere extraction system 4 allowing the extraction of the interior atmosphere from the drying chamber 1, several metrological measurement units 5, and finally a computer control system 6 equipped with an API application programming interface.
  • a heating chamber 1 comprising at least one drying tube in which the wood to be dried is introduces at least one heating system 2, at least one CO2 supply system 3, at least one atmosphere extraction system 4 allowing the extraction of the interior atmosphere from the drying chamber 1, several metrological measurement units 5, and finally a computer control system 6 equipped with an API application programming interface.
  • the installation has a drying chamber 1 composed of one or more hollow cylindrical drying tubes allowing the introduction of round wood to be dried.
  • This drying chamber 1 has an inlet 101, which is followed by a so-called “breathing” conduit comprising a non-return valve 101 followed by a breathing solenoid valve 101 b from chamber 1, which allows the injection of air from outside the installation in the drying chamber 1.
  • the drying chamber 1 further comprises an outlet 102 to an extraction system 4, controlled by an outlet solenoid valve 102a, also having a temperature probe 505 and allowing the extraction of the atmosphere present in the drying chamber 1.
  • a safety valve 103 disposed in the medial position of the drying chamber 1, and connected to the duct of the extraction system 4, allows the emergency evacuation of part of the atmosphere contained in the drying chamber 1 in the event of a critical pressure therein. In practice, the critical pressure at the valve can be 0.02 bar.
  • the drying chamber also includes metrology instruments 5, allowing the measurement of various physical characteristics.
  • the instruments included in the level of the drying chamber 1 are for example:
  • Each metrological measurement includes a target value or a group of target values to be observed, specific to each type of wood.
  • the drying chamber 1 comprises a closed tube of 2,000 liters insulated with internal atmospheric recirculation.
  • the reactor consists of:
  • roller railroad (not shown) composed of a series of ten rollers of 4 cm in diameter and 15 cm in length spaced every 70 cm and fixed by bolted plate;
  • the drying installation further comprises a heating system 2, equipped with a duct 204 comprising an inlet 201 for circulation of gas coming from the upstream part of the drying chamber 1, the duct 204 then bringing to a continuous recirculation system 203 or continuous recirculation fan comprising a sheath 203a, a turbine 203b, as well as an inlet 203c and an outlet 203d allowing the circulation of the gas mixture coming from chamber 1 in a direction F in the system of heating 2, then to a heater 205 or reheating cell, which evacuates the atmosphere thus heated towards an outlet 202 giving into the drying chamber 1.
  • the drying chamber 1 consists of a plurality of drying tubes, connected to a heating system 2 common to the drying tubes.
  • the drying chamber 1 consists of a plurality of drying tubes, connected to a plurality of heating systems 2.
  • the heater 205 is of the immersion heater type sold under the reference “electric heater 237537 with dip tube” by the company VULCANIC ⁇ with a power of 7 W and has an inlet 206 through which the gases to be heated enter the heater 205, an open cylindrical conduit 208 made of steel, into which an immersion heater 209 is inserted and fixed on one of the openings, and finally a second outlet opening 207 for the gases thus heated. Downstream of the conduit 208 before the outlet orifice 207 are arranged a thermostat 210 allowing the regulation of the temperature of the immersion heater 209 as well as a temperature measurement probe 211.
  • the heating system 2 comprises a spiral sheath circuit, made of galvanized sheet steel of approximately 8 m in length, supplying a reheating extraction box equipped with a fan 203 helical type with low pressure remote motor of 9.5 Nm 3 / min, as well as a thermostat 2 x 3.5 kW heater 205, the whole insulated by a glass wool envelope 20 cm thick.
  • the continuous recirculation fan 203 may be medium pressure centrifugal fan type and single suction with sheath 203b and turbine 203a of sheet steel, said fan having a blade 203a turbine inclined forward in galvanized sheet steel, the fan 203 is capable of withstanding a maximum temperature of the air to carry -20 Q C 250 Q C.
  • the drying installation also comprises a CO2 supply system 3, which comprises a source of anhydrous liquid CO2, constituted by a "CO2 supply center” 301 comprising two locations for standard shell types " Air-Liquide ", each containing 34 kg of liquid CO2 compressed to 50 bar, and the corresponding expansion device (s), i.e. CO2 gas expansion device consisting of a primary regulator (not shown) allowing the pressure to change from 70 bar to 3 bar (0.5 m 3 / h), a secondary regulator-regulator allowing the passage pressure from 3 bar to 0.3 bar (5 m 3 / h).
  • a CO2 supply system 3 which comprises a source of anhydrous liquid CO2, constituted by a "CO2 supply center” 301 comprising two locations for standard shell types " Air-Liquide ", each containing 34 kg of liquid CO2 compressed to 50 bar, and the corresponding expansion device (s), i.e. CO2 gas expansion device consisting of a primary regulator (not shown) allowing the pressure to change from 70 bar to
  • the supply system 3 then has a cut-off solenoid valve 304 preceded by an atmospheric CO2 counting device 302/303, the solenoid valve controlling the supply to a fixed atmospheric pipe 306, the counting device being it consists of a pressure gauge / thermometer 302 and volumeter / flow meter 303 assembly.
  • the supply pipe for the injected and decompressed CO2 then comprises a non-return valve and finally joins an atmospheric circulation pipe 306.
  • the CO2 supply system 3 then includes a gas circulation device 307 making it possible to draw air at room temperature towards the heating system 2.
  • the circulation device 307 comprises an air compressor 308 ejecting pressurized air towards a pipe dividing in two, and therefore the first division allows the circulation of compressed air towards a pressure reducer 309 which then allows the circulation of air at reduced pressure towards the solenoid valves 101 b and 102a, respectively present at the inlet 101 and outlet 102 of the drying chamber 1.
  • a second division of the pipe allows the circulation of the compressed air towards a pressure reducer 310 which reduces the pressure of the air injected towards a solenoid valve 311 allowing the control of the quantity of air introduced into the circuit, which then includes a non-return valve 312 and opening into the atmospheric circulation pipe 306 which joins the duct 204 of the heating system 2 upstream of the recirculator 203.
  • the atmospheric circulation pipe 306 directly joins at least one tube of the drying chamber 1.
  • the source of CO2 used is CO2 recycled directly from the recovery and purification of emissions by factory chimneys.
  • the drying installation also comprises a system 4 for extracting the atmosphere from the tubes of the drying chamber 1, which comprises a main duct 402 comprising an inlet 401 open to the outside, and allowing the creation of 'An air supply to an extractor 403, allowing forced ventilation of the duct 402 to the outlet 405.
  • the duct 402 has two junctions coming from the drying chamber 1, including the first junction with the ducting of the outlet 102 of the drying chamber 1, and the second junction with the pipe of the safety valve 103.
  • the extraction system 4 thus allows the evacuation of the atmosphere from the drying chamber 1.
  • the extraction system 4 of the drying installation also includes an outlet 104 located at the base of the chamber 1, the base having an inclination of 1%, having a drain solenoid valve 104a with a neck of swan, which allows the evacuation of water in liquid form during drying.
  • the drying installation also includes a computer control system 6 comprising an API application programming interface.
  • the application programming interface allows on the one hand, the management of the sending of the instructions to each of the components of the installation, and on the other hand to integrate the data received by the various metrological measurement instruments 5, in order adjust the instructions sent to the system components.
  • the drying installation according to the invention comprises a CO2 recycling system allowing the separation of water vapor and CO2 gas present in the atmosphere extracted from chamber 1 during drying, in order to be able to remove the water while recovering the CO2 in order to be stored, or to be directly reused in the installation.
  • a condensation recycling system is used, reducing the temperature of the binary gas vapor / CO2 gas mixture extracted from the drying chamber 1 up to a temperature t, allowing the condensation water from the mixture, which is then recovered by gravity in liquid form and eliminated.
  • the recycling system (not shown) allows the drying of the internal atmosphere extracted from the drying chamber 1 via an installation thermal condensation of water vapor by cooling, on a cold wall equipped with a heat exchanger.
  • the system therefore allows the recycling of the dehydrated atmosphere, which is made up either of pure CO2, or by dehydrated air.
  • the CO2 gas recovered by the recycling system (not shown) can be stored or directly reinjected in addition to the "C02 power supply unit".
  • the drying chamber 1 has a length of 5.5 m by 0.6 m radius, or an internal volume of 1555 liters
  • the recirculation system has '' a length of 9m by 0.16m radius, i.e. an internal volume of 170 liters
  • the log inserted in chamber 1 has a maximum length of 5m by 0.46m radius, i.e. a volume of 1415 liters.
  • the atmosphere of the drying chamber 1 in which the C02 and the extracted water will circulate has an average volume of 310 liters.
  • the logs are peeled and calibrated to the cylindrical gauge without forks or axial deformation.
  • the gauge of the logs may, without limitation, be of a maximum diameter of 45 centimeters and a maximum length of 5 meters.
  • the log is pushed in by pushing on a roller railroad and the semi-sealed door of the device (not shown) is closed and bolted;
  • the computer control system 6 performs the electrical tensioning tests and the operation of the following peripherals, but not limited to: piezoelectric load cells at the base of the cell 503a / 503b / 503c / 503d, solenoid valves for inlet 304 and outlet for C02 102a, fan-extractor for the CO2 continuous recirculation loop 203, fan-extractor for the atmospheric exhaust circuit CO2 403, room thermostat heating 210, resistance (s) of the heating cell 209 and the CO2 supply flow meter / volumeter 303; [59] According to a third step of starting S3 of the CO2 supply system 3 and putting 307 into circulation thereof, the drying installation is started;
  • a fifth heating step S5 of the drying chamber 1 the temperature of the CO2 atmosphere is increased according to a flow rate and a speed chosen with the real-time measurement of the temperature at different points in the chamber, l hygrometry, pressure, partial pressures of water and CO2, heating being done at atmospheric pressure;
  • a sixth heating termination step S6 the heating is stopped when the target maximum temperature of the atmosphere of the drying chamber 1, ie 140 ° C. for a drying time of 70 hours, is reached or when l 'humidity in the heart of the wood reaches a target value;
  • a seventh step S7 it is planned to shut down the heating system 2 as well as the termination of the records of the physical measurements measured during heating;
  • All the process steps after the S1 wood preparation step are controlled and performed via a succession of completely automated commands by the computer control system 6 including an API application programming interface.
  • the API executing a control program, it sends different instructions to each of the control components and receives the recording data from the metrological instruments 5 of the drying installation, which make it possible to adjust the control components in order to optimize drying in case of deviation from the set values.
  • the steps for starting the S3 supply systems 3 and circulating the CO2 307, and starting the continuous recirculation system S4 2 advantageously include sub-steps enabling the process according to the invention.
  • the minimum flow rate and defines as the flow rate allowing the recirculation system 203 to renew the entire atmosphere available in the drying chamber 1 in one minute, ie on average 310 liters.
  • the minimum flow rate is 300 liters per minute.
  • This step S31 is followed by a sub-step S32 consisting in starting the injection of CO2 by opening the solenoid valves 304 for supplying CO2 to the heating duct 204 until a saturation defined by a percentage of mass value of CO2 chosen in drying chamber 1.
  • a third sub-step S33 provision is made for starting the system for continuous recirculation of the gases present in the drying chamber 1 at low flow rate, that is to say at 300 L / min, said starting being triggered by setpoint of automatic start of the CO2 continuous recirculation fan .
  • the sub-step S33 is followed by a sub-step S34 of counting the renewal of the atmosphere C02 until the renewal rate reaches a set value, the cumulative volume calculated being automatically compared with a set value , and thus making it possible to keep a percentage by mass value of the CO2 in chamber 1 between 95% and 100%.
  • the drying process includes a limiting step S35, allowing the adjustment of the rate of renewal and calculated volume of CO2 by reducing the flow rate of supply to a given value by triggering a first opening reduction setpoint for the CO2 supply solenoid valves 304, the flow rate being monitored (monitored) during its reduction and automatically compared to a minimum setpoint value.
  • the continuous recirculation system 307 receives an automatic rise instruction at the nominal operating speed of the continuous CO2 recirculation fan, applying a nominal flow of 6000 L / min.
  • the nominal speed is defined as the speed of the recirculation system making it possible to obtain optimal recirculation of the gases from the drying chamber 1 before the start of the heating phase and thus allow direct and continuous recirculation of the CO2 once the heating has been initiated at a chosen rate.
  • the method described in accordance with the invention comprises a heating step S5 and heating termination S6 comprising a series of sub-steps allowing optimal drying of round wood.
  • a first heating phase S52 allows the average temperature of the drying chamber 1 to rise between the ambient temperature, ie for example 30 ° C. at a first set temperature 80 ° C. The temperature rise takes place over a period of 10 hours, with the heating cell operating at full power, ie 7 kW, the temperature increase gradient being for example 6 ° C per hour. It is a question during this first phase of removing free water from the mass of wood.
  • control system 6 initiates the automatic start of the 2 heating resistors of the immersion heater 209.
  • a second heating phase S53 begins when the average temperature of the room reaches 80 ° C. This allows the increase in the average temperature of the room up to a second setpoint of 140 ° C., this second heating phase being carried out with an operation of the heater 205 at reduced power, ie 3.5 kW, for a period of 60 hours, the temperature increase being carried out for example at a speed of 1 ° C per hour, this in order to regulate the drying in itself more finely, the structural integrity of the wood to be dried as well as the drying environment in drying chamber 1. During this second phase, the bound water is removed from the mass of wood. [80] The second heating phase ends when the temperature reaches 140 ° C, or when the target moisture content of the dried wood is less than or equal to 5%.
  • the maximum heating temperature chosen ie 140 ° C, allows optimal drying efficiency by CO2 / H2O substitution, while greatly limiting any attack on the structural integrity of the wood to be dried.
  • the first phase bringing the average temperature of the drying chamber 1 containing C02 to 80 ° C allows the free water to be extracted from the wood to be dried
  • the second phase from 80 ° C to 140 ° C extracts the bound water from the wood to be dried.
  • the drying profile is specific for each type of wood, each type of wood therefore having a hygrometric evolution curve in the heart of the wood as a function of the drying time which is specific to it and of the sequencing of the increase. of the associated specific temperature, which dictate the temperature increase profile to be applied during the two heating phases, and serves as a basis for comparison with the metrological measurements recorded so that the retro control system 6 adjusts these same measurements to set values, this in order to obtain an optimal and industrial drying of the load of wood.
  • the thermostat 210 of the heater 205 as well as the systems for recording metrological measurements in real time, allow the power of the heater 205 to be adjusted by the feedback effect of the thermostat 210 on the heater 205 thus as the modulation of C02 circulation systems.
  • the temperature gradients of the first phase 901 and the second phase 902 of drying are modulated by the system of piloting 6, so as to control the evolution of hygrometry in the heartwood of the piece of wood being dried.
  • the humidity being variable in the wood to be dried are monitored by metrological measurements: the average humidity 904, the minimum humidity 905, and the maximum humidity 903 for example.
  • the readjustments made by the control system 6 are obtained by modification of the operation of the heater 205, of the continuous recirculation system 203, or of the drain solenoid valve 104a. These readjustments allow on the one hand the maintenance of a maximum temperature delta of 20 ° C between the temperature recorded in the heart of the wood and the temperature of the atmosphere of the drying chamber 1, and on the other hand, adapt the drying of a wood species to a specific profile.
  • the second heating phase allows optimization of the substitution of CO2 for H2O linked to the cellulose of the wood to be dried.
  • This CO2 / H2O substitution guarantees the "structural" molecular integrity of "cellulose lamination", and thus of the dried wood.
  • a fine and precise multi-parameter control of the drying environment, the temperature of the wood and the drying chamber 1 is therefore necessary.
  • the metrological measurements recorded in real time, during the sub-step S54 can be as follows:
  • the average temperature of the atmosphere of the drying chamber 1 is compared with the temperature at the heart of the wood as a set value, under control of compliance with the specific drying profile of the wood to be dried at to apply, applying a monitoring of the hygrometric evolution curve to the heart of the wood as a function of the drying time and its particular sequencing of increase in the temperature of the atmosphere of the drying chamber 1.
  • This evolution curve generally follows the 1 / x function.
  • the temperature increase is temporarily suspended until the return to a maximum temperature differential of 20 ° c between the temperature in the heart of the wood and the temperature of the atmosphere of the drying chamber on the one hand, and on the other hand, recover acceptable values with respect to the specific drying profile of the wood to be dried;
  • control system 6 sets up a feedback in order to adjust the value of the metrological measurement in order to return to a satisfactory normal set value dictated by the specific profile of each type of wood to be dried.
  • the drying is carried out, at least for the second phase, with a mass percentage of CO2 gas in the drying chamber 1 of between 95% and 100%. Once the average temperature of the drying chamber 1 reaches the maximum temperature of 140 ° C or that the humidity of the wood at the heartwood conforms to the target setpoint, for example but not limited to 5%.
  • the heating system 2 is stopped according to a last sub-step S55, which includes stopping the resistances of the heater 205, the solenoid valves 304 and CO2 evacuation 102a are controlled via a succession of system commands. pilot 6 in order to control and control the decrease in the temperature of the drying chamber 1.
  • the average temperature of the drying chamber 1 being defined as the average between the temperature in the drying tube and the temperature at the outlet of the chamber 102.
  • the control system 6 then initiates the setting step '' S7 shutdown, with a sub-step S71 of reducing the average temperature of the wood to a first setpoint of 60 ° C, the system causes the continuous recirculation system 203 of CO2 to stop, by automatic reduction of the speed its own internal ventilation system up to a low speed, for example allowing the obtaining of a flow rate of 300L / min. From 60 ° C, the CO2 supply 3 is stopped S72 by closing the solenoid valve CO2 inlet 304 and opening of the vent orifice (not shown) allowing the admission of outside air into the drying chamber.
  • the computer control system 6 causes a shutdown of the internal recirculation system 2 of C02, by automatic reduction of the fan speed of the recycling system until it comes to a complete stop.
  • control system 6 then proceeds to the revving of the atmospheric evacuation extractor 403 to a nominal flow rate, that is to say 6000L / min, and allowing the complete extraction S74 of the atmosphere from the drying chamber 1.
  • the nominal flow rate is 1000L / min.
  • the product thus obtained is therefore a round, whole or planked wood, defined by a target humidity rate of less than 5% at the heartwood level.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de séchage thermique de bois mis en œuvre par une installation de séchage comprenant : - une chambre de séchage (1); - des moyens d'alimentation en CO2 (3) à pression et température choisies; - des moyens circulateurs (307, 203) pour forcer la circulation du fluide gazeux; - des moyens de chauffage (2) pour réchauffer le fluide gazeux caloporteur; - des moyens extracteurs (4) permettant l'extraction de l'atmosphère à l'intérieur de la chambre de séchage 1; - des moyens de métrologie (5) pour mesurer les variations de mesures physiques de l'installation de séchage lors du chauffage; et - des moyens de commande (6) pour piloter les moyens mis en œuvre selon des programmes, appropriés en fonction de la qualité du bois séché recherché, et des moyens de traitement pour réajuster les paramètres de fonctionnement.

Description

Description
Titre de l'invention : [Procédé de séchage thermique du bois sous atmosphère CO2, installation de séchage pour la mise en œuvre dudit procédé et produit obtenu]
[1 ] [La présente invention concerne un procédé de séchage thermique de bois sous atmosphère CO2, en particulier mais non limitativement pour le séchage industriel du bois d’œuvre, bois rond et/ou en grumes. Elle concerne également une installation pour la mise en œuvre dudit procédé de séchage et le produit obtenu.
[2] On entend ici par « bois d'œuvre, bois rond et bois en grumes » le 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.
[3] Bien que différentes solutions pour le séchage du bois d’œuvre, bois rond et/ou en grumes existent, les solutions connues ne permettent que rarement une application industrielle associée à un bilan énergétique faible. En effet, les solutions connues sont généralement utilisées à petite échelle, en raison du problème de consommer un minimum d’énergie tout en obtenant un bois comportant un pourcentage d’eau faible.
[4] Un autre inconvénient des solutions existantes est la durée du procédé de séchage, qui représente souvent une durée importante de plusieurs jours, facteur limitant une utilisation efficace pour un usage industriel.
[5] De plus, 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 cœur d'une masse de bois, tout en obtenant une humidité résiduelle faible du bois séché et en garantissant l’intégrité de la structure interne du bois pendant et après le séchage.
[6] Enfin, les procédés de séchage actuels sont généralement mis en œuvre pour du bois conformé en planches, ou préalablement réduit, ceci impliquant un transport du bois, ainsi qu’une transformation lourde avant séchage.
[7] La présente invention remédie à ces inconvénients. [8] Elle porte sur un procédé de séchage thermique de bois mis en œuvre à l’aide d’une installation de séchage comprenant au moins une chambre de séchage.
[9] Selon une définition générale de l’invention, le procédé de séchage comprend les étapes suivantes :
- injecter à l’intérieur de la chambre de séchage (un gaz caloporteur comprenant du CO2 à pression et température choisies;
- forcer la circulation du gaz caloporteur à travers la chambre de séchage ;
- réchauffer le gaz caloporteur circulant dans la chambre de séchage selon une première phase amenant la température moyenne de la chambre de séchage depuis la température ambiante jusqu’à 80°C selon un gradient de température choisi afin d’extraire l’eau libre du bois, puis une seconde phase depuis 80°C jusqu’à 140°C en fonction du profil de séchage spécifique du bois à sécher, lequel comprenant un profil d’augmentation de température spécifique et permettant d’extraire l’eau liée spécifique du bois à sécher;
- extraire hors de la chambre de séchage le mélange gazeux binaire comprenant du CO2 et de l’eau sous forme de vapeur à température élevée et évacuer, l’eau ainsi extraite de la charge de bois hors de la chambre ;
- piloter les étapes d’injection, de circulation, de réchauffage, et d’évacuation selon des programmes, valeurs consignes et des durées de séchage appropriés selon la courbe spécifique d’évolution hygrométrique au cœur du bois en fonction du temps de séchage et des séquençages de l’augmentation de la température propres au type de bois à sécher; et
- collecter l’ensemble des données formées par les variations de mesures physiques métrologiques, les comparer aux valeurs consignes dictés par le profil spécifique du bois à sécher, et réajuster le fonctionnement de l’installation de séchage en cas d’écart avec les valeurs consignes.
[10] Ainsi, le procédé de séchage permet d’obtenir un séchage rapide du bois, lequel est aussi énergétiquement moins demandeur, et permet d’obtenir un taux d’humidité du bois ainsi séché inférieur à 5 % d’humidité tout en permettant une adaptabilité à tout type de bois grâce aux étapes de surveillance, de contrôle et de rétro ajustement. [1 1 ] Le procédé de séchage utilise une génération de flux gazeux caloporteur de C02 injecté dans la chambre de séchage de la charge de bois à pression atmosphérique, suivi d’un chauffage en boucle fermée en deux temps et graduel jusqu’à une valeur cible, avec un système de surveillance de nombreuses mesures physiques parmi lesquelles l’enregistrement de la pression, l’hygrométrie, la température, la masse de la chambre de séchage en différents points et reliés à une boucle de rétroaction permettant l’ajustement du fonctionnement de l’installation pour obtenir les conditions optimales de séchage du bois.
[12] Un tel procédé de séchage a l’avantage d’être court sur le plan temporel, reproductible à grande échelle pour son usage industriel, énergétiquement efficient et permet d’obtenir un pourcentage en eau du bois séché inférieur ou égal à 5%, à température modérée.
[13] Le type de bois adapté au procédé et son dispositif de mise en œuvre appartient au groupe formé par les bois ronds, grumes, bois d’œuvre, et bois conformé en planches.
[14] Le procédé conforme à l’invention comporte une étape d’injection de CO2, laquelle consiste en l’extraction de l’air atmosphérique de la chambre de séchage 1 , l’injection de CO2 à débit choisi, suivi du démarrage de recirculation continue à bas régime. L’étape d’injection de CO2 se poursuit par l’enregistrement et le comptage du taux de renouvellement de l’atmosphère CO2 dans la chambre 1 , et enfin réduire le débit d’injection de CO2 jusqu’à une valeur consigne tout en montant le régime recirculation continue du CO2 jusqu’à l’obtention d’un débit nominal.
[15] Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, le procédé de séchage comprend aussi une étape de recyclage du CO2, permettant la récupération du CO2 à partir du mélange gazeux vapeur d’eau/ CO2 extrait de la chambre (1 ) lors du séchage.
[16] En pratique, l’étape de réchauffage comprend les sous étapes suivantes :
- démarrer le programme thermostatique de commande de chauffe ; - augmenter la température du tube de séchage de la température ambiante à 80°C pendant 10 heures (6°C/h) ;
- augmenter la température du tube de séchage de 80°C à 140° pendant 60 heures (1 °C/h) ;
- vérifier la pression interne, la pression partielle en eau et CO2, la température de la charge de bois au niveau de son aubier et son duramen, la température de l’atmosphère dans la chambre de séchage , la masse du tube de la chambre de séchage, l’hygrométrie, le débit et volume de CO2, et le taux de renouvellement de l’atmosphère CO2 en tout temps du chauffage et moduler le paramètre adéquat pour maintenir des valeurs consignes ; et
- arrêter le chauffage lorsque IThygrométrie du bois a atteint une valeur cible ou que la température moyenne de la chambre de séchage atteint 140°C.
[17] L’étape de chauffage conforme à l’invention est réalisée à pression atmosphérique, avec un pourcentage massique de CO2 gazeux dans la chambre devant être compris entre 95% et 100%.
[18] En pratique l’étape de séchage comporte les sous-étapes suivantes :
- diminuer la température de la chambre
- arrêter l’alimentation en CO2 lorsque la température du bois est inférieure à 60°C ;
- arrêter le système de recirculation continue du CO2 ;
- extraire complètement l’atmosphère interne de la chambre de séchage (1 ) ;
- arrêter les enregistrements de mesures physiques de l’installation ; et
- arrêter et mettre en veille
[19] A titre d’exemple non limitatif, le taux d’humidité cible du bois séché par la mise en œuvre du procédé est inférieur ou égal à 5%.
[20] L’invention a également pour objet une installation de séchage pour la mise en œuvre du procédé de séchage conforme à l’invention.
[21 ] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description et des dessins dans lesquels : [22] [Fig 1] représente schématiquement une installation de séchage de bois conforme à l’invention ;
[23] [Fig 2] représente isolément le système de chauffage conforme à l’invention ;
[24] [Fig 3] représente un module thermoplongeur interne du système de chauffage conforme à l’invention ;
[25] [Fig 4] représente un ventilateur à simple aspiration du système de chauffage conforme à l’invention ;
[26] [Fig 5] représente schématiquement les étapes générales du procédé de séchage conforme à l’invention ;
[27] [Fig 6] représente schématiquement les sous-étapes permettant la préparation à l’injection du C02 et l’initialisation du séchage conforme à l’invention ;
[28] [Fig 7] représente schématiquement les sous-étapes permettant de procéder à l’étape de chauffage et de terminaison du chauffage conformément à l’invention ; et
[29] [Fig 8] représente schématiquement les sous-étapes permettant la fin du cycle de séchage ainsi que l’arrêt de l’installation conforme à l’invention.
[30] [Fig 9] représente un profil hygrométrique particulier de l’évolution de l’humidité et des températures de l’atmosphère de la chambre de séchage en fonction du temps selon le procédé conforme à l’invention.
[31 ] [Fig 10] représente plusieurs profils hygrométriques particuliers d’essences différentes représentant l’évolution de l’humidité moyenne du bois en fonction du temps et de la température de l’atmosphère de la chambre de séchage selon le procédé conforme à l’invention.
[32] En référence aux figures 1 , 2 ,3 et 4, l’installation de séchage conforme à l’invention comprend plusieurs groupements fonctionnels parmi lesquels une chambre de chauffage 1 comportant au moins un tube de séchage dans laquelle le bois à sécher est introduit, au moins un système de chauffage 2 , au moins un système d’alimentation en CO2 3, au moins un système d’extraction d’atmosphère 4 permettant l’extraction de l’atmosphère intérieure de la chambre de séchage 1 , plusieurs unités de mesure métrologiques 5, et enfin un système informatique de pilotage 6 équipé d’une interface de programmation applicative API.
[33] Selon un mode de réalisation, l’installation possède une chambre de séchage 1 composée d’un ou plusieurs tubes de séchage cylindrique creux permettant l’introduction du bois rond à sécher. Cette chambre de séchage 1 comporte une entrée 101 , laquelle est suivie d’un conduit dit de « respiration » comportant un clapet anti-retour 101 a suivi d’une électrovanne de respiration 101 b de la chambre 1 , lequel permet l’injection d’air venant de l’extérieur de l’installation dans la chambre de séchage 1.
[34] La chambre de séchage 1 comprend en outre une sortie 102 vers un système d’extraction 4, contrôlée par une électrovanne de sortie 102a, disposant aussi d’une sonde de température 505 et permettant l’extraction de l’atmosphère présente dans la chambre de séchage 1. Une soupape de sécurité 103 disposée en position médiale de la chambre de séchage 1 , et reliée au conduit du système d’extraction 4, permet l’évacuation d’urgence d’une partie de l’atmosphère contenue dans la chambre de séchage 1 en cas de pression critique dans celle-ci. En pratique, la pression critique au niveau de la soupape peut être de 0.02 bar.
[35] Enfin, la chambre de séchage comprend aussi des instruments de métrologie 5, permettant la mesure de diverses caractéristiques physiques. Les instruments compris au niveau de la chambre de séchage 1 sont par exemple :
- quatre pesons individualisés 503a/503b/ 503c/ 503d, répartis sous la chambre et permettant le suivi de la masse du tube de séchage, et ainsi connaître la masse de la charge de bois en cours de séchage, indiquant l’état d’avancement du séchage ;
- six transmetteurs de température individualisés et placés sur le bois, dont trois disposés au centre de la grume 501 a/501 b/501 c ainsi que trois placés à la périphérie de celle-ci 502a/502b/502c, permettant donc le suivi précis en temps réel de la température en plusieurs points de la chambre 1 , ainsi que dans la charge de bois, afin d’éviter d’endommager la grume lors du séchage et optimiser le séchage par régulation fine ; - trois ensembles hygromètre/thermomètre individualisés disposés en amont 504a, au centre 504b, et en aval 504c dans la chambre de séchage 1 ;
- un ensemble transmetteur de pression 506a et manomètre 506b permettant l’enregistrement de la pression à l’intérieur de la chambre de séchage 1.
[36] Chaque mesure métrologique comporte une valeur consigne ou un groupe de valeurs consignes à respecter, spécifique à chaque type de bois.
[37] A titre d’exemple non limitatif, la chambre de séchage 1 comporte un tube fermé de 2.000 litres calorifugé avec recirculation atmosphérique interne. Par exemple, le réacteur est constitué par :
- un tube d’acier de 5,5 mètres de longueur, fermé par deux plaques en acier (non représentées) de 700 mm de diamètre et 3 mm d’épaisseur, l’une boulonnée sur brides comportant 1 piquage de visite fermé par un plaque acier de 220 mm de diamètre boulonnée sur bride, et l’autre équipée en porte articulée boulonnée sur bride sur gougeons articulés, comportant un piquage de visite, et enfin fermé par un robinet/vanne ;
- un chemin de fer à rouleau (non représenté) composé d’une série de dix rouleaux de 4 cm de diamètre et de 15 cm de longueur espacés tous les 70 cm et fixés par plaque boulonnée ; et
- une extrémité filetée fermée par boulon-capuchon, pour la mise en place des capteurs, aux extrémités et au centre, fixé sur l’axe de la génératrice supérieure de la chambre.
[38] L’installation de séchage comprend en outre un système de chauffage 2, équipé d’un conduit 204 comprenant une entrée 201 de circulation de gaz en provenance de la partie en amont de la chambre de séchage 1 , le conduit 204 amenant ensuite à un système de recirculation continue 203 ou ventilateur de recirculation continue comportant une gaine 203a, une turbine 203b, ainsi qu’une entrée 203c et une sortie 203d permettant la circulation du mélange gazeux issu de la chambre 1 selon un sens F dans le système de chauffage 2, puis à un réchauffeur 205 ou cellule de réchauffage, lequel évacue l’atmosphère ainsi chauffée vers une sortie 202 donnant dans la chambre de séchage 1. [39] Selon un premier mode de réalisation alternatif, la chambre de séchage 1 est constituée d’une pluralité de tubes de séchage, connectés à un système de chauffage 2 commun aux tubes de séchage.
[40] Selon un second mode de réalisation alternatif, la chambre de séchage 1 est constituée d’une pluralité de tubes de séchage, connectés à une pluralité de systèmes de chauffage 2.
[41 ] En pratique, le réchauffeur 205 est de type thermoplongeur vendu sous la référence « réchauffeur électrique 237537 à tube plongeur » par la société VULCANIC© d’une puissance de 7 W et comporte une entrée 206 par laquelle les gaz à chauffer entrent dans le réchauffeur 205, un conduit 208 cylindrique ouvert en acier, dans lequel un thermoplongeur 209 est inséré et fixé sur l’une des ouvertures, et enfin une seconde ouverture de sortie 207 des gaz ainsi chauffés. En aval du conduit 208 avant l’orifice de sortie 207 sont disposés un thermostat 210 permettant la régulation de la température du thermoplongeur 209 ainsi qu’une sonde de mesure de la température 211.
[42] A titre d’exemple non limitatif, le système de chauffage 2 comporte un circuit en gaine spiralée, en tôle d’acier galvanisé d’environ 8 m de longueur, alimentant une caisse d’extraction réchauffage équipé d’un ventilateur 203 de type hélicoïde à moteur déporté basse pression de 9,5 Nm3/mn, ainsi qu’un réchauffeur 205 de 2 x 3,5 kW thermostaté, l’ensemble calorifugé par une enveloppe de laine de verre de 20 cm d’épaisseur.
[43] En pratique, le ventilateur de recirculation continue 203 peut être de type ventilateur centrifuge moyenne pression et à simple aspiration avec gaine 203b et turbine 203a en tôle d'acier, ledit ventilateur comportant une turbine 203a à aubes inclinées vers l'avant en tôle d'acier galvanisé, le ventilateur 203 étant capable de supporter une température maximale de l'air à transporter de -20QC à 250QC.
[44] L’installation de séchage comporte en outre un système d’alimentation 3 en CO2, lequel comporte une source de CO2 liquide anhydre, constituée 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 comprimé à 50 bar, et le(s) dispositif(s) de détente correspondants, soit un dispositif de détente du CO2 gazeux constitué d’un détendeur primaire (non représenté) permettant le passage de la pression de 70 bar à 3 bar (0,5 m3/h), d’un détendeur-régulateur de débit secondaire permettant le passage de la pression de 3 bar à 0,3 bar (5 m3/h). Le système d’alimentation 3 dispose ensuite d’une électrovanne 304 de coupure précédée d’un dispositif de comptage 302/303 atmosphérique du CO2, l’électrovanne contrôlant l’alimentation vers une canalisation atmosphérique 306 fixe, le dispositif de comptage étant quant à lui constitué d’un ensemble manomètre/thermomètre 302 et volumètre/débitmètre 303. Le conduit d’alimentation du CO2 injecté et décomprimé comporte ensuite un clapet anti-retour et rejoint enfin une canalisation de mise en circulation atmosphérique 306.
[45] Le système d’alimentation 3 en CO2 comporte ensuite un dispositif de mise en circulation 307 du gaz permettant de puiser de l’air à température ambiante vers le système de chauffage 2. Le dispositif de circulation 307 comprend un compresseur d’air 308 éjectant de l’air sous pression vers une canalisation se divisant en deux, et donc la première division permet la circulation de l’air comprimé vers un détendeur 309 lequel permet ensuite la circulation d’air à pression réduite vers les électrovannes 101 b et 102a, respectivement présentes à l’entrée 101 et sortie 102 de la chambre de séchage 1. Une seconde division de la canalisation permet la circulation de l’air comprimé vers un détendeur 310 lequel réduit la pression de l’air injecté vers une électrovanne 311 permettant le contrôle de la quantité d’air introduit dans le circuit, lequel comporte ensuite un clapet anti retour 312 et débouchant dans la canalisation de mise en circulation atmosphérique 306 laquelle rejoint le conduit 204 du système de chauffage 2 en amont du recirculateur 203.
[46] Selon un mode alternatif de réalisation de l’invention, la canalisation de mise en circulation atmosphérique 306 rejoint directement au moins un tube de la chambre de séchage 1.
[47] Selon un autre mode de réalisation alternatif, la source de CO2 utilisée est du CO2 recyclé directement à partir de la récupération et de l’épuration d’émissions par des cheminées d’usine. [48] L’installation de séchage comprend également un système d’extraction 4 de l’atmosphère des tubes de la chambre de séchage 1 , lequel comprend un conduit principal 402 comportant une entrée 401 ouverte sur l’extérieur, et permettant la création d’une arrivée d’air vers un extracteur 403, permettant la ventilation forcée du conduit 402 jusqu’à la sortie 405. Le conduit 402 comporte deux jonctions en provenance de la chambre de séchage 1 , dont la première jonction avec la canalisation de la sortie 102 de la chambre de séchage 1 , et la seconde jonction avec la canalisation de la soupape de sécurité 103. Le système d’extraction 4 permet ainsi l’évacuation de l’atmosphère de la chambre de séchage 1.
[49] Le système d’extraction 4 de l’installation de séchage comporte aussi une sortie 104 situé à la base de la chambre 1 , la base ayant une inclinaison de 1 %, disposant d’une électrovanne de vidange 104a avec un col de cygne, laquelle permet l’évacuation de l’eau sous forme liquide lors du séchage.
[50] L’installation de séchage intègre en outre un système 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 à chacun des composants de l’installation, et d’autre part d’intégrer les données reçues par les différents instruments de mesure métrologique 5, afin d’ajuster les consignes envoyées aux composants de l’installation.
[51 ] Selon un mode de réalisation particulier, l’installation de séchage conforme à l’invention comprend un système de recyclage du CO2 permettant la séparation de la vapeur d’eau et du CO2 gazeux présent dans l’atmosphère extraite de la chambre 1 durant le séchage, afin de pouvoir éliminer l’eau tout en récupérant le CO2 afin d’être stocké, ou être directement réutilisé dans l’installation.
[52] A titre d’exemple non limitatif, est utilisé un système de recyclage à condensation, diminuant la température du mélange gazeux binaire vapeur d’eau/ CO2 extrait de la chambre de séchage 1 jusqu’à une température t, permettant la condensation de l’eau du mélange, laquelle est ensuite récupérée par gravité sous forme liquide et éliminée.
[53] Par exemple, le système de recyclage (non représenté) permet la dessiccation de l'atmosphère interne extraite de la chambre de séchage 1 via une installation de condensation thermique de la vapeur d’eau par refroidissement, sur paroi froide équipée d’un échangeur de chaleur. Le système permet donc le recyclage de l'atmosphère déshydratée, laquelle est constituée soit de CO2 pur, soit par de l'air déshydraté.
[54] Le gaz CO2 récupéré par le système de recyclage (non représenté) peut être stocké ou directement être réinjecté en complément du "Bloc alimentation C02”.
[55] Selon un mode de réalisation particulier conforme à l’invention, la chambre de séchage 1 dispose d’une longueur de 5,5m par 0,6 m de rayon, soit un volume interne de 1555 litres, le système recirculation dispose d’une longueur de 9m par 0,16 m de rayon, soit un volume interne de 170 litres, et la grume insérée dans la chambre 1 dispose d’une longueur maximale de 5m par 0,46 m de rayon, soit un volume de 1415 litres. L’atmosphère de la chambre de séchage 1 dans lequel circulera le C02 ainsi que l’eau extraite dispose d’un volume moyen de 310 litres.
[56] En référence aux figures 4 à 9, l’installation de séchage ainsi décrite en référence aux figures 1 , 2 et 3 met en œuvre un procédé de séchage comportant une succession d’étapes selon la séquence suivante :
[57] Selon une première étape de préparation du bois ou grume à sécher S1 , les grumes sont écorcées et calibrées au gabarit cylindrique sans fourches ni déformation axiale. Le gabarit des grumes peut non limitativement être d’un diamètre maximal de 45 centimètres et de longueur maximale de 5 mètres. La grume est enfournée par poussage sur un chemin de fer à rouleaux et la porte semi étanche du dispositif (non représentés) est refermée et boulonnée ;
[58] Selon une seconde étape d’initialisation S2 de l’installation de séchage, le système de pilotage informatique 6 effectue les tests de mise en tension électrique et de fonctionnement des périphériques suivants mais non limitativement : pesons piézo-électriques de pied de cellule 503a/503b/503c/503d, électrovannes d’admission 304 et d’évacuation du C02 102a, ventilateur-extracteur de la boucle de recirculation continue CO2 203, ventilateur-extracteur du circuit d’évacuation atmosphérique CO2 403, thermostat de la cellule de chauffage 210, résistance(s) de la cellule de chauffage 209 et le débitmètre/volumètre d’alimentation en CO2 303 ; [59] Selon une troisième étape de démarrage S3 du système d’alimentation 3 en CO2 et de mise en circulation 307 de celui-ci, l’installation de séchage est mise en route ;
[60] Selon une quatrième étape d’initialisation du système de recirculation continue du CO2 S4, la consommation en CO2 du procédé est réduite ;
[61 ] Selon une cinquième étape de chauffage S5 de la chambre de séchage 1 , la température de l’atmosphère CO2 est augmentée selon un débit et une vitesse choisie avec la mesure en temps réel de la température en différents points de la chambre, l’hygrométrie, la pression, les pressions partielles en eau et CO2, le chauffage se faisant à pression atmosphérique ;
[62] Selon une sixième étape de terminaison de chauffage S6, le chauffage est arrêté lorsque la température maximale cible de l’atmosphère de la chambre de séchage 1 , soit 140°C pour un temps de séchage de 70 heures est atteinte ou que l’hygrométrie au cœur du bois atteint une valeur cible ;
[63] Selon une septième étape S7, il est prévu de mettre à l’arrêt le système de chauffage 2 ainsi que la terminaison des enregistrements des mesures physiques mesurées lors du chauffage ;
[64] Selon une dernière étape S8, le bois ainsi séché est extrait du tube de la chambre de séchage 1.
[65] Toutes les étapes du procédé après l’étape de préparation du bois S1 , sont pilotées et effectuées via une succession de commandes complètement automatisées par le système de pilotage informatique 6 comprenant une interface de programmation applicative API. L’API exécutant un programme de commande, elle envoie différentes consignes à chacun des composants de contrôle et reçoit les données d’enregistrement des instruments métrologiques 5 de l’installation de séchage, lesquelles permettent d’ajuster les composants de contrôle afin d’optimiser le séchage en cas d’écart avec les valeurs consignes.
[66] Les étapes de démarrage des systèmes S3 d’alimentation 3 et de mise en circulation du CO2 307, et de démarrage du système S4 de recirculation continue 2 comportent avantageusement des sous-étapes permettant de mettre en œuvre le procédé conforme à l’invention. [67] Selon la première sous étape S31 , il est prévu le démarrage de l’extracteur 403 d’évacuation atmosphérique CO2, permettant ainsi l’extraction de l’air atmosphérique de la chambre de séchage 1 à débit minimal.
[68] Le débit minimal et définit comme le débit permettant au système de recirculation 203 de renouveler la totalité de l’atmosphère disponible dans la chambre de séchage 1 en une minute, soit en moyenne 310 Litres.
[69] A titre d’exemple, le débit minimal est de 300 litres par minute.
[70] Cette étape S31 est suivie par une sous étape S32 consistant au démarrage de l’injection de CO2 par ouverture des électrovannes 304 d’alimentation CO2 vers le conduit de chauffage 204 jusqu’à obtention d’une saturation définie par un pourcentage de valeur massique en CO2 choisi dans la chambre de séchage 1 .
[71 ] Selon une troisième sous-étape S33, il est prévu le démarrage du système de recirculation continue des gaz présents dans la chambre de séchage 1 à bas débit, soit par exemple à 300 L/min, ledit démarrage étant déclenché par consigne de démarrage automatique du ventilateur de recirculation continue CO2.
[72] La sous-étape S33 est suivie d’une sous étape S34 de comptage du renouvellement d’atmosphère C02 jusqu’à ce que le taux de renouvellement atteigne une valeur de consigne, le volume cumulé calculé étant automatiquement comparé à 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’atmosphère CO2, le procédé de séchage comporte une sous étape de limitation S35, permettant l’ajustement du taux de renouvellement et de volume calculé de CO2 grâce à la réduction du débit d’alimentation à une valeur donnée par déclenchement d’une première consigne de réduction d’ouverture des électrovannes 304 d’alimentation CO2, le débit étant surveillé (monitoré) durant sa réduction et comparé automatiquement à une valeur minimale de consigne.
[74] Selon une sous-étape S36 précédent l’étape de chauffage S5, le système de recirculation continue 307 reçoit une consigne de montée automatique au régime nominal d’utilisation du ventilateur de recirculation continue du CO2, appliquant un débit nominal de 6000 L/min. Le régime nominal est défini comme le régime du système de recirculation permettant d’obtenir une recirculation optimale des gaz de la chambre de séchage 1 avant le début de la phase de chauffage et ainsi permettre la recirculation directe et continue du CO2 une fois le chauffage initié à débit choisi.
[75] Une fois les systèmes de métrologie 5, d’alimentation en CO2 3 et de recirculation continue opérationnels, le procédé décrit conforme à l’invention comporte une étape de chauffage S5 et de terminaison de chauffage S6 comportant une série de sous-étapes permettant un séchage optimal du bois rond.
[76] Selon la première sous-étape S51 , il est prévu le démarrage du programme thermostatique de commande de la chauffe lequel est séparé en deux phases de chauffage successives.
[77] Une première phase de chauffage S52, permet la montée de la température moyenne de la chambre de séchage 1 entre la température ambiante, soit par exemple 30°C à une première température consigne 80°C. La montée de température se déroule sur un délai de 10 heures, avec un fonctionnement de la cellule de chauffage à pleine puissance, soit 7 kW, le gradient d’augmentation de température étant par exemple de 6°C par heure. Il s’agit durant cette première phase d’éliminer l’eau libre de la masse de bois.
[78] Selon un mode de réalisation conforme à l’invention, le système de pilotage 6 initie le démarrage automatique des 2 résistances de chauffage du thermoplongeur 209.
[79] Une seconde phase de chauffage S53 commence lorsque la température moyenne de la chambre atteint 80°C. Celle-ci permet l’augmentation de la température moyenne de la chambre jusqu’à une seconde valeur consigne de 140°C, cette seconde phase de chauffage s’effectuant avec un fonctionnement du réchauffeur 205 à puissance réduite, soit 3,5 kW, pour une durée de 60 heures, l’augmentation de la température s’effectuant par exemple à une vitesse de 1 °C par heure, ceci afin de réguler plus finement le séchage en lui-même, l’intégrité structurelle du bois à sécher ainsi que l’environnement de séchage dans la chambre de séchage 1. Il s’agit durant cette seconde phase d’éliminer l’eau liée de la masse de bois. [80] La seconde phase de chauffage prend fin lorsque la température atteint 140°C, ou que le taux d’humidité cible du bois séché est inférieur ou égal à 5%.
[81 ] La température de chauffage maximale choisie, soit 140°C, permet une efficacité optimale de séchage par substitution CO2/H2O, tout en limitant fortement toute atteinte à l’intégrité structurelle du bois à sécher.
[82] En pratique la première phase amenant la température moyenne de la chambre de séchage 1 contenant du C02 jusqu’à 80°C permet d’extraire l’eau libre du bois à sécher, la seconde phase depuis 80°C jusqu’à 140°C permet d’extraire l’eau liée du bois à sécher.
[83] Au-dessus de 140°C, le Demandeur a observé qu’une modification des composés macromoléculaires du bois s’opère (conformément à la littérature sur le sujet), avec une dégradation des hémicelluloses, une réticulation des lignines ainsi qu’une modification de la structure cristalline de la cellulose, justifiant ainsi que le chauffage selon le procédé conforme à l’invention dispose d’une température maximale de 140°C.
[84] Le profil de séchage est spécifique pour chaque type de bois, chaque type de bois disposant donc d’une courbe d’évolution hygrométrique au cœur du bois en fonction du temps de séchage qui lui est propre et des séquençages de l’augmentation de la température associées spécifiques , lesquels dictent le profil d’augmentation de température à appliquer lors des deux phases de chauffage, et sert de base de comparaison aux mesures métrologiques enregistrées de manière à ce que le système de pilotage 6 rétro ajuste ces mêmes mesures à des valeurs consignes, ceci afin d’obtenir un séchage optimal et de manière industrielle de la charge de bois. Durant chacune des deux phases de chauffage, le thermostat 210 du réchauffeur 205 ainsi que les systèmes d’enregistrement de mesures métrologiques en temps réels, permettent l’ajustement de la puissance du réchauffeur 205 par effet de rétroaction du thermostat 210 sur le réchauffeur 205 ainsi que la modulation des systèmes de circulation du C02.
[85] Selon les figures 9 et 10, les gradients de températures de la première phase 901 et de la seconde phase 902 de séchage sont modulés par le système de pilotage 6, de manière à maîtriser l’évolution de l’hygrométrie dans le duramen de la pièce de bois en cours de séchage.
[86] En pratique, l’hygrométrie étant variable dans le bois à sécher, sont surveillées par mesures métrologiques : l’hygrométrie moyenne 904, l’hygrométrie minimale 905, et l’hygrométrie maximale 903 par exemple.
[87] L’enregistrement du pilotage des séquences de valeurs consignes associées aux mesures observées permet d’établir un profil hygrométrique de séchage spécifique de l’essence du bois à traiter, et ainsi définir les rétroajustements par le système de pilotage 6 pour les bois de même essence lors d’opérations de séchage ultérieures, et ainsi industrialiser le séchage tout en maintenant la conservation de la structure macromoléculaire du bois séché avec une substitution de l’eau liée par du C02.
[88] A titre d’exemple non limitatif, les rétroajustements effectués par le système de pilotage 6 sont obtenus par modification du fonctionnement du réchauffeur 205, du système de recirculation continue 203, ou de l’électrovanne de vidange 104a. Ces réajustements permettent d’une part le maintien d’un delta de température maximal de 20°C entre la température enregistrée au cœur du bois et la température de l’atmosphère de la chambre de séchage 1 , et d’autre part, d’adapter le séchage d’une essence de bois à un profil spécifique.
[89] Selon la figure 10, on retrouve les profils hygrométriques de quatre essences de bois A 1001 , B 1002, C 1003, et D 1004, lesquelles disposent chacune d’une évolution spécifique en fonction du gradient de température selon une première phase jusqu’à 80°C, puis une seconde phase pouvant atteindre 140°C.
[90] La seconde phase de chauffage, permet l’optimisation de la substitution du CO2 à H2O liée à la cellulose du bois à sécher. Cette substitution CO2/H2O permet de garantir l’intégrité moléculaire « structurelle » du « feuilletage de cellulose », et ainsi du bois séché. Un pilotage multi paramètres fin et précis de l’environnement de séchage, de la température du bois et de la chambre de séchage 1 est donc nécessaire.
[91 ] L’instrumentation et le pilotage basés sur les mesures métrologiques de l’environnement interne de la chambre de séchage et du bois permettent d’éviter de détériorer le bois durant le séchage, tout séchage induisant un retrait de matière non évitable, bien que minoré par le CO2 substitué. En cas de mauvais contrôle, la qualité structurelle du bois séché ainsi obtenu peut en être fortement impactée.
[92] Des fissures, ainsi que des affaissements du bois peuvent apparaître en conséquence d’un mauvais pilotage et ainsi compromettre l’intégrité structurelle du bois séché obtenu par le procédé conforme à l’invention, générant ainsi un produit non conforme à l’invention.
[93] Selon le procédé conforme à l’invention, mais non limitativement, les mesures métrologiques enregistrées en temps réel, lors de la sous étape S54 peuvent être les suivantes :
- la masse du réacteur, permettant de connaître la masse du bois en cours de séchage et ainsi évaluer l’avancement de l’extraction de la masse d’eau et donc du séchage lui-même ;
- le débit et volume d’alimentation en CO2 ainsi que la pression atmosphérique différentielle eau / CO2, afin d’effectuer un ajustement si la quantité de CO2 dans la chambre de séchage 1 est trop importante ou non suffisante grâce aux systèmes de recirculation et d’alimentation de CO2 ;
- la température atmosphérique à la sortie/évacuation de la chambre de séchage, ainsi que celle du bois séché. En effet, lors des deux phases de chauffage, est comparée la température moyenne de l’atmosphère de la chambre de séchage 1 avec la température au cœur du bois comme valeur consigne, sous contrôle du respect du profil de séchage spécifique du bois à sécher à appliquer, appliquant un suivi de la courbe d’évolution hygrométrique au cœur du bois en fonction du temps de séchage et ses séquençages particuliers d’augmentation de la température de l’atmosphère de la chambre de séchage 1. Cette courbe d’évolution suit globalement la fonction 1/x. Si un écart est constaté, et que celui-ci est supérieur à une valeur admissible, l’augmentation de la température est suspendue temporairement jusqu’au retour à un différentiel de température maximum de 20°c entre la température au cœur du bois et la température de l’atmosphère de la chambre de séchage d’une part, et d’autre part, retrouver des valeurs acceptables vis-à-vis du profil de séchage spécifique du bois à sécher ;
- l’hygrométrie atmosphérique dans la cellule de chauffage et à sa sortie/évacuation ; et
- l’hygrométrie du bois (aubier et duramen).
[94] Si l’une de ces valeurs enregistrées ne se situe pas dans une zone de valeurs initialement prévue à un instant t lors du chauffage, le système de pilotage 6 met en place une rétroaction afin d’ajuster la valeur de la mesure métrologique afin de retourner à une valeur consigne normale satisfaisante dictée par le profil spécifique de chaque type de bois à sécher.
[95] Le séchage s’effectue, au minimum pour la seconde phase, avec un pourcentage massique de CO2 gazeux dans la chambre de séchage 1 compris entre 95% et 100%. Une fois que la température moyenne de la chambre de séchage 1 atteint la température maximale de 140°C ou que l’hygrométrie du bois au niveau du duramen est conforme à la valeur cible de consigne, par exemple mais non limitativement 5%.
[96] Le système de chauffage 2 est arrêté selon une dernière sous étape S55, laquelle inclue l’arrêt des résistances du réchauffeur 205, les électrovannes d’admission 304 et d’évacuation 102a du CO2 sont pilotées via une succession de commande du système de pilotage 6 afin de maîtriser et contrôler la diminution de la température de la chambre de séchage 1.
[97] La température moyenne de la chambre de séchage 1 étant définie comme la moyenne entre la température dans le tube de séchage et la température à la sortie de la chambre 102. Le système de pilotage 6 initie ensuite l’étape de mise à l’arrêt S7, avec une sous-étape S71 de diminution de la température moyenne du bois jusqu’à une première valeur consigne de 60°C, le système provoque l’arrêt du système de recirculation continue 203 du CO2, par diminution automatique du régime de son propre système interne de ventilation jusqu’à un régime bas, soit par exemple permettant l’obtention d’un débit de 300L/min. A partir de 60°C, l’alimentation 3 en CO2 est arrêtée S72 par fermeture de l’électrovanne d’admission 304 du CO2 et ouverture de l’orifice d’évent (non représenté) permettant l’admission d’air extérieur dans la chambre de séchage.
[98] Selon une troisième sous-étape S73, le système de pilotage informatique 6 provoque un arrêt du système de recirculation interne 2 du C02, par diminution automatique du régime du ventilateur du système de recyclage jusqu’à son arrêt complet.
[99] Le système de pilotage 6 procède ensuite à la montée en régime de l’extracteur d’évacuation atmosphérique 403 jusqu’à un débit nominal, soit par exemple 6000L/min, et permettant l’extraction complète S74 de l’atmosphère de la chambre de séchage 1.
[100] Selon un mode de réalisation alternatif conforme à l’invention, le débit nominal est de 1000L/min.
[101 ] Lorsque la température du bois atteint 40°C, le système procède ensuite à l’arrêt de l’enregistrement S75 des mesures métrologiques 5, puis, lorsque la température atteint 35°C, provoque l’arrêt général d’alimentation électrique des installations S76 et l’activation du voyant de mise en veille de l’instrumentation, l’installation se trouvant donc mise à l’arrêt.
[102] Une fois la mise à l’arrêt de l’installation, le bois peut alors être retiré de la chambre de chauffage.
[103] Le produit ainsi obtenu est donc un bois rond, entier, ou en planches, définit par un taux d’humidité cible inférieur à 5% au niveau du duramenj

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] [Procédé de séchage thermique de bois mis en œuvre à l’aide d’une installation de séchage comprenant au moins une chambre de séchage (1 ), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- injecter à l’intérieur de la chambre de séchage (1 ) un gaz caloporteur comprenant du CO2 à pression et température choisies;
- forcer la circulation du gaz caloporteur à travers la chambre de séchage (1 );
- réchauffer le gaz caloporteur circulant dans la chambre de séchage (1 ) selon une première phase amenant la température moyenne de la chambre de séchage depuis la température ambiante jusqu’à 80°C selon un gradient de température choisi afin d’extraire l’eau libre du bois à sécher, puis une seconde phase depuis 80°C jusqu’à 140°C en fonction du profil de séchage spécifique du bois à sécher, lequel comprenant un profil d’augmentation de température spécifique et permettant d’extraire l’eau liée spécifique du bois à sécher;
- extraire hors de la chambre de séchage (1 ) le mélange gazeux binaire comprenant du CO2 et de l’eau sous forme de vapeur à température élevée et évacuer l’eau ainsi extraite de la charge de bois hors de la chambre (1 );
- piloter les étapes d’injection, de circulation, de réchauffage, et d’évacuation selon des programmes, valeurs consignes et des durées de séchage appropriés selon la courbe spécifique d’évolution hygrométrique au cœur du bois en fonction du temps de séchage et des séquençages de l’augmentation de la température propres au type de bois à sécher;
- et collecter l’ensemble des données formées par les variations de mesures physiques métrologiques, les comparer aux valeurs consignes dictés par le profil spécifique du bois à sécher, et réajuster le fonctionnement de l’installation de séchage en cas d’écart avec les valeurs consignes.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le bois appartient au groupe formé par bois rond, grume, bois d’œuvre, bois conformé en planches.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’étape d’injection de CO2 comprend les sous-étapes suivantes :
- Extraction de l’air atmosphérique de la chambre de séchage (1 )
- Débuter l’injection de CO2 à débit choisi ;
- Démarrer la recirculation continue du C02 à bas régime ;
- Enregistrer et compter le taux de renouvellement de l’atmosphère CO2 ;
- Réduire le débit d’injection de CO2 jusqu’à une valeur consigne ; et
- Monter le régime de recirculation continue du CO2 jusqu’à un régime nominal.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape de réchauffage dure 70 heures.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de recyclage du CO2 permettant la récupération du CO2 à partir du mélange gazeux vapeur d’eau/ CO2 extrait de la chambre (1 ) lors du séchage.
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape de réchauffage comprend les étapes suivantes :
- Démarrer le programme thermostatique de commande de chauffe ;
- Augmenter la température du tube de séchage de la température ambiante à 80°C pendant 10 heures (6°C/h) ;
- Augmenter la température du tube de séchage de 80°C à 140° pendant 60 heures (1 °C/h) ;
- Vérifier la pression interne, la pression partielle en eau et CO2, la température de la chambre (1 ), la température de la charge de bois au niveau de son aubier et son duramen, la masse du tube de la chambre de séchage, l’hygrométrie, le débit et volume de CO2, et le taux de renouvellement de l’atmosphère CO2 en tout temps du chauffage et moduler le paramètre adéquat pour maintenir des valeurs consignes ; et - Arrêter le chauffage lorsque l’hygrométrie du bois a atteint une valeur cible ou la température moyenne de l’atmosphère de la chambre de séchage atteint 140°C.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le chauffage est à réaliser à pression atmosphérique, pour un pourcentage massique de CO2 gazeux dans la chambre compris entre 95% et 100% au moins pour la seconde phase de chauffage.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’étape d’arrêt du procédé de séchage comporte les sous- étapes suivantes :
- Diminuer la température de la chambre
- Arrêter l’alimentation en CO2 lorsque la température du bois est inférieure à 60°C ;
- Arrêter le système de recirculation continue du CO2
- Extraire complètement l’atmosphère interne de la chambre de séchage (1 ) ;
- Arrêter les enregistrements de mesures physiques de l’installation ;
- Arrêter et mettre en veille.
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le taux d’humidité cible du bois séché est inférieur ou égal à 5%.
[Revendication 10] Installation de séchage pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant :
- une chambre de séchage (1 ) comportant au moins un tube de séchage cylindrique creux de diamètre et longueur appropriés pour le séchage de bois de dimensions choisies,
- des moyens d’alimentation en CO2 (3) pour injecter à l’intérieur de la chambre de séchage (1 ), un fluide caloporteur sous forme gazeux de CO2 à pression et température choisies ; - des moyens circulateurs (307, 203) pour forcer la circulation du fluide gazeux caloporteur à travers la chambre de séchage (1 );
- des moyens de chauffage (2) pour réchauffer le fluide gazeux caloporteur ;
- des moyens extracteurs (4) permettant l’extraction de l’atmosphère à l’intérieur de la chambre de séchage 1 , et d’extraire et rejeter le fluide gazeux caloporteur comprenant du CO2 et de l’eau sous forme de vapeur à température ou sous forme liquide ;
- des moyens de métrologie (5) pour mesurer les variations de mesures physiques de l’installation de séchage lors du chauffage ; et
- des moyens de commande (6) pour piloter les moyens d’injection, de circulation, de réchauffage, et d’évacuation selon des programmes, valeurs consignes et durées de séchage appropriés en fonction de la qualité du bois séché recherché, et des moyens de traitement pour mesurer, comparer et réajuster les paramètres de fonctionnement aux valeurs consignes en cas d’écart. ]
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