Équipements de carbonisation

Le four de carbonisation est l’équipement central d’une ligne de production de charbon. Il permet de réaliser la pyrolyse de la biomasse pour obtenir un charbon de haute qualité en milieu appauvri en oxygène. La partie suivante détaille son processus de fonctionnement, en présentant les matières premières utilisables et l’ensemble du déroulé opérationnel.

I. Types de matières premières traitables
Ce four présente une grande polyvalence en matière d’alimentation : quasiment tous les déchets agricoles et forestiers riches en cellulose peuvent être utilisés. On les classe selon leur forme comme suit :

Matières premières
Déchets forestiers : branches, sciure, copeaux de bois, écorce, copeaux de bambou, feuilles mortes, rebuts de bois
Pailles agricoles : tiges de maïs, tiges de sorgho, tiges de coton, tiges de haricot, vignes de patate douce, paille de riz
Coques et pulpes de fruits : coques d’arachide, balles de riz, coques de tournesol, coques de coco, marc de café, coques de palmier
Déchets de transformation : drêches, épis de maïs, substrat de culture de champignons, bagasse de canne à sucre
Produits façonnés : briquettes de charbon, blocs de sciure, bûches de bois, bûches de bambou

II. Déroulé complet du processus de carbonisation
Le mode de fonctionnement varie selon le type de four, mais le principe fondamental reste identique. Ci-dessous sont décrits les procédés des deux modèles les plus courants : four de carbonisation continu et four de carbonisation discontinu (suspendu).

(1) Processus du four de carbonisation continu
C’est aujourd’hui l’équipement le plus répandu. Il assure une automatisation complète de l’alimentation jusqu’à l’évacuation du charbon.

Étape 1 : Préparation et alimentation des matières premières
Prétraitement : Certaines matières doivent être broyées pour obtenir une granulométrie adaptée (5 à 50 mm).
Séchage : La teneur en humidité est maintenue en dessous de 15 % pour garantir une carbonisation efficace.
Alimentation continue : Les matières sont introduites sans interruption dans le four au moyen d’une vis d’alimentation.

Étape 2 : Carbonisation et pyrolyse
L’intérieur du four est divisé en trois zones thermiques :

Zone de séchage : température inférieure à 160 °C, élimine l’humidité des matières
Zone de pré-carbonisation : 160 °C à 280 °C, la pyrolyse débute et de faibles quantités de gaz se dégagent
Zone de carbonisation complète : 300 °C à 650 °C, la lignine et la cellulose se décomposent totalement pour former du charbon, du goudron et des gaz combustibles

Étape 3 : Récupération et valorisation des sous-produits
Récupération des gaz de combustion : On collecte les gaz combustibles issus de la carbonisation (monoxyde de carbone, méthane, hydrogène).
Épuration et séparation : Les gaz subissent une pulvérisation, un refroidissement et une épuration afin de séparer le goudron de bois et le vinaigre de bois.
Réutilisation des gaz combustibles : Les gaz purifiés sont acheminés vers la chambre de combustion pour servir de source de chaleur au four, assurant une autonomie énergétique.
Ce procédé permet la production simultanée de charbon, de gaz et d’huile, et résout totalement les problèmes de pollution liés aux méthodes de carbonisation traditionnelles.

Étape 4 : Refroidissement et évacuation du charbon
Évacuation continue : Le charbon bio obtenu est extrait par le bas du four sans interruption.
Traitement de refroidissement : Un dispositif d’évacuation refroidit le charbon pour éviter sa dégradation par oxydation à haute température.
Conditionnement et stockage : Le charbon refroidi peut être directement ensaché et stocké.

(2) Processus du four de carbonisation discontinu (suspendu)
Ce modèle est adapté à la carbonisation de matières en morceaux ou de bûches façonnées. Les étapes d’utilisation sont les suivantes :

Chargement
Déposer des blocs de sciure (longueur optimale : 40 à 50 cm) ou des segments de bois/bambou dans la chambre de carbonisation interne, généralement sur 2 à 3 couches. On peut également y disposer soigneusement les briquettes fabriquées par la presse à briquettes.

Étanchéification
Fermer le couvercle de la chambre interne. Verser une couche de sable de rivière d’épaisseur supérieure à 3 cm dans la rainure supérieure du revêtement du four pour assurer une parfaite étanchéité. Installer un thermomètre pour surveiller la température.

Allumage et chauffage
Fermer toutes les vannes. Chauffer la base du four avec du bois ou du gaz. Maintenir une forte chauffe pendant 10 minutes pour monter la température à environ 90 °C, puis passer à une chauffe douce et progressive.
Pendant la carbonisation, la température doit continuer d’augmenter : maintenir 90 °C à 150 °C pendant au moins 7,5 heures, puis 150 °C à 280 °C pendant au moins 2 heures.

Combustion circulaire
Lorsque la température atteint environ 235 °C, ouvrir toutes les vannes et mettre en marche le ventilateur d’extraction et la pompe de circulation.
Les gaz combustibles produits durant la carbonisation sont réinjectés à la base du four pour la combustion, assurant l’auto-chauffage de l’équipement.

Fin de la carbonisation
Lorsque la température passe de 450 °C à 600 °C puis commence à diminuer, la carbonisation est quasiment terminée.
Observer l’évolution des fumées : absence de fumée → peu de fumée → fumée abondante → fumée maximale → peu de fumée. Lorsque le débit de fumée diminue nettement, le processus est achevé.

Refroidissement et extraction du charbon
Arrêter le chauffage, fermer les vannes et soulever la cuve interne. Laisser refroidir dans un endroit bien ventilé jusqu’à une température inférieure à 50 °C avant d’extraire le charbon fini.