CN106573281B - 木材炭化的工艺及其所生产的建筑材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高木材的硬度和尺寸稳定性的方法，在一个实施例中，方法包括将压缩的木质素置于120 C C°和230 C°之间的压缩温度下进行温度循环并在低压环境下慢慢使之冷却。
Description
交叉引用相关专利申请
本申请主张美国62/069,921号在先专利申请的优先权,申请为2014年10月29日,前述申请的说明书通过引用被整体结合在此。
背景技术
炭化是一种裂解液体蜡、焦油和灰尘并提取其挥发性成分的温和的方式。这些化合物都对环境有害因而需根据特定的流程而被破坏或回收。本发明公开了一种如何控制化合物的浪费并安全地把他们转化成可回收能源的生产工艺。
众所周知，炭化是一种使木材更耐用的工艺。简单地燃烧木材的表面就可以使其更耐用。本发明的关键是通过改善炭化过程以提高木材质量和耐用性。
炭化需在受控气压和低氧的干燥窑内以非常高的温度来加热木材，通常从190℃到240℃。时间和温度取决于被炭化的木材类型和所期望的目标和颜色。炭化需要三个步骤：干燥、热处理和冷却。预干燥工艺需要使用传统窑式干燥机，作为惯例，在水蒸气含量占混合物总空气含量的比例的基础上将最初湿度降低在6％和10％之间某个特定值上。干燥然后进一步将湿度降低到0％。在最后一步中木材放在一个通过控制注入蒸汽以实现温度逐渐降低的房间里。产品的湿度增加到3％和6％之间，这是为了给木材自然的灵活性，有助于调节木材稳定性,促进更好的生产质量。
现有的方法难以控制，并且被炭化木材的性质可能不同而缺乏一致性，最终产生不必要的浪费和成本。本发明提出了一个新颖的可增加生产的可靠性和产品质量的工艺。
在炭化中，各种气体会进行反应，如一氧化碳、二氧化碳、各种有机化合物、水、和其他无机化合物。本发明的一个方面即是燃烧一氧化碳和有机蒸气并使用其热量为干燥和炭化提供一些热能。惰性气体显然可能包括诸如氮这样的蒸汽和/或其他惰性气体。纤维素炭化的产品，更具体地说的束缚水和挥发物原料,在一个允许捕获的挥发性材料的封闭的、惰性的系统中实施。
发明内容
本发明具体而言，提供了一种基于纤维素材料的炭化工艺，包括：
1)纤维素在大约210℃到大约240℃的温度下进行第一次结晶，时间大约10分钟到大约45分钟，压强为大约25.4千帕至大约101.4千帕；
2)木纤维素材料在170℃到200℃的温度下进行分解，时间大约15分钟到35分钟，在惰性气体的压强为大约50.8千帕至大约101.4千帕的环境下，存有0.05-0.1％氨气；；
3)纤维素材料在大约205℃到大约230℃的温度下进行第二次结晶，时间大约15分钟到90分钟,压强大约50.8千帕至大约101.4千帕，期间处于惰性气体下以增加纤维素材料的强度；
4)纤维素材料的水分平衡处于大约50℃到大约95℃的温度下，时间为大约60分钟到大约120分钟,压强为约10.2千帕至约75.2千帕，纤维素材料优先返回至室温(约25℃)和正常大气压力(约101.325千帕)下。
第一次结晶可在一个臭氧、氮或惰性气体中进行。
第一次结晶可在氮气体中进行。
第一次结晶可处于230℃。
第一次结晶可持续约15分钟。
第一次结晶的气压可处于大约50.7千帕(0.5atm)。
木质素分解可处于180℃。
木质素分解可为约20分钟。
木质素分解可为约101.4千帕(约1atm)。
木质素分解可在惰性气体下进行。
惰性气体可为氮气。
木质素分解可进一步占用存在的0.05-0.1％氨。
木质素分解可在氮-氨气体下进行。
第二次结晶可处于约为210℃到215℃.
第二次结晶可持续30分钟到50分钟。
水分平衡步骤可处于大约81.1千帕0.8(atm)约为101.4千帕(约1atm)。
水分平衡步骤可能在大气湿度约50％中进行。
炭化工艺可能会进一步包括气体和酸提取步骤,在第一次结晶之前。
气体和酸提取步骤可能约为120℃。
气体酸提取步骤可能是90分钟到120分钟。
气体和酸提取步骤可能约为101.4千帕(约1atm)
炭化过程可能会进一步组成了半纤维素转换步骤,经过第二次结晶。
半纤维素转换步骤可能约为195℃。
半纤维素转换步骤可能约15分钟。
半纤维素转换步骤可能约为101.4千帕atm)(约1atm)。
半纤维素转换步骤可在氮-氨气体下进行。
炭化工艺可能会在第二次结晶后进一步包括缓慢冷却步骤,处于约210℃下约1分钟,大约91.3千帕(0.9atm)。
炭化工艺可能会进一步包括炭化的步骤，其在半纤维素转换步骤之后。
炭化步骤可能约为120℃。
炭化步骤可能是大约45分钟。
炭化步骤可能是大约101.4千帕(约1atm)。
炭化工艺可能会进一步包括压实步骤，其在在炭化步骤之后。
压实步骤可能约为180℃.
压实步骤可能是大约15分钟。
压实步骤可能是大约91.3千帕(0.9atm)。
以下术语定义。
“纤维素材料”主要指的是木材，这可能是软木(如松柏类)或硬木(如橡树、枫树、等)。
“比湿”指在质量基础上，水蒸气相对于空气总量的所占混合物的比例，用％来表示。
“百分比”当指大气的百分比时，意味着组份相对于大气总量的比例。
本发明的特点和优点奖在下面的所详细描述的选定实施例时，如在所附的数字说明，会更加清楚。正如所意识到的，所公开的方案和权利要求在不同方面所作的修改，均不超出保护范围。因此，图纸和说明书应被视为说明性的，而非作为限制性和对保护范围的限制。
附图说明
现结合附图，从以下的详细描述中进一步披露本发明的特点和优势，其中:
图1展示了现有技术的炭化的工艺图。
图2展示了本发明的炭化的工艺图。红线代表平均温度，最高水平线代表180°C,实线代表纤维素材料(木头)的温度，其他(不同的)线表示仪器的温度。加热阶段从约O℃至180℃,炭化阶段在180℃时开始至达到最高温度,冷却阶段从最高温度开始至停止工艺。
图3展示了一个本发明实施例的工艺的流程图。特定的湿度,表现为价值％的比例混合物总空气的水蒸气内容在质量的基础上。
图4展示了一个本发明实施例的(A)和(B)工艺的流程图。(A)说明了本发明的基本过程,同时(B)展示了本发明工艺中可能引入的可选步骤。
具体实施方式
在实施例中将披露若干纤维素材料的炭化工艺。本发明的工艺是一个为使获得所需非干燥易燃可作为建筑材料的纤维素材料(木头)达到正确的炭化程度的吸热和放热反应的复杂集合。现有的炭化工艺会结合释放自纤维素分解(退化)的酸(主要是乙酸和甲酸),会导致机械合适的材料更为脆弱。
本发明克服这些问题,如通过控制环境中的pH值(酸性到中性)来优化木多糖的水解,并将它和最充分的炭化工艺窗口(温度、气体、pH值、时间和压力)结合起来以获取最有效的防腐处理木材的剩余质量百分比，并带有所需的性能(耐水性,足够的易磨性,少脆性,最高的机械强度(处理/切割),覆盖和保护的感受性和较慢的降解过程)。
参见图4A,根据第一个实施例,提供了一个炭化工艺100来加快和改善不同品种木材的炭化条件,包括软木和硬木,并改善作为基础建设的目的的最终的纤维素材料产品。本发明的炭化工艺100涉及不同的处理序列来改善最终建筑结构中应用的产品。本发明的工艺的最终产品随着时间的推移所使用的温度在120℃到240℃之间调整,包括不同气体条件,增加硬度的同时尽量减少自由基。本发明的工艺中涉及到一系列事件,从臭氧、氮或稀有气体(如氩)气体下的干燥加热开始,接着是真空干燥,温度和湿度下降过程。为了制备建筑材料而不去焚烧材料，温度控制和大气的控制对于炭化水平至关重要。本发明的工艺的主要优势是能够控制木材纤维素的分解以保持施工应用中所需的足够机械强度,以及控制最终产品的颜色。
根据炭化工艺100的一个实施例,可能受到第一次结晶10的纤维素材料可处于210℃到240℃,或从210℃到235℃,或从210℃到230℃,或从210℃到225℃,或从210℃到220℃,或从210℃到215℃,或约215℃到240℃,或从215℃到235℃,或从215℃到230℃,或从215℃到225℃,或从215℃到220℃,或约220℃到240℃,或从220℃到235℃,或从220℃到230℃,或从220℃到225℃,或约225℃到240℃,或从225℃到235℃,或从225℃到230℃,或约230℃到240℃,或从230℃到235℃,或者,大约235℃到240℃,最好在230℃。第一次结晶可能大约10分钟大约45分钟,或者从大约10分钟约40分钟,或从大约10分钟到35分钟,或者从大约10分钟到30分钟,或从大约10分钟到25分钟,或从大约10分钟、20分钟,或从大约10分钟到15分钟,或从15分钟到45分钟,或者从大约15分钟到约40分钟,或从大约15分钟到35分钟,或从大约15分钟到30分钟,或从大约15分钟到25分钟,或从大约15分钟到20分钟,或从20分钟到45分钟,或者从大约20分钟到约40分钟,或从大约20分钟到35分钟,或从大约20分钟到30分钟,或从大约20分钟到25分钟,或从25分钟到45分钟,或者从约25分钟到约40分钟,或从约25分钟到35分钟,或从约25分钟到30分钟,或从30分钟到45分钟,或者从大约30分钟到约40分钟,或从大约30分钟到35分钟,从35分钟到45分钟,或者从约35分钟大约40分钟,或者从40分钟到45分钟,最好在15分钟。
第一次结晶10的所执行的压力处于约25.4千帕到约101.4千帕,或从约25.4千帕到约91.3千帕,或从约25.4千帕到约81.1千帕,或从约25.4千帕到约76.1千帕,或从约25.4千帕到约71千帕,或从约25.4千帕到约60.8千帕,或从约25.4千帕到约50.7千帕,或从约25.4千帕到约40.6千帕,或从约25.4千帕到约33.8千帕,或从约33.8千帕到约101.4千帕,或从约33.8千帕到约91.3千帕,或从约33.8千帕到约81.1千帕,或从约33.8千帕到约76.1千帕,或从约33.8千帕到约71千帕,或从约33.8千帕到约60.8千帕,或从约
33.8千帕到约50.7千帕,或从约33.8千帕到约40.6千帕,或从约40.6千帕到约101.4千帕,或从约40.6千帕约91.3千帕,或从约40.6千帕到约40.6千帕,或从约40.6千帕到约76.1千帕,或从约40.6千帕到约71千帕,或从约40.6千帕到约60.8千帕,或从约40.6千帕到约50.7千帕,或从约50.7千帕到约101.4千帕,或从约50.7千帕到约91.3千帕,或从约50.7千帕到约81.1千帕,或从约50.7千帕到约76.1千帕,或从50.7千帕到约71千帕,或从约50.7千帕到约60.8千帕,或从约60.8千帕到约101.4千帕,或从约60.8千帕到约91.3千帕,或从约60.8千帕到约81.1千帕,或从约60.8千帕到约76.1千帕,或从约60.8千帕到约71千帕,或从大约71千帕到约101.4千帕,或从大约71千帕到约91.3千帕,或从71千帕到约81.1千帕,或从71千帕到约76.1千帕,或从约76.1千帕到约101.4千帕,或从约76.1千帕到约91.3千帕,或从约76.1千帕到约81.1千帕,或从约81.1千帕到约101.4千帕,或从约81.1千帕到约91.3千帕,或从约91.3千帕到约101.4千帕,优选在50.7千帕(0.5atm)。
实施例中,执行第一次结晶在臭氧、氮或稀有(惰性)气体(如氦、氖、氩、氪、氙)的环境中进行,优选氮气。
这一步可能紧跟着木质素分解步骤20,处于170℃到200℃,或从170℃到195℃,或从170℃到190℃,或从170℃到185℃,或从170℃到180℃,或从170℃到175℃,或从175℃到200℃,或从175℃到195℃,或从175℃到190℃,或从175℃到185℃,或从175℃到180℃,或从180℃到200℃,或从180℃到195℃,或从180℃到190℃,或从180℃到185℃,或从185℃到200℃,或从185℃到195℃,或从185℃到190℃,或从190℃到200℃,或从190℃到195℃,或从约195℃到200℃,优选是180℃。木质素分解步骤可能是大约15分钟到35分钟,或从大约15分钟到30分钟,或从大约15分钟到25分钟,或从大约15分钟到20分钟,或从大约20分钟到35分钟,或从大约20分钟到30分钟,或从大约20分钟到25分钟,或从约25分钟到35分钟,或从约25分钟到30分钟,或从大约30分钟到35分钟,优选是20分钟。
第二步(木质素分解20)可能在执行压力约为50.7千帕到约101.4千帕,或约50.7千帕到约91.3千帕,或约50.7千帕到约81.1千帕,或约50.7千帕到约76.1千帕,或约50.7千帕到约71千帕,或约50.7千帕到约60.8千帕,或从约60.8千帕到约101.4千帕,或约60.8千帕到约91.3千帕,或约60.8千帕到约81.1千帕,约60.8千帕到约76.1千帕,或60.8千帕到约71千帕,或从大约71千帕到约101.4千帕,或约71千帕到约91.3千帕,或约71千帕到约81.1千帕,或约71千帕到约76.1千帕,或从约76.1千帕到约101.4千帕,或约76.1千帕到约91.3千帕,或约76.1千帕到约81.1千帕,或从约81.1千帕到约101.4千帕,或约81.1千帕到约91.3千帕,或从约91.3千帕到约101.4千帕,优选是101.4千帕(1atm)。
第二步(木质素分解20)可能在惰性气体下执行(如氮气体或稀有(惰性)气体(如氦、氖、氩、氪、氙)气体,优选氮),可选的0.05-0.1％氨。
可能会受到第二次结晶30的纤维素材料可处于约205℃到约230℃,或从约205℃到约225℃,或从约205℃到约220℃,或从约205℃到约215℃,或从约205℃到约210℃,或从约210℃到约230℃,或从约210℃到约225℃,或从约210℃到约220℃,或从约210℃到约215℃,或从约215℃到约230℃,或从约215℃到约225℃,或从约215℃到约220℃,或从约220℃到约230℃,或从约220℃到约225℃,或从约225℃到约230℃,优选约210℃到约210℃,最佳是约215℃。
第二个结晶30可能大约15分钟到90分钟,或从大约15分钟到85分钟,或从大约15分钟到80分钟,或从大约15分钟到75分钟,或从大约15分钟到70分钟,或从大约15分钟到65分钟,或从大约15分钟到60分钟,或从大约15分钟到55分钟,或从大约15分钟到大约50分钟,或从大约15分钟到45分钟,或者从大约15分钟到约40分钟,或从大约15分钟到35分钟,或从大约15分钟到30分钟,或从大约15分钟到25分钟,或从大约15分钟到20分钟,或从大约20分钟到90分钟,或从大约20分钟到85分钟,或从大约20分钟到80分钟,或从大约20分钟到75分钟,或从大约20分钟到70分钟,或从大约20分钟到65分钟,或从大约20分钟到60分钟,或从大约20分钟到55分钟,或从大约20分钟到大约50分钟,或从大约20分钟到45分钟,或者从大约20分钟到约40分钟,或从大约20分钟到35分钟,或从大约20分钟到30分钟,或从大约20分钟到25分钟,或从约25分钟到90分钟,或从约25分钟到85分钟,或从约25分钟到80分钟,或从约25分钟到75分钟,或从约25分钟到70分钟,或从约25分钟到65分钟,或从约25分钟到60分钟,或从约25分钟到55分钟,或从约25分钟到大约50分钟,或从约25分钟到45分钟,或从约25分钟约40分钟,或从约25分钟到35分钟,或者从约25分钟到30分钟,或从大约30分钟到90分钟,或从大约30分钟到85分钟,或从大约30分钟到80分钟,或从大约30分钟到75分钟,或从大约30分钟到70分钟,或从大约30分钟到65分钟,或从大约30分钟到60分钟,或从大约30分钟到55分钟,或从大约30分钟到大约50分钟,或从大约30分钟到45分钟,或者从大约30分钟到约40分钟,或从大约30分钟到35分钟,或从大约35分钟到90分钟,或从大约35分钟到85分钟,或从大约35分钟到80分钟,或从大约35分钟到75分钟,或从大约35分钟到70分钟,或从大约35分钟到65分钟,或从35分钟约60分钟,或从约35分钟55分钟,或从35分钟约50分钟,或从约35分钟大约45分钟,或者从约35分钟大约40分钟,或从大约40分钟到90分钟,或从大约40分钟到85分钟,或从大约40分钟到80分钟,或从大约40分钟到75分钟,或从大约40分钟到70分钟,或从大约40分钟到65分钟,或从大约40分钟到60分钟,或从大约40分钟到55分钟,或从大约40分钟到大约50分钟,或从大约40分钟到45分钟,或者从大约45分钟到90分钟,或从大约45分钟到85分钟,或从大约45分钟到80分钟,或从大约45分钟到75分钟,或从大约45分钟到70分钟,或从大约45分钟到65分钟,或从大约45分钟到60分钟,或从大约45分钟到55分钟,或从大约45分钟到大约50分钟,或从约50分钟到90分钟,或从约50分钟到85分钟,或从约50分钟到80分钟,或从约50分钟到75分钟,或从约50分钟到70分钟,或从约50分钟到65分钟,或从约50分钟约60分钟,或从约50分钟55分钟,或从55分钟到90分钟,或从55分钟到85分钟,或从55分钟到80分钟,或从55分钟到75分钟,或从55分钟到70分钟,或从55分钟到65分钟,或从约55分钟约60分钟,或从约60分钟到90分钟,或从约60分钟到85分钟,或从约60分钟到80分钟,或从约60分钟到75分钟,或从约60分钟到70分钟,或从约60分钟到65分钟,或者从大约65分钟到90分钟,或从大约65分钟到85分钟,或从大约65分钟到80分钟,或从大约65分钟到75分钟,或从大约65分钟到70分钟,或从大约70分钟到90分钟,或从大约70分钟到85分钟,或从大约70分钟到80分钟,或从大约70分钟到大约75分钟,或从约75分钟到90分钟,或从约75分钟到85分钟,或从约75分钟到80分钟,或从约80分钟到90分钟,或从约80分钟到85分钟,或从约85分钟到90分钟,优选是30分钟到50分钟,最佳是30分钟。
这一步30的执行和压力有关，可处于约50.7千帕至101.4千帕,或约50.7千帕至约91.3千帕,或约50.7千帕至约81.1千帕,或约50.7千帕至约76.1千帕,或约50.7千帕至约71千帕,或约50.7千帕至约60.8千帕,或从约60.8千帕至约101.4千帕,或约60.8千帕至约91.3千帕,或约60.8千帕至约81.1千帕,或约60.8千帕至约76.1千帕,或约60.8千帕至约71千帕,或从71千帕至约101.4千帕,或约71千帕至约91.3千帕,或约71千帕至约81.1千帕,或约71千帕至约76.1千帕,或从约76.1千帕至约101.4千帕,或约76.1千帕至约91.3千帕,或约76.1千帕至约81.1千帕,或从约81.1千帕至约101.4千帕,或约81.1千帕至约91.3千帕,或从约91.3千帕至约101.4千帕,最好是约20.3千帕(0.2atm),为了增加纤维素材料的强度。步骤30可以在惰性气体下进行(如氮或稀有(惰性)气体(如氦、氖、氩、氪、氙)气体),最好是氮气体,为了增加纤维素材料的强度。
纤维素材料然后经历湿气平衡步骤40中，处于在约50℃至约95℃，或约50℃至约90℃，或约50℃至约85℃，或约50℃至约80℃，或约50℃至约75℃，或约50℃至约70℃，或约50℃至约65℃，或约50℃至约60℃，或约50℃至约55℃，或从约55℃至约95℃，或约55℃至约90℃，或约55℃至约85℃，或约55℃至约80℃，或约55℃至约75℃，或约55℃至约70℃，或约55℃至约65℃，或约55℃至约60℃，或约55℃至约55℃，或从约60℃至约95℃，或约60℃至约90℃，或约60℃至约85℃，或约60℃至约80℃，或约60℃至约75℃，或约60℃至约70℃，或约60℃至约65℃，或从约65℃至约95℃，或约65℃至约90℃，或约65℃至约85℃，或约65℃至约80℃，或约65℃至约75℃，或约65℃至约70℃，或从约70℃至约95℃，或约70℃至约90℃，或约70℃至约85℃，或约70℃至约80℃，或约70℃至约75℃，或从约75℃至约95℃，或约75℃至约90℃，或约75℃至约85℃，或约75℃至约80℃，或从约80℃至约95℃，或约80℃至约90℃，或约80℃至约85℃，或从约85°℃至约95℃，或约85℃至约90℃，或从约90℃至约95℃，优选95℃，再次之前纤维素基材料返回至室温(约25℃)和正常大气压(约101.325千帕)。
水分平衡步骤40可以是约60分钟至约120分钟，或者从约60分钟至约115分钟，或从约60分钟至约110分钟，或者从约60分钟至约105分钟，或者从约60分钟至约100分钟，或者从约60分钟至约95分钟，或者从约60分钟至约90分钟，或从约60分钟至约85分钟，或者从约60分钟至约80分钟，或者从约60分钟至约75分钟，或者从约60分钟至约70分钟，或者从约60分钟至约65分钟，或从约65分钟至约120分钟，或者从约65分钟至约115分钟，或约65分钟至约110分钟，或约65分钟至约105分钟，或约65分钟至约100分钟，或者从约65分钟至约95分钟，或约65分钟至约90分钟，或约65分钟至约85分钟，或约65分钟至约80分钟，或约65分钟至约75分钟，或从约65分钟至约70分钟，或者从约70分钟至约120分钟，或者从约70分钟至约115分钟，或者从约70分钟至约110分钟，或者从约70分钟至约105分钟，或从约70分钟至约100分钟，或者从约70分钟至约95分钟，或从约70分钟至约90分钟，或者从约70分钟至约85分钟，或者从约70分钟至约80分钟，或者从约70分钟至约75分钟，或约75分钟至约120分钟或约75分钟至约115分钟，或者从约75分钟至约110分钟，或者从约75分钟至约105分钟，或者从约75分钟至约100分钟，或者从约75分钟至约95分钟，或从约75分钟至约90分钟，或约75分钟至约85分钟，或约75分钟至约80分钟，或者从约80分钟至约120分钟，或者从约80分钟至约115分钟，或从约80分钟至约110分钟，或者从约80分钟至约105分钟，或者从约80分钟至约100分钟，或者从约80分钟至约95分钟，或者从约80分钟至约90分钟，或者从约80分钟至约85分钟，或约85分钟约120分钟，或者从约85分钟至约115分钟，或者从约85分钟至约110分钟，或者从约85分钟至约105分钟，或者从约85分钟至约100分钟，或约85分钟到约95分钟，或者从约85分钟至约90分钟，或者从约90分钟至约120分钟，或者从约90分钟至约115分钟，或者从约90分钟至约110分钟，或者从约90分钟到约105分钟，或者从约90分钟至约100分钟，或者从约90分钟至约95分钟，或者从约95分钟至约120分钟，或者从约95分钟至约115分钟，或者约95分钟约110分钟，或者从约95分钟至约105分钟，或者从约95分钟至约100分钟，或者从约100分钟至约120分钟，或者从约100分钟至约115分钟，或者从约100分钟约110分钟，或者从约100分钟至约105分钟，或者从约105分钟至约120分钟，或者从约105分钟至约115分钟，或者从约105分钟至约110分钟，或者从约为110分钟约120分钟，或者从约110分钟至约115分钟，或者从约115分钟至约120分钟，优选60分钟内，纤维素基材料返回至室温(约25℃)和正常大气压之前(约101.325千帕)。
水分平衡步骤40可在压力下进行，以约10.2千帕至约75.2千帕，或约10.2千帕至约71千帕，或约10.2千帕至约60.8千帕，或约10.2千帕至约50.7千帕，或约10.2千帕至约40.6千帕，或约10.2千帕至约33.8千帕，或约10.2千帕至约25.4千帕，或约10.2千帕至约20.3千帕，或约20.3千帕至约75.2千帕，或约20.3千帕至约71千帕，或约20.3千帕至约60.8千帕，或约20.3千帕至约50.7千帕，或约20.3千帕至约40.6千帕，或约20.3千帕至约33.8千帕，或约20.3千帕至约25.4千帕，或约25.4千帕至约75.2千帕，或约25.4千帕至约71千帕，或约25.4千帕至约60.8千帕，或约25.4千帕至约50.7千帕，或约25.4千帕至约40.6千帕，或约25.4千帕至约33.8千帕，或约33.8千帕至约75.2千帕，或约33.8千帕至约71千帕，或约33.8千帕至约60.8千帕，或约33.8千帕至约50.7千帕，或约33.8千帕至约40.6千帕，或约40.6千帕至约75.2千帕，或约40.6千帕至约71千帕，或约40.6千帕至约60.8千帕，或约40.6千帕至约50.7千帕，或约50.7千帕至约75.2千帕，或约50.7千帕至约71千帕，或约50.7千帕至约60.8千帕，或约60.8千帕至约75.2千帕，或约60.8千帕至约71千帕，或者从约71千帕至约75.2千帕，优选50.7千帕(0.5个大气压)，现有的纤维素基材料返回至室温(约25℃至)和正常大气压(约101.325千帕)。根据一个实施例，气体平衡步骤40被具有约40％，50％，60％，湿度的气体下进行，或约40％至约60％，或从约40％至约55％，或从约40％至约50％，或约40％至约45％，或者从约45％至约60％，或从约45％至约55％，或约45％至约50％，％，或从约50％至约60％，或从约50％至约55％，或约55％至约60％，优选50％的湿度。
现在参考图4B，本发明的工艺可以包括进一步提高纤维素的材料的特性的几个可选步骤。
根据一个实施例，该方法可包括一个先于第一次结晶10的一个可选的气体和酸提取步骤12此步骤可以进行为约90分钟至约120分钟，或者从约90分钟至约115分钟，或者从约90分钟至约110分钟，或者从约90分钟至约105分钟，或者从约90分钟至约100分钟，或者从约90分钟至约95分钟，或者从约95分钟至约120分钟，或者从约95分钟至约115分钟，或者从约95分钟至约110分钟，或者从约95分钟至约105分钟，或者从约95分钟至约100分钟，或者从约100分钟至约120分钟，或者从约100分钟至约115分钟，或者从约100分钟至约110分钟，或者从约100分钟至约105分钟，或者从约105分钟至约120分钟，或者从约105分钟至约115分钟，或者从约105分钟至约110分钟，或者从约110分钟至约120分钟，或者从约110分钟至约115分钟，或者从约115分钟至约120分钟。
步骤12可在约120℃至约140℃下进行，或从约120℃至约135℃，或从约120℃至约130℃，或从约120℃至约125℃，或从约125℃至约140℃，或从约125℃至约135℃，或从约125℃至约130℃，或从约130℃至约140℃，或从约130℃至约135℃，或从约135℃至约140℃。
步骤12可在约70千帕至约110千帕下进行，或者从约70千帕至约105千帕，或者从约70千帕至约100千帕，或者从约70千帕至约95千帕，或者从约70千帕至约90千帕，或者从约70千帕至约85千帕，或者从约70千帕至约80千帕，或者从约70千帕至约75千帕，或者从约75千帕至约110千帕，或者从约75千帕至约105千帕，或者从约75千帕至约100千帕，或者从约75千帕至约95千帕，或者从约75千帕至约90千帕，或者从约75千帕至约85千帕，或者从约75千帕至约80千帕，或者从约80千帕至约110千帕，或者从约80千帕至约105千帕，或者从约80千帕至约100千帕，或者从约80千帕至约95千帕，或者从约80千帕至约90千帕，或者从约80千帕至约85千帕，或者从约85千帕至约110千帕，或者从约85千帕至约105千帕，或者从约85千帕至约100千帕，或者从约85千帕至约95千帕，或者从约85千帕至约90千帕，或者从约90千帕至约110千帕，或者从约90千帕至约105千帕，或者从约90千帕至约100千帕，或者从约90千帕至约95千帕，或者从约95千帕至约110千帕，或者从约95千帕至约105千帕，或者从约95千帕至约100千帕，或者从约100千帕至约110千帕，或者从约100千帕至约105千帕，或者从约105千帕至约100千帕，或者从约71千帕至约101.4千帕，或约71千帕至约91.3千帕，或约71千帕至约81.1千帕，或约71千帕至约76.1千帕，或约76.1千帕至约101.4千帕，或约76.1千帕至约91.3千帕，或约76.1千帕至约81.1千帕，或约81.1千帕至约101.4千帕，或约81.1千帕至约91.3千帕，或约91.3千帕至约101.4帕。
根据另一个实施例，该方法可包括可选的半纤维素转化步骤32，其可在约145℃至约195℃下进行，或从约145℃至约190℃，或从约145℃至约185℃，或从约145℃至约180℃，或从约145℃至约175℃，或从约145℃至约170℃，或从约145℃至约165℃，或从约145℃至约160℃，或从约145℃至约155℃，或从约145℃至约150℃，或从约150℃至约195℃，或从约150℃至约190℃，或从约150℃至约185℃，或从约150℃至约180℃，或从约150℃至约175℃c或为约150℃至约110℃，或从约150℃至约165℃，或从约150℃至约160℃，或从约150℃至约155℃，或从约155℃至约195℃，或从约155℃至约190℃，或从约155℃至约185℃，或从约155℃至约180℃，或从约155℃至约175℃，或从约155℃至约110℃，或从约155℃至约165℃，或从约155℃至约160℃，或从约160℃至约195℃，或从约160℃至约190℃，或从约160℃至约185℃，或从约160℃至约180℃，或从约160℃至约175℃，或从约160℃至约110℃，或从约160℃至约165℃，或从约165℃至约195℃，或从约165℃至约190℃，或从约165℃至约185℃，或从约165℃至约180℃，或从约165℃至约175℃，或从约165℃至约170℃，或从约170℃至约195℃C，或从约170℃至约190℃，或从约170℃至约185℃，或从约170℃至约180℃，或从约170℃至约175℃，或从约175℃至约195℃，或从约175℃至约190℃，或从约175℃至约185℃，或从约175℃至约180℃，或从约180℃至约195℃，或从约180℃至约190℃，或从约180℃至约185℃，或从约185℃至约195℃，或从约185℃至约190℃，或从约190℃至约195℃，优选195℃。
步骤32可进行约10分钟～约25分钟，或约10分钟至约20分钟，或约10分钟至约15分钟的可选半纤维素转化，或者从约15分钟至约25分钟，或约15分钟至约20分钟，或约20分钟至约25分钟，优选15分钟。
可选的半纤维素转化步骤32可在70千帕至约110千帕下进行，或者从约70千帕至约105千帕，或者从约70千帕至约100千帕，或者从约70千帕至约95千帕，或从约70千帕至约90千帕，或者从约70千帕至约85千帕，或者从约70千帕至约80千帕，或者从约70千帕至约75千帕，或者从约75千帕至约110千帕，或从约75千帕至约105千帕，或者从约75千帕至约100千帕，或者从约75千帕至约95千帕，或者从约75千帕至约90千帕，或者从约75千帕至约85千帕，或从约75千帕至约80千帕，或者从约80千帕至约110千帕，或者从约80千帕至约105千帕，或者从约80千帕至约100千帕，或者从约80千帕至约95千帕，或从约80千帕至约90千帕，或者从约80千帕至约85千帕，或者从约85千帕至约110千帕，或者从约85千帕至约105千帕，或者从约85千帕至约100千帕，或从约85千帕至约95千帕，或者从约85千帕至约90千帕，或者从约90千帕至约110千帕，或者从约90千帕至约105千帕，或者从约90千帕至约100千帕，或从约90千帕至约95千帕，或者从约95千帕至约110千帕，或者从约95千帕至约105千帕，或者从约95千帕至约100千帕，或者从约100千帕至约110千帕，或从约100千帕至约105千帕，或者从约105千帕至约100千帕，或者从约71千帕至约101.4千帕，或约71千帕至约91.3千帕，或约71千帕至约81.1千帕，或约71千帕至约76.1千帕，或约76.1千帕至约101.4千帕，或约76.1千帕至约91.3千帕，或约76.1千帕至约81.1千帕，或约81.1千帕至约101.4千帕，或约81.1千帕约91.3千帕，或约91.3千帕至约101.4千帕，优选为101.4千帕。半纤维素转化步骤32可在氮-氨气体下进行，例如在包含约0.05至0.1％的氨的氮气(相对浓度相对于总的气体)。
根据另一个实施例，本发明的方法可以包括缓慢冷却起始步骤34，在第一次结晶30后，在约210℃约1分钟，在约91.3千帕(0.9大气压)下。
根据另一个实施例，本发明的方法可以替换缓慢冷却起始步骤为另外的炭化步骤34，这是在约110℃～约130℃下进行，或约110℃至约125℃，或约110℃至约120℃，或约110℃至约115℃，或约115℃至约130℃，或约115℃至约125℃，或约115℃至约120℃，或约120℃至约130℃，或约120℃至约125℃，或约125℃至约130℃，优选120℃。炭化步骤34可以进行约30分钟至约50分钟，或约30分钟至约45分钟或约30分钟至约40分钟或约30分钟至约35分钟从约为约35分钟至约50分钟，或者从约35分钟至约45分钟或约35分钟至约40分钟或约约40分钟至约50分钟，或约40分钟至约45分钟后，或约45分钟至约50分钟，优选45分钟，在约91.3至约110千帕，或约91.3至约101.4千帕，优选101.4千帕。
此外，根据又一实施例中，炭化步骤34之后可以紧接着压制步骤36中，在约175℃至约190℃下进行，或从约175℃至约185℃，或从约175℃至约180℃，或从约180℃至约190℃，或从约180℃至约185℃，或从约185℃至约190℃，优选为180℃，在约10分钟至约20分钟，或约10分钟至约15分钟，或约15分钟至约20分钟，优选15分钟，在约81.1千帕到约101.4千帕，或约81.1千帕至约91.3千帕，或约91.3千帕(0.9大气压)至约101.4千帕(1大气压)。本发明将通过下列实施例来使得本发明被更加通彻地理解，其目的是使之可以更容易地理解而不是限制其范围。
例1
示范性工艺#1
根据一个实施例，本发明的方法是一个为控制天然有机聚合物的分解而作的温度和时间的循环，其中赋予其所需的建筑材料或元件的特性，如纤维素的材料的各个层水分含量，稳定性、耐用性、强度、韧性、耐候性、可涂性和胶合性能。
根据本发明的一个实施例，炭化装置，根据特定温度和时间循环，和交替的气体或真空的注入。例如下表描述了一个通过在单一的装置中实现提供优化的结构材料步骤的工艺：
表1-示例工艺#1
例2
示范工艺#2
根据另一个实施例，本发明的方法可涉及在炭化装置中的下列循环：
表2-示例流程#2
例3
示范性工艺#3
根据另一个实施例，本发明的方法的最小必需步骤来处理纤维素基材料和适当修改的材料的组成和结构是：
表3-示例工艺#3
在本发明提出的其他步骤将根据预期的用途来限定木材的所需特性。
例4
受控气体下循环工艺
图3描述了在指定窑内受控气体的工艺变化的流程图。注入惰性气体和/或氨(以中和酸)大幅度地提高了木材的耐久性。
上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，依据需要做出的调整均在保护范围内。
Claims (38)
1.一种木材的炭化工艺，其特征在于包括：
1)木材在210℃到240℃的温度下进行第一次结晶，时间10分钟到45分钟，压强为25.4千帕至101.4千帕；
2)木材在170℃到200℃的温度下进行分解，时间15分钟到35分钟，在惰性气体的压强为50.8千帕至101.4千帕的环境下；
3)木材在205℃到230℃的温度下进行第二次结晶，时间15分钟到90分钟,压强50.8千帕至101.4千帕，期间处于惰性气体下以增加木材的强度；
4)木材的水分平衡处于50℃到95℃的温度下，时间为60分钟到120分钟,压强为10.2千帕至75.2千帕，木材返回至25℃和标准大气压力101.325千帕下。
2.根据权利要求1所述木材的炭化工艺，其特征在于：第一次结晶在臭氧、氮或惰性气体中进行。
3.根据权利要求2所述木材的炭化工艺，其特征在于：第一次结晶在氮气体中进行。
4.根据权利要求1所述木材的炭化工艺，其特征在于：第一次结晶处于230℃。
5.根据权利要求1至4中任一所述木材的炭化工艺，其特征在于：第一次结晶持续15分钟。
6.根据权利要求5所述的木材的炭化工艺，其特征在于：第一次结晶的气压处于50.7千帕。
7.根据权利要求6所述的木材的炭化工艺，其特征在于：木材分解处于180℃。
8.根据权利要求7所述的木材的炭化工艺，其特征在于：木材分解为20分钟。
9.根据权利要求8所述的木材的炭化工艺，其特征在于：木材分解为101.4千帕。
10.根据权利要求9所述的木材的炭化工艺，其特征在于：第一次结晶在氮气环境下进行。
11.根据权利要求10所述的木材的炭化工艺，其特征在于：木材分解在氮-氨气体下进行。
12.根据权利要求11所述的木材的炭化工艺，其特征在于：第二次结晶处于为210℃到215℃。
13.根据权利要求12所述的木材的炭化工艺，其特征在于：第二次结晶持续30分钟到50分钟。
14.根据权利要求12或13所述的木材的炭化工艺，其特征在于：第二次结晶包括持续30分钟的缓慢冷却的水分平衡步骤。
15.根据权利要求14中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：所述第二次结晶包括一个下降到20.3千帕的压强下降过程。
16.根据权利要求15所述的木材的炭化工艺，其特征在于：第二次结晶在氮气环境下进行。
17.根据权利要求14所述的木材的炭化工艺，其特征在于：水分平衡步骤是在95℃中进行。
18.根据权利要求17所述的木材的炭化工艺，其特征在于：水分平衡步骤持续60分钟。
19.根据权利要求18所述的木材的炭化工艺，其特征在于：水分平衡步骤是在50.7千帕中进行。
20.根据权利要求19所述的木材的炭化工艺，其特征在于：水分平衡步骤在大气湿度50％中进行。
21.根据权利要求18所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化工艺会进一步包括，在第一次结晶之前设置气体和酸提取步骤。
22.根据权利要求21所述的木材的炭化工艺，其特征在于：所述气体和酸提取步骤为120℃。
23.根据权利要求21或22中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：气体和酸提取步骤是90分钟到120分钟。
24.根据权利要求21或22所述的木材的炭化工艺，其特征在于：气体和酸提取步骤为101.4千帕。
25.根据权利要求24所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化工艺会进一步包括,经过第二次结晶后设置半纤维素转换步骤。
26.根据权利要求25中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：半纤维素转换步骤为195℃。
27.根据权利要求25中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：半纤维素转换步骤为15分钟。
28.根据权利要求25中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：半纤维素转换步骤为101.4千帕。
29.根据权利要求28所述的木材的炭化工艺，其特征在于：半纤维素转换步骤在氮-氨气体下进行。
30.根据权利要求29所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化工艺会在第二次结晶后进一步包括缓慢冷却步骤,处于210℃下1分钟，91.3千帕。
31.根据权利要求25至30中任一所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化工艺会进一步包括炭化的步骤，其在半纤维素转换步骤之后。
32.根据权利要求31中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化步骤为120°C。
33.根据权利要求32所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化步骤是45分钟。
34.根据权利要求31所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化步骤是101.4千帕。
35.根据权利要求34所述的木材的炭化工艺，其特征在于：炭化工艺会进一步包括压实步骤，其在炭化步骤之后。
36.根据权利要求35中所述的木材的炭化工艺，其特征在于：压实步骤为180°C。
37.根据权利要求35或36所述的木材的炭化工艺，其特征在于：压实步骤是15分钟。
38.根据权利要求35或36中任一所述的木材的炭化工艺，其特征在于：压实步骤是91.3千帕。
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