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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Trocknen von
Holz, wobei sie Schritte umfasst, um aus den Trocknungsgasen wirksam
Terpene und andere flüchtige
organische Verbindungen, die während
des Trocknungsverfahrens aus dem Holz ausgetrieben werden, zu eliminieren
oder zu reduzieren.
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Stand der
Technik
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Holzrohmaterial,
wie z. B. Biotreibstoff, Splitter oder Fasern werden, bevor sie
für die
Energieherstellung oder für
die Herstellung von auf Holz basierenden Platten, wie z. B. Spanplatten
oder Faserplatten, verwendet werden, getrocknet. Während des Trocknungsverfahrens
werden Terpene und andere flüchtige
organische Verbindungen ausgetrieben. Solche organischen Verbindungen
bezeichnet man oft als VOC – abgekürzt für flüchtige organische
Verbindungen – und
sie werden so im Anschluss bezeichnet werden. VOC verdampfen zum
Beispiel zusammen mit Feuchtigkeit in die Gase, die während des
Trocknungsverfahrens die Trocknungsvorrichtung und das Holzmaterial
durchströmen,
und verlassen die Trocknungsvorrichtung zusammen mit der Feuchtigkeit,
die die Abgase aus dem Verfahren enthält. Normalerweise ist die Temperatur
der Ab- oder Verfahrensgase, die während des Trocknungsverfahrens
entlüftet
werden, zwischen 80°C–150°C, abhängig vom übriggebliebenen
Feuchtigkeitsgehalt des Holzmaterials. Abhängig von den Trocknungsbedingungen
und zu einem gewissen Maße
von der Zusammensetzung des Holzrohmaterials, verdampfen im wesentlichen
alle VOC während
der Anfangsstufe des Trocknungsverfahrens, während unter anderen Bedingungen
und mit anderen Zusammensetzungen alle VOC im wesentlichen während des
Endschrittes des Trocknungsverfahrens verdampfen. Da es erwünscht ist,
die ausgeströmte
Menge der VOC zu verringern, werden die VOC die in den Verfahrensgasen
vorliegen normalerweise entweder unter Verwendung katalytischer
oder thermischer Oxidation zerstört.
Um eine wirksame Zerstörung
der in den Verfahrensgasen vorliegenden VOC sicherzustellen, werden
die verbrauchten Gase auf eine Temperatur von ungefähr 350°C für die katalytische
Oxidation und 850°C
für die
thermische Oxidation erhitzt. Die erforderliche Gastemperatur, um
eine ausreichende Oxidation zu erreichen, wird anhand der Zusammensetzung
der Abgase, welche gemäß der Zusammensetzung,
des Typs und der Qualität
des Holzrohmaterials variieren, bestimmt. Gemäß des Standes der Technik werden
die Abgase mittels eines komplizierten und kostenintensiven Systems,
das Wärmetauscher
einer regenerierenden oder rückgewinnenden Art
umfasst, auf erhöhte
Temperaturen erhitzt, wobei die Wärme der Abgase, aus denen die
VOC entfernt worden sind, zum Erhitzen der Gase, die immer noch VOC
enthalten, verwendet wird, bevor sie in den Reaktor abgegeben werden.
Es ist jedoch oft notwendig, den aufwärts gerichteten Abgasen oder
dem Reaktor zusätzliche
Wärme zu
liefern, um die gewünschte
Reduktion des VOC-Gehaltes zu erreichen. Gemäß des Standes der Technik werden
die Abgase nur an einer Stelle aus der Trocknungsvorrichtung entlüftet. Das
bedeutet, dass die gesamte Menge des Verfahrensgases das die Trocknungsvorrichtung
verlässt,
vor der Oxidation im Reaktor vorgewärmt werden muss. Dies führt zusammen
mit der Tatsache, dass die Verfahrensgase oft auf eine höhere Temperatur
als notwendig erhitzt werden, um eine wirksame Reduktion der VOC, die
aus der Trocknungsvorrichtung ausströmen, sicherzustellen, zu erhöhten Anforderungen
und Größe des an
den Reaktor angeordneten Wärmetauschersystems,
als auch zu einer erhöhten
benötigten
Energie für
die Zerstörung
der VOC und für
das Trocknungsverfahren als ganzes.
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WO-A-94/25812
offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Trocknung von Holzspänen mit
niedriger Emission. Die Holzspäne
werden in einem Vortrockner bei einer Temperatur von bis zu maximal
130°C getrocknet.
Die vorgetrockneten Späne werden
dann in einen Nachtrockner, der von einem Brenner geheizt wird,
gegeben. Nachdem die getrockneten Splitter abgetrennt worden sind,
passiert das Abgas des Nachtrockners eine Behandlungsvorrichtung,
in welcher die organischen Bestandteile, die im Abgas enthalten
sind, thermisch/katalytisch gespalten oder auf andere Weise herausgetrennt
werden. Das so gereinigte Abgas passiert den Vortrockner bei einer
tiefen Temperatur (maximal 130°C),
wobei das Trocknungsgas die für
den Vortrockner benötigte
Wärme liefert.
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Ziel der Erfindung
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Die
Präambel
der unabhängigen
Ansprüche basiert
auf dem Dokument WO-A-94/25812.
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Das
Hauptziel der Erfindung ist es ein Verfahren zum Trocknen von Holzrohmaterial
bereitzustellen, wobei es einen Abbau der VOC, die während der
Trocknung verdampft werden, mit einer effizienteren Verwendung der
Energie und niedrigen Investitionskosten umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist bei geringen Instandhaltungsanforderungen und niedrigen Energieanforderungen
kosteneffizient, was die Oxidation im wesentlichen aller VOC, die
in die Tracknungsgase vor dem Entlüften der Abgase in die Atmosphäre verdampfen,
sicherstellt.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Trocknen von
Holzrohmaterial bereitzustellen, welches unabhängig von den Variationen bezüglich des
Typs, der Zusammensetzung und der Qualität des Holzrohmaterials, die
Oxidation allen VOC sicherstellt, die in die Trocknungsgase, bevor die
Trocknungsgase in die Atmosphäre
entlüftet
werden, verdampft werden.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung und aus den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich.
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Die Erfindung
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Um
diese Ergebnisse zu erzielen, schlägt die vorliegende Erfindung
Verfahren zum Trocknen von Holzrohmaterial gemäß Anspruch 1 und Anspruch 5 vor.
Gemäß der ersten
Alternative der Erfindung wird das Holzrohmaterial in zwei Unterschritten
getrocknet, wobei die Trocknung kontrolliert wird, so dass im wesentlichen
alle VOC während
eines Unterschrittes entfernt werden und so dass die VOC aus dem
Holzrohmaterial im Verfahrensgas, das während des Unterschrittes entfernt
wird, konzentriert sind, wobei das Gas vom restlichen Verfahrensgas
abgetrennt wird. Das VOC enthaltende Gas wird, bevor es in den Reaktor,
wo es katalytisch oxidiert wird, übertragen wird, auf eine Gastemperatur,
die 180°C übersteigt,
erhitzt. Eine geeignete Gastemperatur für die Oxidation der VOC ist
von 200°C
bis 500°C.
Bevorzugt werden die VOC innerhalb eines Temperaturintervalls von
200°C bis
350°C oxidiert.
Der Anstieg der Gastemperatur auf ein Niveau, welches für die katalytische
Oxidation im Reaktor notwendig ist, wird durch Mischen der Trocknungsgase
mit heißen,
aufwärts
gerichteten Gasen aus dem Reaktor, bevorzugt Verbrennungsabgasen,
erreicht. Durch Aufteilen des Trocknungsverfahrens in zwei Unterschritte
wird die Menge von zu behandelndem Gas signifikant reduziert, während zur
selben Zeit das Trocknungsverfahren kontrolliert wird, so dass die
VOC aus dem Holz während
eines der Unterschritte entfernt werden, was zu einer Konzentration
von im wesentlichen allen VOC in den Gasen, die aus diesem Unterschritt
entfernt werden, führt.
Zur selben Zeit ist die VOC-Konzentration in der Menge des zu behandelnden
Verfahrensgases erhöht.
Die Verfahrensgase, die die VOC nicht länger enthalten, werden bevorzugt
als Trocknungsgas in das Trocknungsverfahren zurückgeführt. Verfahrensgas, das im
katalytischen Oxidationsreaktor behandelt worden ist, wird als Trocknungsgas,
das vom Reaktor abwärts
strömt,
dem Trocknungsverfahren in einem anderen Unterschritt des Trocknungsverfahrens
bereitgestellt.
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Gemäß einer
zweiten Alternative der Erfindung wird das Holzrohmaterial in einem
im wesentlichen kontinuierlichen Verfahren, das zwei Unterschritte
umfasst, getrocknet. Unterströme
des Verfahrensgases werden aus den verschiedenen Unterschritten
entfernt und das Trocknungsverfahren wird kontrolliert, so dass
im wesentlichen alle VOC aus dem Holzrohmaterial während eines
Unterschrittes verdampfen, wobei sich alle VOC im Unterfluss des Unterschrittes
konzentrieren. Die Gastemperatur im Unterfluss wird erhöht, bevor
die VOC durch katalytische Oxidation bei einer erhöhten Temperatur
im Reaktor entfernt werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird das Verfahrensgas, das VOC enthält, vor
der Oxidation erhitzt, bevorzugt durch Mischen mit heißen, vom
Reaktor aufwärts
strömenden
Gasen. Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung werden heiße Trocknungsgase
verwendet, um die Temperatur auf ein erforderliches Niveau vor der
Oxidation der VOC im Reaktor zu erhöhen. Nach der Oxidation im
Reaktor wird das Verfahrensgas, das nun von seinen VOC-Gehalten
befreit ist, in einen weiteren Verfahrensschritt übertragen.
Normalerweise werden die heißen
Trocknungsgase durch Verbrennen eines geeigneten Treibstoffes, wie
z. B. Öl,
Gas oder Holz oder anderer geeigneter Biotreibstoffe, hergestellt. Es
kann angemessen sein, Abfallmaterial aus einer Ein-Seiten Produktionsanlage
dieses Treibstoffes zu verwenden. Als Alternative oder Zusatz zu
Verbrennungsgasen ist es natürlich
möglich,
andere Wärmequellen,
wie z. B. Heizungen, die auf elektrischen Widerstandselementen basieren,
Wärmetauscher,
die überschüssige Wärme aus
dem Trocknungsverfahren abbauen oder sogar besser aus einem anderen Verfahren
mit Abgasen mit einem hohen Heizwert zu verwenden.
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Es
hat sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens herausgestellt,
dass die Gastemperatur 180°C übersteigen
sollte, um eine wirksame Abnahme des VOC-Gehaltes im Verfahrensgas
zu erreichen. Es ist vorteilhaft, das Verfahrensgas vor der Oxidation
auf eine Gastemperatur im Intervall zwischen 200°C und 500°C zu erhitzen. Bevorzugt wird
eine Gastemperatur im Intervall zwischen 200°C und 350°C gewählt, um den Abbau im wesentlichen
aller VOC sicherzustellen, ohne dabei die Energieeffizienz auf eine
negative Weise unnötig zu
beeinflussen.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Anschluss detaillierter erklärt und durch bevorzugte Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die angehängten
Zeichnungen veranschaulicht.
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1 zeigt schematisch ein
Zwei-Stufen-Verfahren zum Trocknen von Holzrohmaterial gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt schematisch ein
Zwei-Stufen-Verfahren zum Trocknen von Holzrohmaterial gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
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3 zeigt schematisch mit
der Zeit verdampfte VOC in den Ausführungsformen, die in 1 und 2 gezeigt sind.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung, die in 1 gezeigt
ist, wird das Holzrohmaterial mittels eines Zwei-Stufen-Verfahrens
getrocknet. Nasses Holzrohmaterial 10 wird im Verfahren
in Schritt 1, I, in welchem es verarbeitet wird, bereitgestellt,
woraufhin das Holzmaterial 10 auf Schritt 2, II, in welchem
es weiterverarbeitet wird, übertragen wird,
bevor es das Verfahren als getrocknetes Holzrohmaterial 19 verlässt. In 1 wird dieses Zwei-Stufen-Verfahren
als kontinuierliches oder halbkontinuierliches Verfahren gezeigt,
wobei das Holzmaterial 10 durch zwei Trocknungsvorrichtungen oder
Trocknungskammern 11, 12, z. B. Trockenöfen oder
Autoklaven durchläuft – der Fluss
des Holzrohmaterials 10 wird durch fette volle Pfeile gekennzeichnet.
Das Trocknungsgas 20 wird in Form heißer Gase zum Teil im Gasgenerator 13,
wie oben beschrieben, hergestellt, z. B. durch Verbrennen eines Treibstoffs,
wie z. B. Holzabfallmaterial 14, in Gegenwart von Verbrennungsluft 15.
Ein Teil des heißen Trocknungsgases 21 wird
dem Trockenofen 11 bereitgestellt, wobei das Holzmaterial 10 während des Schrittes
1, I, verarbeitet wird, in dem es dem Trocknungsgas 21 ermöglicht wird,
das Holzmaterial 10 zu durchströmen oder zu überströmen, wobei
VOC und Wasser aus dem Holzmaterial verdampfen. Die Bedingungen
innerhalb des Ofen 11 werden so kontrolliert, dass VOC,
die aus dem Holzmaterial verdampfen, im Schritt 1, I, auf konzentriert
werden. Das Verfahrensgas 22 wird in Schritt 1, I, entlüftet und
mit heißem
Trocknungsgas 20 gemischt, so dass die Temperatur des Verfahrensgases
erhöht
wird. Das erwärmte
Verfahrensgas 23 wird in einen Reaktor 16, in welchem
die VOC oxidiert werden, eingeführt.
Dann wird das Verfahrensgas 24, das aus dem Reaktor 16 kommt
und das von seinem VOC-Gehalt befreit worden ist, in einen Ofen 12 eingeführt, der
für Schritt
2, II, des Trocknungsverfahrens bereitgestellt wird. Das Verfahrensgas 25 wird
aus Schritt 2, II, entfernt und wird bevorzugt in eine herkömmliche
Vorrichtung zur Reinigung abgeführter
Gase, z. B. Staubabtrennung, die nicht in den Figuren gezeigt ist, übertragen.
In 1 wird ein paralleler
Fluss während
Schritt 1, I, gezeigt und ein Kreuzfluss wird während Schritt 2, II, gezeigt,
nur zum Zwecke der Veranschaulichung des Verfahrens auf eine klare
schematische Art und Weise. Somit kann die Art der Beziehung zwischen
den entsprechenden Flüssen
des Holzrohmaterials und des Trocknungsgases durch die Trocknungsanlagen, im
besonderen Gegenstrom, Kreuzstrom oder Parallelstrom gemäß dem, was
als geeignet angesehen wird, frei gewählt werden.
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Als
Alternative zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahren,
im welchem das Holzrohmaterial in zwei Trocknungsvorrichtungen 11, 12,
verarbeitet wird, kann das Zwei-Schritt-Verfahren gemäß dieser
Ausführungsform
in Chargen ausgeführt
werden, wobei das Holzrohmaterial in einen Trockenofen oder einen
Autoklaven, der mit Trocknungsgas in einem ersten Schritt 1 verarbeitet
wird, eingeführt
werden. Dann wird das Verfahrensgas aus Schritt 1 mit mehr Trocknungsgas
gemischt und auf eine Temperatur erhitzt, die für katalytische Oxidation geeignet
ist. Die VOC, die im Verfahrensgas enthalten sind, werden nun oxidiert,
bevor das Verfahrensgas, das nun von seinem VOC-Gehalt befreit ist,
als Trocknungsgas für
Schritt 2 zurück
in den Trockenofen oder Autoklaven gebracht wird.
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Gemäß des alternativen
Zwei-Stufen-Verfahrens zum Trocknen von Holzrohmaterial, das in 2 gezeigt ist, wird nasses
Holzrohmaterial in der oben beschriebenen Art und Weise in einen
Ofen oder einen Autoklaven 11, in welchem das Holzmaterial
in Schritt 1, I verarbeitet wird, eingeführt. Das Holzmaterial wird
in einen neuen Autoklaven 12 übertragen, wo es in Schritt
2, II, weiterverarbeitet wird, bevor es das Verfahren als getrocknetes
Holzrohmaterial 19 verlässt.
Gemäß dieser
alternativen Ausführungsform
werden heiße
Gase ebenfalls als Trocknungsgase 20 verwendet, wobei ein
Teil der heißen Trocknungsgase 32 dem
Trocknungsverfahren gemäß Schritt
2, in welchem sie das Holzrohmaterial durch- oder überströmen, bereitgestellt werden,
wobei die Bedingungen in der Trocknungsvorrichtung 12 während des
Schrittes 2, II, so kontrolliert werden, dass im wesentlichen alle
VOC aus dem Holzmaterial während
Schritt 2 verdampft werden. Das Verfahrensgas 33 wird von
der Trocknungsanlage 12 für Schritt 2, II, entfernt und
wird, um die Temperatur zu erhöhen,
mit dem Trocknungsgas 31 gemischt wenn das Verfahrensgas.
Das erwärmte
Verfahrensgas 34 wird, nachdem es erwärmt wurde, in einen Reaktor 16 eingeführt, in
welchem die VOC oxidiert werden, wobei im Anschluß das vom
Reaktor 16 abwärts
strömende
Verfahrensgas 35, das von seinem VOC-Gehalt befreit ist,
als Trocknungsgas in einen Trockenofen oder Autoklaven 11,
der für
Schritt 1 des Trocknungsverfahrens bereitgestellt wird, bereitgestellt
ist, wobei es das Holzrohmaterial durch- oder überströmt. Das Verfahrensgas 36 wird
aus Schritt 1, I, entfernt und wird vorteilhaft in eine herkömmlichen Vorrichtung
zur Reinigung von Verfahrensgasen aus einer Trocknungsanlage, die
nicht gezeigt ist, übertragen.
In 2 wird der Kreuzfluss
in Schritt 1, I, gezeigt und der Gegenstrom wird in Schritt 2, II,
gezeigt, nur um eine klare schematische Verdeutlichung des Verfahrens
zu erreichen. Somit kann die Art der Beziehung zwischen dem Fluss
des Holzrohmaterials und den Trocknungsgasen durch die Trocknungsanlage,
im besonderen Gegenstrom, Kreuzstrom oder Parallelstrom in diesem
Fall ebenfalls gemäß dem, was
als angemessen angesehen wird, frei gewählt werden. In der Anwendung
des alternativen Trocknungsverfahrens zum Trocknen von Chargen von Holzrohmaterial
sollten zwei Chargen-Verfahren
parallel betrieben werden, so dass das Verfahrensgas, das von Schritt
2, II in dem einen Verfahren entfernt wurde, nach der VOC-Oxidation
Schritt 1, I des anderen Verfahrens bereitgestellt werden kann,
um eine wirksame Ausnutzung der Energie zu erhalten.
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Die
Verdampfung von VOC aus dem Holzrohmaterial durch Ausführen der
oben beschriebenen Zwei-Stufen-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
ist über
die Zeit in 3 gezeigt.
Die durchgezogene Kurve A zeigt, dass bei Ausführen des Verfahrens gemäß 1 solche Bedingungen während Schritt
1, I, aufrechterhalten werden, so dass die Verdampfung von VOC aus
dem Holzrohmaterial im wesentlichen während Schritt 1, I, abgeschlossen
ist und das nur eine zu vernachlässigende Menge
Rest-VOC während
Schritt 2, II, verdampft. Wie aus der gestrichelten Kurve B ersichtlich,
sind solche Bedingungen während
Schritt 1, I aufrechterhalten, damit im wesentlichen keine oder
vernachlässigbare
Mengen von VOC verdampfen, während
solche Bedingungen während
Schritt 2, II, aufrechterhalten werden, damit die VOC-Verdampfung
aus dem Holzrohmaterial im wesentlichen während Schritt 2, II, stattfinden.
Um die gewünschte VOC-Verdampfung
während
des Verfahrens zu erreichen, wird das Verfahren durch Beobachten
von Verfahrensvariablen, wie z. B. Temperatur, Druck, Taupunkt,
Geschwindigkeit des Trocknungsgasflusses, Flussverteilung im Ofen
etc. kontrolliert. Die Wahl zwischen einem Verfahren mit VOC-Verdampfung gemäß Kurve
A und einem Verfahren mit VOC-Verdampfung
gemäß Kurve
B wird bezogen auf die Bedingungen, wie z. B. die Struktur der Trocknungsanlage,
Art und Zusammensetzung des Holzrohmaterials und Anforderungen an
das getrocknete Holzmaterial in einem folgenden Verfahren oder einer
Verwendung, getroffen.