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Die
vorliegende Erfindung hat zum Inhalt eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Behandeln eines Lignocellulose-Materials, wie z. B. Holz, bei
hoher Temperatur.
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Die
Behandlung von Lignocellulose-Materialien bei hoher Temperatur (high
temperature treatment), wie z. B. Holz, ermöglicht es, ihre Hydrophilie
zu verringern und ihre Stabilitätseigenschaften
zu verbessern.
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Verschiedene
Verfahren und Vorrichtungen für
die Behandlung von Lignocellulose-Materialien bei hoher Temperatur
sind bekannt. Die FR-A-2 720 969 schlägt ein solches Verfahren und
eine Zelle zu seiner Durchführung
vor. Dieses Dokument schlägt
vor, zu einer Trocknung der Materialien vorzugehen, dann zu einer
Erwärmung
in geschlossenem Kreis, während
der die von dem Material entwichenen Gase als Brennstoffe verwendet
werden, und schließlich
zu einer Abkühlung
durch Einspritzen von Wasser. Der in diesem Dokument vorgeschlagene
Schritt des Erwärmens
in geschlossenem Kreis ermöglicht
es nicht, eine vollständige Beseitigung
der Restfeuchtigkeit nach dem Schritt des Trocknens sicherzustellen.
Außerdem
bringt die Verwendung der aus dem Material entwichenen Gase als
Brennstoffe eine Steuerung der Behandlungsanlage mit sich, die in
der Praxis schwierig zu verwirklichen ist. Schließlich bewirkt
das Einspritzen von Wasser für
die Abkühlung
ein Zerspringen des behandelten Materials. Die in diesem Dokument
für das
Durchführen
des Verfahrens vorgeschlagene Zelle bietet die entsprechenden Nachteile,
und es ist in der Wirklichkeit schwierig, sogar unmöglich, die
Behandlung des Materials zu verwirklichen. Insbesondere ist es schwierig,
mit der Vorrichtung die Verbrennung der entwichenen Gase sicherzustellen,
die das Verfahren vorschlägt,
und es ist auch schwierig und gefährlich, zu einem Erwärmen in
geschlossenem Kreis vorzugehen.
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Die
Kurzfassung der Anmeldung JP-A-04 148 184 beschreibt eine Trockenanlage
für Pfosten,
die eine dichte Aufnahmekammer aufweist. Neben dieser Kammer ist
ein Ofen zur Erzeugung von Verbrennungsgas angeordnet, der in seinem
oberen Abschnitt mit dem oberen Abschnitt der Kammer in Verbindung
steht. Im Betrieb ist die Kammer geschlossen; ein unter der zu trocknenden
Charge angeordneter Ventilator saugt die Luft ab und schickt sie
zu dem Ofen. Das stellt eine Füllung
der Kammer durch die Verbrennungsgase bei hoher Temperatur sicher,
sowie eine Verdünnung
der dem Ofen zugeführten
Luft. Es wird eine gleichförmige
Temperatur in der Kammer ohne Schwankung des Sauerstoffgehalts erzielt.
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Die
WO-A-94 27102 schlägt
ein Verfahren zum Behandeln von Holz durch Erwärmen vor. Dieses Dokument schlägt vor,
während
einer Trocknung bei hoher Temperatur den Unterschied zwischen den
Temperaturen außerhalb
und innerhalb des Produkts zwischen 10 und 30°C zu begrenzen, um die Bildung
von Rissen zu vermeiden.
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Die
Erfindung schlägt
ein Verfahren vor, das es ermöglicht,
diese Nachteile zu überwinden.
Sie stellt eine einfache und wirkungsvolle Behandlung bei hoher
Temperatur sicher, die die mechanischen Eigenschaften des Materials
bewahrt und leicht durchzuführen
ist. Die Vorrichtung, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in Betrieb
genommen werden kann, stellt einen einfachen und robusten Aufbau
dar und ermöglicht
es, ohne komplizierte Verstellungen eine wirkungsvolle Behandlung
sicherzustellen. Sie ermöglicht
insbesondere eine automatische Steuerung der Behandlung.
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Genauer
gesagt enthält
diese Vorrichtung zur Behandlung von Lignocellulose-Material bei
hoher Temperatur eine Behandlungskammer des Materials, mindestens
eine Verbrennungskammer mit mindestens einem Brenner, der in einer
reduzierenden Atmosphäre
arbeitet, und Rührmittel,
die eine Zirkulation der Gase der Behandlungskammer sicherstellen,
wobei der Brenner so eingestellt ist, dass er in reduzierender Atmosphäre arbeitet,
und wobei die Verbrennungskammer parallel zu der Behandlungskammer
so mit den Rührmitteln
verbunden ist, dass ein Teil der aus der Behandlungskammer stammenden
Gase durch die Verbrennungskammer hindurch zirkuliert.
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Die
Vorrichtung kann einen Ansaugkanal der Gase in der Behandlungskammer,
der mit der Ansaugseite der Rührmittel
verbunden ist, einen Anstaukanal der Gase zur Behandlungskammer,
der mit der Anstauseite der Rührmittel
verbunden ist, eine mit der Verbrennungskammer verbundene Abzweigung
vom Ansaugkanal sowie eine mit der Verbrennungskammer verbundene
Abzweigung vom Anstaukanal enthalten.
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In
diesem Fall kann die Abzweigung vom Ansaugkanal oder vom Anstaukanal
in der Nähe
eines Brenners in die Verbrennungskammer münden.
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Die
Vorrichtung kann auch einen Abzugsschlot auf der Strecke der Zirkulation
der Gase der Behandlungskammer stromabwärts der Rührmittel umfassen.
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Vorzugsweise
sind Mittel zum Zuführen
von Wasser in die Verbrennungskammer in der Nähe des Brenners vorgesehen;
es können
auch Temperatursensoren zum Erfassen der Temperatur außerhalb
des Materials und der Temperatur im Inneren des Materials sowie
Steuermittel des Brenners oder der Brenner dergestalt vorgesehen
sein, dass ein Unterschied Δ zwischen
der Temperatur außerhalb
des Materials und der Temperatur im Inneren des Materials im Verlauf
der Behandlung vor dem Abkühlen
im wesentlichen konstant gehalten wird, wobei der Unterschied vorzugsweise
von dem Querschnitt des zu behandelnden Materials abhängt.
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Diese
Temperatursensoren umfassen vorzugsweise zumindest einen Sensor
in der Nähe
der Wände der
Behandlungskammer zum Erfassen der Temperatur außerhalb des Materials wie zumindest
einen beweglichen Sensor, der dazu bestimmt ist, im Inneren der
Materialcharge zum Erfassen der Temperatur im Inneren des Materials
angeordnet zu sein.
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Die
Erfindung schlägt
ein Verfahren zum Behandeln von Lignocellulose-Material bei hoher
Temperatur vor, bei dem eine solche Vorrichtung mit einem Abzugsschlot
auf der Strecke der Zirkulation der Gase der Behandlungskammer stromabwärts der
Rührmittel
in Betrieb gesetzt wird, wobei das Verfahren die Schritte enthält:
- – Vorwärmen und
Trocknen des Materials auf eine Temperatur in der Nähe der Verdampfungstemperatur von
Wasser;
- – Erwärmen des
Materials in reduzierender Atmosphäre in offenem Kreislauf;
- – Abkühlen des
Materials durch Einspritzen von Wasserdampf.
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Der
Schritt des Vorwärmens
und Trocknens wird vorzugsweise fortgesetzt bis zu einer quasi vollständigen Verdampfung
des in dem Material enthaltenen freien Wassers, vorzugsweise bis
die Feuchtigkeit der Gase um das Material herum unter 12% ist.
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Der
Schritt des Erwärmens
des Materials unter reduzierender Atmosphäre kann ausgeführt werden, bis
eine Temperatur zwischen 200 und 240°C erreicht wird, vorzugsweise
zwischen 220 und 230°C.
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Der
Schritt des Erwärmens
des Materials unter reduzierender Atmosphäre kann auch durchgeführt werden,
indem die von dem Material freigesetzten Gase durch eine Verbrennungskammer
mit zumindest einem Brenner in reduzierender Atmosphäre zirkulieren
gelassen werden.
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Der
Schritt des Erwärmens
des Materials in reduzierender Atmosphäre wird vorzugsweise gefolgt
von einem Schritt des Haltens des Materials auf einer Temperatur
in der Nähe
der in dem Schritt des Erwärmens erreichten
Temperatur.
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Der
Schritt des Abkühlens
des Materials durch Einspritzen von Wasserdampf kann gefolgt sein
von einem Schritt des Abkühlens
durch Zirkulation von Luft.
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Die
Behandlung wird vorzugsweise unter Aufrechterhalten eines im wesentlichen
konstanten Unterschieds zwischen der Temperatur außerhalb
des Materials und der Temperatur im Inneren des Materials im Verlauf
der Schritte des Vorwärmens,
des Trocknens und des Erwärmens
ausgeführt,
wobei der Unterschied vorzugsweise von dem Querschnitt des zu behandelnden
Materials abhängt.
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Andere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung scheinen auf beim Lesen
der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die
als Beispiel und mit Bezug auf die Zeichnungen der Beschreibung
gegeben wird. Von diesen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung, die daran angepasst ist,
in dem Verfahren gemäß der Erfindung
in Betrieb genommen zu werden;
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2 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung von 1;
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3 eine
Längsschnittsansicht
der Vorrichtung von 1;
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4 eine
perspektivische Ansicht von oben der Vorrichtung von 1 mit
Teilweglassungen;
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5 eine
Schnittansicht in größerem Maßstab eines
Schlots der Vorrichtung von 1;
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6 eine
Schnittansicht in größerem Maßstab eines
Auffängers
der Vorrichtung von 1;
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7 eine
Darstellung des Kreislaufs der Gase in einer zweiten Ausführungsform
einer Vorrichtung, die daran angepasst ist, in dem Verfahren gemäß der Erfindung
in Betrieb genommen zu werden;
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8 eine
schematische Darstellung der Temperatur als Funktion der Zeit im
Verlauf der Behandlung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die
daran angepasst ist, in dem Verfahren gemäß der Erfindung in Betrieb
genommen zu werden. Die Behandlungsvorrichtung enthält eine
Zelle 1, die einen Kanal mit rechteckigem Querschnitt bildet
und dazu bestimmt ist, das zu behandelnde Material aufzunehmen.
Die Enden der Zellen 1 können mittels einer Türe 2 und
einer Rückwand 3 geschlossen sein.
Dieser Aufbau erlaubt es, gegebenenfalls mehrere Zellen zusammenzubauen,
z. B. zur Behandlung von langen Chargen oder beachtlichen Volumen.
Eine solche Zelle kann z. B. 4,50 m in der Länge, 1,45 m in der Breite und
2,15 m in der Höhe
messen. Diese Abmessungen stellen ein Nutzbehandlungsvolumen in
der Größenordnung
von 6 bis 10 m3 Lignocellulose-Material
sicher.
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Jede
Zelle enthält
eine dichte Außenwand,
vorzugsweise wärmedämmend, die
die mechanische Stabilität
der Zelle sicherstellt, eine Behandlungskammer mit zwei Seitenteilen 4, 5,
einem Boden 6 und einer Decke 7. Im Inneren dieser
Außenwand
weist die Zelle Innenwände
auf, die eine Behandlungskammer zwischen zwei gitterförmigen Seitenteilen 8, 9,
einem Gewölbe 10 und
dem Boden 6 begrenzen.
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung von 1.
In 2 sind die bereits bei 1 beschriebenen
Elemente zu erkennen. Außerdem
ist in 2 eine Charge eines zu behandelnden Materials
dargestellt, die auf einem Wagen 20 in die Behandlungskammer
eingeführt
ist. Auf jeder Seite der Zelle begrenzen die Seitenteile der Außenwand 4 und 8 (bzw. 5 und 9)
einen Kanal 22 (bzw. 23), der zur Zirkulation
von Gasen dient. Auf der Absaugseite, links in 2,
mündet
der Absaugkanal 22 in eine Absaugkammer 24, die
zwischen dem Gewölbe 10 und
einer über
diesem angeordneten horizontalen Wand 25 begrenzt ist.
Eine Rührturbine 26,
die von einem außerhalb
der Zelle gelegenen Lüftersatz
angetrieben sein kann, saugt die in der Ansaugkammer 24 befindlichen
Gase ab und fördert
sie teilweise zu einem Ablassschlot 27, teilweise zu dem
Anstaukanal 23 und teilweise zu einer im folgenden beschriebenen
Verbrennungskammer. Die Gase in der Zelle zirkulieren somit von
der Behandlungskammer zu dem Ansaugkanal durch das gitterförmige Seitenteil 8,
dann zu der Ansaugkammer 24, gehen durch die Turbine 26 hindurch
und werden zu dem Anstaukanal 23 und dann durch das Seitenteil 9 zu
der Behandlungskammer gefördert.
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3 zeigt
eine Längsschnittansicht
der Vorrichtung von 1 in der Ebene III-III von 2.
In 3 sind die Ladung 19 und der Wagen 20 nicht
dargestellt. In 3 ist die Ebene II-II des Schnitts
von 2 dargestellt. Wie 3 zeigt,
erstreckt sich die Ansaugkammer 24 nicht über die
gesamte Länge
der Zelle, eine Verbrennungskammer 30 ist zwischen dem
Gewölbe 10 und
der Decke 7 bereitgestellt; ein Brenner 31 ist
in der Kammer 30 bereitgestellt. In der Ausführungsform
von 2 und 3 ist die Verbrennungskammer
in der Nähe
der Mitte der Zelle angeordnet, die auf jeder Seite der Verbrennungskammer
eine Ansaugkammer 24, 24' und eine Turbine 26, 26' aufweist. Dieser
Aufbau ermöglicht
es, eine homogene Durchmischung der Gase mit Turbinen mit einer
angemessenen Größe sicherzustellen.
Man könnte
auch verschiedene Aufbauten anwen den, z. B. mit zwei Verbrennungskammern
und einer Ansaugkammer mit einer oder mehreren Turbinen. In 3 ist
auch einer der Lüftersätze 28' dargestellt,
der die Rührturbine 26' antreibt.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Zelle der Vorrichtung von oben.
Außer
den bereits beschriebenen Elementen zeigt 4, dass
sich die Verbrennungskammer 30 über die Breite der Zelle erstreckt und
an seinem dem Standort des Brenners gegenüberliegenden Ende Öffnungen 32, 32' aufweist, die
in die Ansaugkammern 24 und 24' münden. Vorteilhafterweise können diese Öffnungen
mit einer oder zwei Drosselklappen versehen sein, die es ermöglichen,
die Flüsse
beim Herauskommen aus der Verbrennungskammer 30 zu den
Ansaugkammern 24, 24' auszugleichen. 4 zeigt
Anstauschikanen 33, 33' der Rührturbinen 26 und 26'. die die von
den Turbinen geförderte
Luft zu dem Anstaukanal 23, zu den Abzugschloten – nur der
eine 34 der zwei Schlote ist dargestellt – und zu Öffnungen 35, 35' leiten, die
in der Nähe
des Brenners 31 in die Verbrennungskammer 30 münden. Zumindest
in einem der Abzugschlote ist ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen.
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Vorzugsweise
können
die folgenden verschiedenen Aufbaudetails vorgesehen sein. Die gitterförmigen Seitenteile 8 und 9 können aus
horizontalen Teilen bestehen, die in der Höhe so einstellbar sind, dass
zwischen ihnen mehr oder weniger beachtliche Zwischenräume bereitgestellt
sein können.
Somit wird eine homogene Verteilung des Gasflusses in der Behandlungskammer
sichergestellt, indem oben an den Seitenteilen 8, 9 kleinere Öffnungen
bereitgestellt sind als unten an ihnen. Wie in 5 dargestellt
können
die Schlote 34 mit Teerrückgewinnern in Form eines Kondensators 36 versehen
sein, wobei die kondensierten Teere zum unteren Teil des Kondensators 36 hin
ablaufen in ein senkrechtes Rohr 37, das von einem Widerstand 38 erwärmt wird. So
wird das Fördern
von mit Teer beladenem Gas in die Atmosphäre vermieden. An seinem unteren
Ende mündet
das Rohr 37 in einen in 6 dargestellten
Auffänger 39.
Der Auffänger
sammelt die Teere auf, die das Rohr 37 herablaufen. Er
nimmt über
ein Rohr 40 auch die Teere auf, die auf dem Boden der Behandlungskammer
abfließen.
Das Ende des Rohrs 40 mündet
in den Boden des Auffängers 39,
um Gasaustausch zwischen dem Äußeren und
der Behandlungskammer durch das Rohr 40 zu vermeiden.
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Außerdem sind
in der Behandlungskammer Verteilerrohre für Wasser vorgesehen, um jedes
Brandrisiko abzuwehren. Die Verwendung dieser Rohre ermöglicht es,
das Lignocellulose-Material, das sich in der Zelle befindet, im
Fall des Entzündens
schnell zu kühlen.
Somit werden die Risiken durch ein zufälliges Endzünden begrenzt. Vorzugsweise
kann vorgesehen sein, dass diese Rohre von einem Wasservorrat gespeist werden,
der oberhalb des Ofens angeordnet ist und durch Elektroventile gesteuert
ist, die von einem Wechselrichter gespeist werden; das ermöglicht es,
einem Totalausfall der Elektro- und Wassernetzspeisung abzuhelfen,
indem eine Sicherheitsvorrichtung gewahrt bleibt.
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In
der Zelle sind Temperatursensoren vorgesehen, die, wie weiter unten
beschrieben, zur Steuerung der Behandlung verwendet werden können. Es
ist auch ein Wasserzufluss in der Verbrennungskammer 30 in der
Nähe des
Brenners vorgesehen, dessen Zweckmäßigkeit unten beschrieben wird.
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Die
Vorrichtung ermöglicht
eine wirkungsvolle und schnelle Behandlung von Lignocellulose-Material. Das
Material wird zunächst
in die Behandlungsvorrichtung geladen. Dazu werden vorteilhafterweise
Wägen des
Typs verwendet wie der, der schematisch in 2 dargestellt
ist. Man kann einstückige
Wägen von
2 m Länge
verwenden, die durch ein bidirektionales Kettenzugsystem in die
Kammer eintreten und aus ihr austreten, dessen Antriebsmittel außerhalb
der Zelle liegen. Ein solches System bietet den Vorteil, leicht
an die Länge
des Ofens angepasst zu werden: Tatsächlich reicht es, wenn man
z. B. zwei Zellen, eine Tür
und ein Rückteil
zusammenbaut, um eine Be handlungsvorrichtung von 9 m Länge zu bilden,
die Antriebskette der Wägen entsprechend
zu verlängern.
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Das
zu behandelnde Material wird auf die Wägen gestapelt, wobei zwischen
jeder Schicht Abstandshalter vorgesehen sind, um es zu ermöglichen,
dass während
der Behandlung eine Zirkulation von Gasen in das Innere der Chargen
sichergestellt ist. Für
die oben angegebenen Abmessungen der Zelle erhält man somit je nach der Dicke
eine Kapazität
von 6 bis 10 m3 zu behandelndes Material.
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Dann
wird ein Temperatursensor im Inneren der Charge bereitgestellt.
Die Temperatursensoren der Zelle enthalten somit einen oder mehrere
feste Sensoren, die in der Nähe
der gitterförmigen
Seitenteile 8 und 9 angebracht sind, und z. B.
vier oder acht Sensoren, die in den Ecken der Zelle angebracht sind.
Sie umfassen auch einen oder mehrere Sensoren, die auf einem durch
die Behandlungskammer gehenden Draht angebracht sind, so dass sie
im Inneren der Ladung angeordnet werden können. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden drei bewegliche Sensoren verwendet, die es ermöglichen,
die Temperatur im Inneren des Materials zu messen, und vier feste
Sensoren, die an den Wänden
der Behandlungskammer angebracht sind.
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Schließlich wird
die Türe
der Vorrichtung geschlossen und man geht zu der Behandlung über. Dafür kann vorzugsweise
eine Informatiksteuerung in Abhängigkeit
von der durch die festen und beweglichen Sensoren gemessenen Temperatur
sowie von der durch den oder die Feuchtigkeitssensoren gemessenen
Feuchtegehalt vorgesehen sein.
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Ausgehend
von den durch die Sensoren gemessenen Daten wird die Steuerung durchgeführt, wobei verschiedene
Einstellparameter, die Funktion des Brenners der Verbrennungskammer
berücksichtigt
werden. Der Brenner ist zum Arbeiten in reduzierender Atmosphäre entworfen
und stellt sicher, dass der Sauerstoffge halt in der Verbrennungskammer
immer unterhalb eines geringen Prozentsatzes bleibt, z. B. um 3%
herum. Es kann z. B. ein Brenner vom Typ KROMSCHRODER BIO 65 RG
verwendet werden. Eine Leistung von 60 kW reicht für die oben
erwähnten
Ofenabmessungen. Der Brenner wird von Elektroventilen gesteuert,
die die gleichzeitige Steuerung der Verbrennungsgasflüsse sicherstellen,
z. B. von Luft und Propan. Der Brenner ist außerdem so entworfen, dass er
ohne vorherige Ventilation der Verbrennungskammer ständig neu
gezündet werden
kann.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gasflusses. Bezugszeichen 48 bezeichnet
die Behandlungskammer. Bezugszeichen 41 bezeichnet die
Gasrührmittel.
Wie durch den Strich 42 symbolisiert, saugen die Rührmittel
die Gase in der Behandlungskammer 48 über einen Ansaugkanal an. Anschließend fördern sie
sie, wie durch den Strich 43 symbolisiert, über einen
Anstaukanal dorthin zurück.
Ein Teil der Gase kann durch den Schlot 44 entweichen,
der an dem Anstaukanal auf der Anstauseite der Rührmittel 41 gelegen
ist. Erfindungsgemäß werden
auch die Gase der Verbrennungskammer 45 parallel zu denen der
Behandlungskammer durch die Rührmittel 41 gemischt.
Das wird durch eine Ansaugabzweigung an dem Ansaugkanal 42 bewirkt,
der in eine Seite der Verbrennungskammer mündet. Eine weitere Anstauabzweigung 47 an
dem Anstaukanal 43 mündet
in eine andere Seite der Verbrennungskammer 45, um eine
gute Zirkulation der Gase in deren Inneren sicherzustellen.
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In
der Ausführungsform
von 2 bis 4 mündet die Anstauabzweigung 47 in
der Nähe
des Brenners der Verbrennungskammer. Es könnte auch vorgesehen sein,
dass die Ansaugabzweigung 46 in der Nähe des Brenners mündet. In
der Vorrichtung von 3 würde es dafür ausreichen, den Brenner an
dem anderen Ende der Verbrennungskammer anzuordnen oder die Position
der Öffnungen
in der Verbrennungskammer zu ändern.
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In
beiden Fällen
ist eine partielle Zirkulation der Gase der Behandlungskammer durch
die Verbrennungskammer sichergestellt, wie weiter unten beschrieben
wird.
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8 zeigt
im Verlauf der Behandlung die Entwicklung der von den festen (durchgezogene
Linie) und beweglichen (gestrichelte Linien) Sensoren gemessene
Temperatur. Wie 8 zeigt, kann die automatische Steuerung
der Behandlungsvorrichtung dank den Temperatursensoren sichergestellt
werden, indem ein im wesentlicher konstanter Unterschied Δ zwischen
der von den festen Sensoren gelieferten mittleren Temperatur und
der von den beweglichen Sensoren gelieferten mittleren Temperatur
beibehalten wird. Dieser Unterschied ist vorzugsweise eine Funktion
der Dicke des zu behandelnden Materials: Tabelle 1 zeigt den Temperaturunterschied
in °C als
Funktion der Dicke des auf dem Wagen geladenen Materials.
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Die
Tabelle zeigt den beachtlichen Dickebereich der Materialien, die
dank der Erfindung behandelt werden können.
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Der
erste Schritt der Behandlung ist ein Schritt des Vorwärmens des
Materials bis auf eine Trocknungstemperatur θ1.
Diese Temperatur ist hinreichend, um ein Verdampfen des in dem Material
enthaltenen freien Wassers sicherzustellen, und liegt z. B. zwischen
100 und 120°C,
vorzugsweise in der Umgebung von 105°C. Die Dauer T1 dieses
Schritts des Vorwärmens
hängt der
Dicke und der Art des zu behandelnden Materials ab. Der Brenner
kann leicht gesteuert werden, um einen fortschreitenden Temperaturanstieg
sicherzustellen, wobei der Unterschied Δ wie in 7 gezeigt
im wesentlichen konstant gehalten wird. Es könnte auch ein anderes Verfahren
zum Steuern des Temperaturanstiegs verwendet werden.
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Nachdem
die Trocknungstemperatur θ1 einmal erreicht ist, geht man zum Trocknen
des Materials über, indem
dieselbe Temperatur oder eine im wesentlichen nahegelegene Temperatur
bis zum quasi vollständigen Verdampfen
des gesamten in dem Material enthaltenen freien Wassers gehalten
wird. Während
dieses Schritts des Trocknens stellen die Rührturbinen wie bei dem Schritt
des Vorwärmens
die Zirkulation eines Teils der aus der Behandlungskammer kommenden
Gase durch die Verbrennungskammer sicher. Das ermöglicht es,
die Temperatur in der Behandlungskammer beizubehalten, und dank
dem Brenner die notwendige Energie für das Verdampfen des freien
Wassers zuzuführen.
Das Arbeiten des Brenners in reduzierender Umgebung stellt sicher,
dass das behandelte Material sich nicht entzündet, selbst wenn es auf eine
erhöhte
Temperatur gebracht wird. Während
des Trocknens des Materials wird der Brenner abhängig von den gemessenen Temperaturen gesteuert.
Es wird auch der Feuchtigkeitsgehalt in den Abzugsschloten gemessen.
Wenn das in dem Material enthaltene freie Wasser quasi verdampft
ist, z. B. wenn der Feuchtigkeitsgehalt auf der Höhe der Schlote
zwischen 10 und 20%, vorzugsweise bei 12% liegt, geht man zu dem
folgenden Schritt über.
Dieser Gehalt ist hinreichend, um eine spätere richtige Behandlung des
Materials sicherzustellen, und es ist weder unverzichtbar noch nützlich,
eine vollständigere
Verdampfung zu suchen.
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Die
Dauer T2 der Trocknungsphase hängt
wieder von der Art des zu behandelnden Materials, von der Menge
freien Wassers, das es enthält,
sowie von den Abmessungen der Elemente ab. In dem Fall eines von Beginn
an sehr trockenen Materials kann diese Dauer Null sein, wobei das
freie Wasser dann während
der Phase des Vorwärmens
verdampft ist.
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Man
geht dann zu einem Schritt des Erwärmens von getrocknetem Material über, indem
die Temperatur bis zu einer Einstelltemperatur θ2 erhöht wird.
Die hängt
wieder von der Art des zu behandelnden Materials ab und liegt typischerweise
zwischen 200 und 240°C.
Für bestimmte
Laubträger
wie z. B. die Kastanie kann sie in der Nähe von 220°C liegen, oder für Nadelhölzer wie
z. B. Douglas in der Nähe
von 230°C.
Der Temperaturanstieg kann von neuem gesteuert werden dank der von
den festen und beweglichen Sensoren gemessenen Temperaturen; in
diesem Fall ist die Dauer T3 dieses Erwärmungsschritts
nicht im voraus festgelegt, sondern hängt wieder von der Art des
Materials, seiner Dicke und der Beladung des Ofens ab. Während dieses Schritts
bleiben die Abzugsschlote geöffnet,
um die Evakuierung des Dampfes des Restwassers und der Abgase sicherzustellen.
Der Sauerstoffgehalt in der Behandlungsvorrichtung ist durch die
Tatsache begrenzt, dass der Brenner in einer reduzierenden Atmosphäre arbeitet.
Außerdem
setzt das erwärmte
Material eine brennbare Mischung frei, die in der Verbrennungskammer
verbrannt wird. Somit wird jedes Risiko der Entzündung des Materials vermieden.
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Am
Ende dieses Schritts des Erwärmens
kann ein Halten des Materials bei der Einstelltemperatur θ2 vorgesehen sein. Das ist nicht unerlässlich zum
Erzielen der Ergebnisse der mechanischen Festigkeit, die für gewöhnlich in
einer Behandlung bei hoher Temperatur gesucht werden, kann aber
ermöglichen,
eine angegebene Färbung
des Materials zu erzielen.
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Anschließend geht
man zum Abkühlen
des Materials über.
Dafür wird
unter Verwendung des Brenners Wasser in der Verbrennungskammer verdampft.
Das hat zur Wirkung, die Temperatur in der Behandlungskammer sinken
zu lassen, ohne deshalb Wärmeschocks
zu erzeugen. Außerdem
stellt dies eine homogenere Abkühlung
des Materials sicher, als wenn man es direkt in der Behandlungskammer
mit Wasser besprühen
würde.
Man führt
die Abküh- lung fort, bis die
Temperatur im Inneren des Materials, gemessen von dem oder den beweglichen
Sensoren, unterhalb einer dritten Temperatur θ3 liegt,
wodurch die Risiken der Entzündung
des Materials beim Verlassen des Ofens verringert werden. In der
Praxis ist eine Temperatur um 80°C
herum ausreichend. Während
dieses ganzen Schritts des Abkühlens
geben die Abzugsschlote Wasserdampf ab. Das Zuführen einer Menge von 25 cl
Wasser alle 15 Sekunden ermöglicht
eine wirkungsvolle Abkühlung
für die
oben angegebenen Abmessungen der Zelle. Von dem Moment an, in dem
die Temperatur im Inneren des Materials ungefähr 120°C erreicht, wird das Abkühlen ohne
Einspritzen von Wasserdampf fortgeführt einfach durch Rühren der
Gase in der Behandlungskammer. Während
dieses Schritts des Abkühlens
wird die Temperatur im Inneren des zu behandelnden Materials wie
in 8 dargestellt höher als die äußere Temperatur.
Man kann das Abkühlen
einfach dadurch steuern, dass die Menge des eingespritzten Wassers
gesteuert wird.
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Als
Beispiel für
eine Behandlung von Brettern mit einem Querschnitt von 120 × 27 mm
in einem Laubträger
wie z. B. der Eiche können
die folgenden Parameter verwendet werden:
θ1 =
120°C; θ2 = 220°C; θ3 = 100°C; Δ = 20–40°C.
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Die
Behandlung wird durchgeführt
mit den Dauern:
T1 = 5–8 Stunden;
T2 = 1–4
Stunden; T3 = 2–6 Stunden; T4 =
15–45
min.
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Für die Behandlung
von Brettern des Querschnitts 120 × 27 mm aus einem Nadelholz
wie z. B. Douglas können
die folgenden Parameter verwendet werden:
θ1 =
120°C; θ2 = 230°C; θ3 = 80°C; Δ = 20–30°C.
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Die
Behandlung wird durchgeführt
mit den Dauern:
T1 = 4–7 Stunden;
T2 = 2–3
Stunden; T3 = 1–5 Stunden; T4 =
15–45
min.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine einfache, vollständig
automatische Behandlung von Lignocellulose-Material. Die Zirkulation
von aus der Behandlungskammer kommenden Gasen durch die Verbrennungskammer sowie
das Arbeiten des Brenners in reduzierender Atmosphäre ermöglichen
es, den Aufbau der Vorrichtung zu vereinfachen.
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Gut
verstanden ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die
als Beispiel beschrieben sind. So können die Anzahl und die Art
der Rührvorrichtungen
der Verbrennungskammer sowie der Brenner verändert werden. Es können andere
Arten der Steuerung der Anlage angewendet werden, z. B. durch Programmieren
der Dauer jedes Behandlungsschritts.
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Um
die Temperatur außerhalb
des Materials zu erfassen, könnten
ein oder mehrere Temperatursensoren verwendet werden, die anderswo
in der Behandlungskammer angeordnet sind, z. B. in dem Ansaugkanal
oder in dem Anstaukanal. Zum Messen der Temperatur im Inneren des
Materials kann wie oben beschrieben ein beweglicher Sensor verwendet
werden. Andere Mittel sind möglich,
wie z. B. eine Sonde.