EA027892B1 - Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве - Google Patents

Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве Download PDF

Info

Publication number
EA027892B1
EA027892B1 EA201400025A EA201400025A EA027892B1 EA 027892 B1 EA027892 B1 EA 027892B1 EA 201400025 A EA201400025 A EA 201400025A EA 201400025 A EA201400025 A EA 201400025A EA 027892 B1 EA027892 B1 EA 027892B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
wood
tank
mbar
autoclave
temperature
Prior art date
Application number
EA201400025A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201400025A1 (ru
Inventor
Эрнесто Паньоцци
Original Assignee
Вде Маспел С.Р.Л.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вде Маспел С.Р.Л. filed Critical Вде Маспел С.Р.Л.
Publication of EA201400025A1 publication Critical patent/EA201400025A1/ru
Publication of EA027892B1 publication Critical patent/EA027892B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B29/00—Other details of coke ovens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/007—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00 using pressure
    • B27K5/0075—Vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/0085—Thermal treatments, i.e. involving chemical modification of wood at temperatures well over 100°C
    • B27K5/009—Thermal treatments, i.e. involving chemical modification of wood at temperatures well over 100°C using a well-defined temperature schedule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C10L5/442—Wood or forestry waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/083—Torrefaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2210/16—Wood, e.g. lumber, timber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

Описывается способ термохимической модификации древесины, где модификация достигается путем ряда химических реакций веществ, содержащихся в структуре древесины, протекающих в результате воздействия на древесину температур, при которых начинается пиролиз, т.е. температур в диапазоне 180-240°C; процесс модификации выполняется в вакуумном баке-автоклаве с постоянным поддержанием внутреннего давления ниже атмосферного в диапазоне 70-350 мбар абсолютного давления и состоит из этапов предварительного нагрева, фактической тепловой обработки и охлаждения древесной массы.

Description

(57) Описывается способ термохимической модификации древесины, где модификация достигается путем ряда химических реакций веществ, содержащихся в структуре древесины, протекающих в результате воздействия на древесину температур, при которых начинается пиролиз, т.е. температур в диапазоне 180-240°С; процесс модификации выполняется в вакуумном баке-автоклаве с постоянным поддержанием внутреннего давления ниже атмосферного в диапазоне 70-350 мбар абсолютного давления и состоит из этапов предварительного нагрева, фактической тепловой обработки и охлаждения древесной массы.
027892 Β1
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к процессу высокотемпературной тепловой обработки древесины в вакуумном автоклаве, пригодному для модификации структуры древесины посредством ряда физикохимических реакций содержащихся в ней веществ, проходящих в результате воздействия на древесину температур, при которых начинает идти пиролиз (180-240°С), но при этом в отсутствие горения древесины.
Уровень техники
В этом разделе описывается текущее состояние уровня техники. В связи с этим следует отметить, что процессы тепловой обработки древесины, используемые в промышленности в настоящее время, по существу, состоят из трех следующих последовательных этапов.
1. Предварительный нагрев в баке предварительно высушенной древесины до значений влажности, близких к нулю, до достижения древесиной температуры примерно 180-230°С, при которой начинается пиролиз, с принятием мер по предотвращению горения древесины.
2. Собственно тепловая обработка, состоящая в поддержании заданной температуры древесины в течение заданного периода времени, с принятием постоянных мер по предотвращению горения древесины.
3. Охлаждение древесины до температур ниже 100°С, чтобы последующее воздействие внешней среды на материал древесины не приводило к возможности возгорания и/или к возникновению проблем, связанных с резкими изменениями температуры.
В настоящее время известны три технологии получения термообработанной древесины, характерные признаки которых описаны ниже.
1) Тепловая обработка при атмосферном давлении в баках посредством нагрева перегретым паром (способ завершающей обработки).
Штабель, составленный из древесины, предварительно уложенной на деревянные рейки и высушенной в других устройствах, загружается в бак, который надлежащим образом изолирован, является непроницаемым для пара и аналогичен стандартному баку для сушки древесины, снабженному внутренними вентиляторами для обеспечения циркуляции нагретой среды через штабель; в данном случае пар, перегретый до температуры 150-230°С, поступает от внешнего генератора пара и по причинам безопасности поддерживается при атмосферном давлении с помощью сообщающегося с атмосферой паропровода и/или предохранительной вытяжной трубы, которыми должен быть снабжен бак во избежание опасности превышения рабочего давления.
Древесина защищена от горения (поскольку при термообработке она нагревается до температуры 180-230°С) окружающей инертной средой, так как поступающий воздух (и, следовательно, содержащийся в нем кислород) заменяется перегретым паром.
Таким образом, первые два этапа, т.е. предварительный нагрев и обработка, выполняются одним и тем же способом, с использованием циркулирующего перегретого пара.
Третий этап, т.е. охлаждение, выполняется посредством прерывания впуска перегретого пара и нагнетания в бак деминерализованной воды с использованием специальных распылителей, обеспечивающих распыление водяной струи, которая незамедлительно превращается в пар и поглощает тепло в баке в количестве примерно 540 ккал на литр выпаренной воды, тем самым выполняя охлаждение содержащейся в ней древесины; образующийся пар выводится в атмосферу через вышеуказанную вытяжную трубу.
Разумеется, есть несколько вариантов получения нагревающего пара, которые для краткости изложения здесь опущены, но которые, тем не менее, основываются на использовании перегретого пара в качестве среды для нагрева и в качестве инертной среды.
Ограничения данного способа состоят в следующем:
сушка: обрабатываемая древесина должна быть предварительно высушена в другом устройстве для уменьшения влажности, затем она должна быть охлаждена и, наконец, направлена в бак для повторного нагрева, что приводит к большим затратам времени, рабочей силы и, прежде всего, тепловой энергии;
нагрев: в установке необходимо использовать генератор пара, оборудованный всеми защитными средствами, которые требуются для использования устройств такого типа;
инертизация: выполняется с помощью нагнетания перегретого пара;
охлаждение: для понижения температуры древесины от 230 до 100°С требуется поглотить тепловую энергию в количестве примерно равном 45000 ккал/м3, что соответствует расходу деминерализованной воды 70-80 л/м3 обработанной древесины и последующему образованию примерно 150 м3 пара на 1 м3 обработанной древесины;
загрязнение: водяной пар, выходящей из вытяжной трубы бака, неизбежно действует как транспортное средство, выбрасывающее значительное количество газов и летучих химических веществ, полученных в результате химического превращения древесины (смолы, гемицеллюлоза, целлюлоза и т.д.). В связи с этим важно знать, что камера тепловой обработки с 10 м3 уложенной древесины производит 1,500 м3 потенциально загрязненного пара за один цикл обработки;
- 1 027892 безопасность: следует понимать, что даже в случае отсутствия подачи энергии из-за неисправности внешнего и/или внутреннего оборудования, внутреннюю температуру, тем не менее, необходимо какимто образом поддерживать на постоянном уровне во избежание конденсации нагревающего пара внутри бака и, как следствие, значительного уменьшения объема пара и всасывания воздуха из внешней среды через защитную вытяжную трубу, в результате чего древесная масса может незамедлительно загореться.
2) Тепловая обработка при атмосферном давлении в баке, насыщенном инертным газом (азотом).
Этот процесс аналогичен предыдущему процессу за исключением того, что полость бака наполняется азотом, который, являясь инертным газом, препятствует инициированию горения древесного материала.
Ограничения этого способа состоят в следующем: сушка: см. предыдущий случай;
нагрев: такая система оборудуется теплообменниками с маслом в качестве теплоносителя и/или электрическими теплообменниками, а также вентиляторами для циркуляции азота через штабель древесины;
инертизация: выполняется посредством нагнетания азота, поэтому система должна быть оборудована генератором азота и/или резервуаром для хранения азота соответствующего размера, поскольку расход газа в таком процессе является значительным; кроме того, система должна быть снабжена дорогостоящим анализатором концентрации кислорода, для контроля того, что концентрация кислорода всегда находится ниже опасных пороговых значений;
охлаждение: см. предыдущий случай; загрязнение: см. предыдущий случай;
безопасность: со случайным отсутствием напряжения справиться легче, чем в предыдущем способе; однако следует уделять особое внимание постоянному мониторингу концентрации кислорода в баке во избежание рисков горения. Кроме того, абсолютно необходимо предусмотреть тщательное и безопасное удаление азота, используемого для инертизации, из бака в конце процесса во избежание опасности удушения работающего персонала в результате заглатывания азота при открывании бака. 3).
3) Обработка перегретым паром в автоклаве под давлением.
Такой процесс значительно отличается от двух предыдущих процессов и состоит в загрузке древесины в соответствующим образом изолированный автоклав, способный выдерживать внутреннее давление до 19 бар.
Нагрев выполняется прямым нагнетанием перегретого пара в автоклав, при этом применение вентиляционных устройств и/или внутренних теплообменников не предусматривается.
Данный процесс включает следующие этапы.
1. Предварительный нагрев: после предварительного вакуумирования с остаточным давлением 200 мбар перегретый пар, производимый специальным генератором, подается в бак до тех пор, пока древесина не достигает температуры обработки 180-230°С.
2. Обработка: температура поддерживается на требуемом уровне путем соответствующей подачи пара.
3. Охлаждение: выполняется посредством распыления воды, как и в предыдущих способах, и заканчивается окончательным вакуумированием с последующей подачей наружного воздуха.
Ограничения этого способа состоят в следующем: сушка: см. предыдущий случай;
нагрев: в установке необходимо использовать генератор пара, оборудованный всеми защитными средствами, которые необходимы для использования устройств такого типа;
инертизация: выполняется с помощью нагнетания перегретого пара; охлаждение: см. предыдущий случай; загрязнение: см. предыдущий случай;
безопасность: бак, поскольку он является автоклавом под давлением, должен периодически проходить проверки, соответствующие действующему законодательству.
Краткое описание изобретения
Процесс, который является предметом настоящего изобретения, предназначен для устранения всех или большей части ограничений, описанных выше со ссылкой на существующий уровень техники, и характеризуется тем, что обработка древесины, во избежание ее горения, выполняется при полном удалении содержащегося в баке кислорода, сначала посредством существенного уменьшения исходного количества кислорода за счет частичного вакуумирования бака, что делает воздух крайне разреженным, поскольку он доводится до абсолютного давления 70-350 мбар, а затем посредством полного поглощения остаточного кислорода за счет инициирования контролируемого микрогорения ничтожно малой доли обрабатываемой древесной массы. Этот феномен называется автором изобретения самоинертизация древесины, поскольку сама древесина осуществляет собственную инертизацию, жертвуя ничтожно малой долей своей массы.
Такие термохимические реакции приводят к следующим микроскопическим модификациям характеристик древесины.
- 2 027892
1) Цвет: изменение (потемнение) и гомогенизация цвета по всей толщине древесины, интенсивность которых можно контролировать регулировкой соответствующих параметров процесса, т.е. температуры, давления и времени выдерживания.
2) Прочность: прочность древесины повышается в том смысле, что обработанная древесина становится более устойчивой к воздействию грибка и других питающихся древесиной организмов; таким образом, мягкая древесина, имеющая прочность класса 5, такая как хвойные породы (например, пихта, сосна и лиственница), которая является легкодоступной и имеет низкую стоимость, может достигать прочности класса 1, который соответствует твердой древесине, которая, как известно, является очень прочной (например, дуб, каштан и тик), и стоимость которой может в 3-10 раз превышать промышленную стоимость древесины хвойных пород.
3) Гигроскопичность: гигроскопичность древесины уменьшается, т.е. уменьшается способность древесины к поглощению или впитыванию влаги из окружающей среды, что делает ее практически нечувствительной к погодным изменениям (температура и влажность).
4) Стабильность размеров: вследствие уменьшения гигроскопичности обработанная древесина характеризуется высокой стабильностью размеров при изменениях влажности окружающей среды, что приводит к повышению качества готовых изделий (мебели, деревянных напольных покрытий, фурнитуры, музыкальных инструментов и т.д.), которые становятся практически нечувствительными к погодным изменениям.
5) Механические характеристики: имеет место ухудшение некоторых механических характеристик на 10-15% (растяжение, сжатие и стойкость к сдвигу), однако при этом обнаруживается такое важное изменение, как повышение твердости; термообработанная древесина становится немного более хрупкой, но более твердой. Этот феномен, который может частично ограничивать применение в строительных балках в области строительства, дает неоспоримые преимущества в любых других областях применения, поскольку повышение твердости облегчает не только операции обработки древесного материала, такие как полировка и покраска, но также позволяет изготавливать изделия, имеющие более высокую стойкость к случайным царапинам, такие как напольные покрытия, мебель и оконные и дверные рамы и т.д.
Необходимо отметить, что древесина даже до того, как она подвергается воздействию температур, характерных для тепловой обработки, должна быть высушена до значений влажности, близких к нулю, так чтобы остаточная вода, содержащаяся в стенках пор древесного материала и нагретая до температуры 180-230°С, не создавала давления, приводящего к разрушению древесины и непоправимым повреждениям.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут понятны из приведенного ниже подобного описания, представленного в виде неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых фиг. 1а-1с - схематичные виды в разрезе первого варианта выполнения устройства для тепловой обработки древесины;
фиг. 2а-2с - схематичные виды в разрезе второго варианта выполнения устройства для тепловой обработки древесины;
фиг. 3а-3с - схематичные виды в разрезе третьего варианта выполнения устройства для тепловой обработки древесины;
фиг. 4 - вид устройства с фиг. 1 в перспективе.
Подробное описание
Описанный ниже процесс должен устранить все или большую часть недостатков, известных из уровня техники процессов, обеспечивая при этом гораздо более высокое качество готового изделия. Более конкретно сушка: выполняется во влагонепроницаемом баке, предпочтительно предназначенном для выполнения функции как вакуумной сушилки, так и устройства тепловой обработки, чтобы исключить операцию перемещения штабеля древесины из одной машины в другую, что значительно экономит время, рабочую силу и, прежде всего, тепловую энергию;
нагрев: выполняется в частичном вакууме путем принудительной циркуляции разреженного воздуха (замкнутый контур) через штабель древесины и специальные теплообменники, использующие какойлибо источник тепловой энергии (электричество, термомасло, перегретая вода) без необходимости нагнетания пара, азота и/или другого газа;
инертизация: в процессе самоинтертизации древесины отсутствует необходимость нагнетания пара, азота и/или другого газа для создания инертной атмосферы внутри бака.
Для того чтобы понять динамику феномена самоинертизации, прежде всего, следует принять во внимание, что полость бака-автоклава (изолированная и абсолютно влагонепроницаемая), фактически, является адиабатической системой, т.е. она не предусматривает теплообмен с наружной стороной.
Это означает, что после загрузки древесины в бак система полностью изолируется и содержит только следующие элементы: подлежащую обработке древесину и воздух, который заполняет оставшийся внутренний свободный объем.
- 3 027892
Когда древесина достигает температуры пиролиза (180-230°С) при давлении 70-350 мбар, внутренняя атмосфера бака состоит из воздуха, который является сильно разреженным за счет комбинированного эффекта вакуума и температуры и содержит хоть и низкое, но достаточное для начала процесса горения древесины количество кислорода.
Для определения степени, т.е. потенциальной опасности, вышеуказанного феномена горения желательно знать количество древесной массы, которое может сгореть за счет присутствия кислорода в остаточном воздухе, содержащемся в баке-автоклаве, когда будет достигнута рабочая температура обработки.
Вследствие конструктивных причин, касающихся геометрии, механики и аэродинамики, вне зависимости от внутренних размеров бака-автоклава отношение между свободным объемом внутреннего воздуха и чистым объемом уложенной древесины составляет примерно 3:1=3. Это означает, что на каждый 1 м3 фактически уложенной древесины присутствует также такое количество кислорода, которое приблизительно равно количеству кислорода, содержащемуся в 3 м3 воздуха при комнатной температуре 25°С и при атмосферном давлении 1013 мбар.
Из физики известно, что плотность воздуха изменяется с изменением температуры и давления и, в частности, она уменьшается с повышением температуры и понижением давления. Некоторые значения, важные для настоящего описания, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Коэффициент уменьшения плотности воздуха
Состояние бака Температура °С Давление мбар Плотность воздуха кг/м3 Коэффициент уменьшения плотности воздуха
«Нормальное» исходное состояние 25°С 1013 мбар 1,185 кг/м3
1 режим обработки 180°С 350 мбар 0,269 кг/м7* -П%
2 режим обработки 180°С 200 мбар 0,154 кг/м3 -87%
3 режим обработки 180°С 70 мбар 0,054 кг/м3 -95%
Из табл. 1 следует, что уменьшение плотности воздуха во время процесса является существенным и составляет 77-95% по сравнению с плотностью при нормальных температуре и давлении.
Рассматривая эти результаты применительно к отношению объема внутреннего воздуха к объему уложенной древесины (которое первоначально составляло 3:1=3), можно сказать, что количество имеющегося воздуха уменьшается на значение, равное коэффициенту уменьшения уплотнения, т.е. согласно данным табл. 2.
Таблица 2
Отношение объема внутреннего воздуха к объему уложенной древесины
Состояние бака Температура °С Давление мбар Коэффициент уменьшения плотности воздуха Отношение м3 воздуха / м3 древесины
«Нормальное» исходное состояние 25°С 1013 мбар 0% 3
1 режим обработки 180°С 350 мбар -77% 0,69
2 режим обработки 180°С 200 мбар -87% 0,39
3 режим обработки 180°С 70 мбар -95% 0,15
Из анализа различных значений отношения объем воздуха/объем древесины при различных рабочих температурах видно, что за счет увеличения температуры и уменьшения давления количество имеющегося воздуха существенно уменьшается вместе с количеством имеющегося кислорода для возможного горения.
Из химии известно, что количество кислорода, необходимое для возгорания 1 кг древесины при стандартных условиях (т.е. при атмосферном давлении и температуре 25°С), приблизительно равно количеству кислорода, содержащемуся в 5 м3 воздуха, откуда может быть легко получено количество сгораемой древесной массы на 1 м3 уложенной древесины внутри бака-автоклава в зависимости от параметров температуры и давления, используемых во время обработки:
- 4 027892
Таблица 3
Количество сгораемой древесины
Состояние бака Температура °С Давление мбар Отношение м3 воздуха /м3 древесины Количество сгораемой древесины кг/м3
«Нормальное» исходное состояние 25°С 1013 мбар 3 0,6 кг/м3
1 режим обработки 180°С 350 мбар 0,69 0,138 кг/м3
2 режим обработки 180°С 200 мбар 0,39 0,06 кг/м3
3 режим обработки 180°С 70 мбар 0,15 0,03 кг/м3
Учитывая, что удельный вес сухой древесины варьируется для европейских пород древесины в диапазоне от 400 до 650 кг/м3, понятно, что количество древесной массы, которое может быть потеряно в результате горения из-за присутствия остаточного кислорода, является ничтожно малым и может быть подсчитано следующим образом.
Таблица 4
Древесина пихты (400 кг/м3): потери на горение, мас.%
Состояние бака Температура °С Давление мбар Количество сгораемой древесины кг/м3 Потери в % масс, на горение
«Нормальное» исходное состояние 25°С 1013 мбар 0,6 кг/м3 0,15%
1 режим обработки 180°С 350 мбар 0,138 кг/м3 0,0345%
2 режим обработки 180°С 200 мбар 0,06 кг/м3 0,015%
3 режим обработки 180°С 70 мбар 0,03 кг/м3 0,0075%
Таблица 5
Древесина дуба (650 кг/м3): потери на горение, мас.%
Состояние бака Температура °С Давление мбар Количество сгораемой древесины кг/м3 Потери в % масс, на горение
«Нормальное» исходное состояние 25°С 1013 мбар 0,6 кг/м3 0,09%
1 режим обработки 180°С 350 мбар 0,138 кг/м3 0,021%
2 режим обработки 180°С 200 мбар 0,06 кг/м3 0,0092%
3 режим обработки 180°С 70 мбар 0,03 кг/м3 0,0046%
Для оценки опасности, сопряженной с горением вышеуказанных ничтожно малых древесных масс, необходимо знать количество тепловой энергии, высвобождаемой в результате экзотермического химического процесса во время подобного горения.
Учитывая то, что максимальный показатель теплотворной способности древесины равен 4200 ккал/кг, можно легко подсчитать тепловую энергию, высвобождаемую в процессе горения.
Таблица 6
Удельная тепловая энергия, высвобождаемая при горении древесины в описываемом процессе
Состояние бака Температура °С Давление мбар Количество сгораемой древесины кг/м3 Общая тепловая энергия ккал/м3
«Нормальное» исходное состояние 25°С 1013 мбар 0,6 кг/м3 2520 ккал/м3
1 режим обработки 180°С 350 мбар 0,138 кг/м3 580 ккал/м3
2 режим обработки 180°С 200 мбар 0,06 кг/м3 252 ккал/м3
3 режим обработки 180°С 70 мбар 0,03 кг/м3 126 ккал/м3
Эта энергия, даже если бы она высвобождалась мгновенно, не способна вызвать сколько-нибудь значительное изменение температуры внутри бака и, тем самым, не может представлять опасность ни для механической конструкции, ни для древесины, ни для персонала.
Фактически, кислород ОК не исчезает, а связывается с углеродом С древесины во время экзотермической химической реакции горения
С + О2 = СО2 + тепловая энергия и превращается в двуокись углерода, которая, являясь инертным газом, предотвращает дальнейшее горение: отсюда возникает начальное определение, согласно которому описываемый процесс является процессом самоинертизации древесины.
- 5 027892
Понятно, что с учетом того, что указанная процентная доля сгораемой древесины абсолютно незначительна, феномен окислительно-восстановительного процесса, который является основной горения этого небольшого количества древесины, делает внутреннюю атмосферу бака полностью инертной, поскольку небольшая процентная доля кислорода, которая все еще присутствовала в остаточном воздухе до горения, связывается с содержащимся в древесине углеродом и превращается в двуокись углерода СО2, полностью устраняя присутствующие в баке молекулы кислорода и делая окончательную смесь содержащихся в баке-автоклаве газов полностью инертной.
Имеет смысл проанализировать различные составы газовой смеси внутри бака до того, как будет достигнута температура пиролиза, а также во время процесса самоинертизации древесины в результате описываемого процесса.
Перед достижением температуры пиролиза: азот - 78%; кислород - 21%; аргон - 0,9%; двуокись углерода - 0,04%; прочее - 0,06%.
Во время процесса самоинертизации древесины: азот - 78%; аргон - 0,9%; двуокись углерода 21,04%; прочее - 0,06%.
Охлаждение: с помощью нового и оригинального способа, к примеру, теплообменники обеспечивают передачу тепла от древесины из бака (в котором постоянно поддерживается частичный вакуум и атмосфера самоинертизации) в наружную атмосферу без использования источника воды и/или других газов и без выработки загрязняющего пара;
загрязнение: описанное устройство не образует никаких загрязнений внешней среды, поскольку никакие газы и/или пары не выходят из бака-автоклава, который постоянно находится под давлением ниже атмосферного. Возможное небольшое количество остаточного водяного пара и/или газов, образующихся во время тепловой обработки, может перед всасыванием вакуумным насосом проходить через соответствующий конденсатор, превращающий их в жидкую фазу, что позволяет легкое их выделение в специальный резервуар и последующее удаление согласно действующему законодательству.
безопасность: единственная реальная опасность, возникающая во время нагрева древесины до температур выше 160°С, связана с возгоранием древесины, когда воздух случайно поступает в бак.
Такая ситуация может возникнуть в силу внешних причин, не относящихся непосредственно к устройству (временное прекращение функционирования из-за сбоя в подаче питания), или по причинам, характерным для самого оборудования (неисправность или ненадлежащее функционирование какоголибо компонента оборудования).
Ниже проанализированы возможные внешние и внутренние неисправности, а также дан пример практического осуществления описываемого способа.
Согласно одному варианту осуществления изобретения для устранения этого недостатка, из-за которого все компоненты и датчики устройства могут быть отключены, устройство оборудовано защитной системой, содержащей следующие элементы:
блок ИР8 (бесперебойной подачи электроэнергии), который может функционировать во время отсутствия напряжения и подавать питание на средства управления (РЬС) и защитные устройства описанного ниже оборудования, в течение непрерывного периода времени, составляющего по меньшей мере 6 ч;
телефонное наборное устройство, которое незамедлительно предупреждает персонал (до 4 человек) о возникшем сбое в подаче электропитания с помощью голосовой почты и §М§;
защитный вакуумный насос, имеющий относительно низкую производительность и способный поддерживать вакуум, существующий в баке, на заданном уровне, предотвращая повышение давления в баке и обеспечивая поддерживая концентрацию кислорода на незначительном уровне.
Учитывая тот факт, что защитный вакуумный насос определенно не должен функционировать постоянно, но, благодаря абсолютной закрытости автоклава, будет работать в течение коротких периодов, разделяемых длительными периодами простоя, запас мощности блока ИР8 позволит устройству находиться в дежурном режиме в течение даже более 24 ч, и даже в случае непрерывной работы - не менее чем в течение 6 ч.
Такое решение обеспечивает большое преимущество в отношении сохранения древесного материала и поддержания его в текущих условиях, так чтобы устройство могло автоматически перезапустить цикл тепловой обработки с места прерывания процесса без потери информации о текущем состоянии устройства и древесины при максимальной безопасности.
Для устранения проблемы возможной неисправности одного из электрических компонентов устройства (электродвигателей, клапанов, датчиков и т.д.) в соответствии с вариантом осуществления изобретения каждый компонент контролируется соответствующим устройством (например, устройствами термомагнитной защиты, дополнительными датчиками и т.д.), которое незамедлительно передает сигнал о возникшей неисправности на РЬС-контроллер, так чтобы РЬС мог принять соответствующие меры:
незамедлительная остановка всех компонентов; приведение в действие блока ИР8;
отправление телефонных сообщений операторам с помощью телефонного наборного устройства; приведение в действие защитного вакуумного насоса для поддержания давления в баке на требуе- 6 027892 мом уровне.
В этом случае система незамедлительно реагирует, обеспечивая сохранение древесины и позволяя техникам устранить неисправность и перезапустить систему.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения в любом случае устройство может быть снабжено аварийной системой, препятствующей возможному возгоранию древесины, содержащейся в баке: такая система обеспечивает инертизацию бака посредством подачи азота или воды.
В случае маловероятного возгорания внутри бака, например по причине разгерметизации, в результате чего наружный воздух попадает в камеру, повышая концентрацию кислорода и, тем самым, инициируя горение, специальные датчики давления и температуры посылают сигнал на РЬС-контроллер, который приводит в действие процесс быстрой инертизации, состоящий, по существу, из следующих операций:
незамедлительная остановка всех компонентов; приведение в действие блока ИР8;
отправление телефонных сообщений операторам с помощью телефонного наборного устройства; подача азота или распыление воды внутри бака с помощью специального электрического клапана для заполнения внутреннего объема бака газом или паром, так чтобы внутреннее давление было равно атмосферному или было немного выше, препятствуя, тем самым, попаданию наружного воздуха в бак и наверняка подавляя горение древесины;
приведение в действие системы охлаждения для быстрого понижения температуры бака до значений ниже 100°С, которые значительно ниже температуры горения (160°С).
Из вышесказанного понятно, что описываемое устройство позволяет осуществлять процесс, подходящий для последовательного и/или раздельного выполнения двух физических процессов.
1. Сушка древесины, предпочтительно в вакууме, при температурах 50-100°С, в зависимости от того, является ли древесина твердой или мягкой, при давлении 50-350 мбар, например 125-250 мбар.
2. Тепловая обработка древесины в вакууме при абсолютных давлениях 70-350 мбар и при температурах 160-240°С, включающая в себя три этапа:
предварительный нагрев до тех пор, пока не будет достигнута рабочая температура; собственно тепловая обработка;
охлаждение древесной массы с использованием нового способа, который не предусматривает использование испарения воды для охлаждения древесины.
Со ссылкой на прилагаемые фигуры в варианте осуществления настоящего изобретения устройство 100 содержит следующие элементы:
1) герметичную обрабатывающую камеру (внутреннюю камеру бака-автоклава 1), пригодную для размещения подлежащей обработке древесины, т.е. древесной массы 3; указанная камера имеет влагонепроницаемую дверцу 4 для подачи и извлечения древесины;
2) тележку 2, поддерживающую штабель подлежащей обработке древесины;
3) нагревательную систему для нагрева полости бака-автоклава 1, которая может содержать электрические батареи 5А, 5В или радиаторы с оребренными трубами для нагрева с помощью пара и/или термомасла, или термомасляную рубашку снаружи сушильного бака;
4) вентиляционную систему, содержащую группу вентиляторов 6А, 6В, пригодных для передачи тепловой энергии от нагревательной системы к древесному материалу посредством циркуляции газа в баке;
5) вакуумную насосную установку 13-15, содержащую вакуумный насос и конденсатор 14, расположенный между насосом и обрабатывающей камерой бака-автоклава 1 для конденсации паров и/или газов, выделяющихся из древесины и подлежащих хранению в соответствующем резервуаре с последующей утилизацией в соответствии с требованиями законодательства;
6) систему охлаждения древесины, которая может варьироваться по исполнению в зависимости от способа нагрева, но в которой не используется распыление воды внутри бака;
7) система защиты и сигнализации, обеспечивающая управление потенциально опасными ситуациями.
Ниже приводится описание трех неограничивающих вариантов осуществления устройства 100.
Конфигурация 1: согласно примеру на фиг. 1а-1Ь с прямым электрическим нагревом и охлаждением воздушной рубашкой;
Конфигурация 2: согласно примеру на фиг. 2а-2Ь с нагревом и охлаждением с помощью воздушномасляных теплообменников;
Конфигурация 3: согласно примеру на фиг. 3а-3Ь с нагревом термомасляной рубашкой и охлаждением с помощью воздушно-масляных теплообменников.
Конфигурация 1. Устройство с нагревом электрическими батареями и охлаждением воздушной рубашкой.
- 7 027892
Описание устройства.
Со ссылкой на фиг. 1а-1Ь в показанном примере устройство 100 содержит следующие элементы: герметичный обрабатывающий бак 1 (также именуемый бак-автоклав), содержащий барабан 6, предпочтительно из нержавеющей стали, образующий обрабатывающую камеру, пригодную для размещения древесной массы;
загрузочную тележку 2, на которой размещается штабель подлежащей термохимической обработке древесины 3, образованный слоями деревянных досок и/или полуфабрикатов, отделенных друг от друга распорными подкладками, которые обеспечивают проход для нагревающей среды;
герметичное окно 4;
нагревательную систему, содержащую электрические батареи 5А и 5В;
вентиляционную систему, содержащую в данном примере вентиляторы 6А и 6В, которые за счет циркуляции внутреннего воздуха обеспечивают передачу тепловой энергии от нагревательных батарей к древесине;
корпус 7, предпочтительно из стали, концентричный с баком 1 и образующий с этим баком зазор 8: такой зазор сообщается с атмосферой через расположенное внизу отверстие 9, продолжающееся по всей длине зазора, и через расположенный вверху всасывающий коллектор 10, отсечной воздушный клапан 17 и вентилятор 11;
вакуумную насосную установку, состоящую из всасывающей трубы 12, конденсатора 14, резервуара 15 для сбора и хранения конденсированного пара и вакуумного насоса 13.
Бак термически изолирован от внешней среды с помощью изоляции 16.
Описание работы устройства 100 в качестве вакуумной сушилки опускается, поскольку она уже известна в том смысле, что она уже была предметом ряда патентов заявителя в прошлом и является частью ноу-хау, на которое заявитель выдал лицензию ряду компаний как в Италии, так и за рубежом (например, патент США 4223451; патент Италии 1187959).
Работа устройства согласно конфигурации 1.
После загрузки штабеля древесины 3, т.е. подлежащей обработке древесной массы, на специальную тележку 2 и подачи тележки в обрабатывающий бак (автоклав) 1 через окно 4, он герметично закрывается с использованием специальных устройств.
В этот момент может начаться фактический цикл обработки, который состоит, как описано во введении, из трех последовательных этапов.
Этап 1: предварительный нагрев древесины;
Этап 2: собственно обработка;
Этап 3: охлаждение древесной массы.
Этап 1. Предварительный нагрев древесины.
Во время этого этапа вентиляторы 6А и 6В (согласно описанию из итальянского патента № 1187959 заявителя, относящегося к вентиляционной системе продольно-поперечного типа ЬО-ЬЛ) обеспечивают циркуляцию внутреннего воздуха через нагревательные электрические батареи 5А и 5В и штабель древесины для передачи древесине вырабатываемой батареями тепловой энергии (разумеется, батареи и вентиляторы можно расположить иначе, при условии, что циркуляция среды будет столь же эффективной).
Предпочтительно, система из по меньшей мере двух температурных датчиков 18, погруженных в воздушный поток, обеспечивает измерение температур перед штабелем древесины и за ним и последовательное выполнение регулировки согласно программе, заданной оператором.
В то же время вакуумная насосная система обеспечивает всасывание воздуха из бака 1 до тех пор, пока не будет достигнуто и не будет поддерживаться требуемое значение абсолютного давления. В зависимости от потребностей такое значение может составлять от 70 мбар до атмосферного давления (1023 мбар), до тех пор пока внутренняя температура обрабатывающей камеры остается ниже 180°С, т.е. меньше температуры, при которой может начаться горение древесины; после этого устройство 100 продолжает понижать давление до значения 70-350 мбар, чтобы в момент достижения температуры начала пиролиза внутренняя атмосфера уже имела низкое содержание кислорода и чтобы количество горючего древесного материала из-за явления окислительно-восстановительного взаимодействия между остаточным кислородом и углеродом в древесине было чрезвычайно мало и способствовало требуемому феномену самоинертизации.
Температурный датчик 18, установленный в отверстии, просверленном в середине деревянной доски, которая выбрана в качестве образца, обеспечивает измерение и регулировку температуры термохимической обработки, которая обычно составляет 180-230°С и может быть достигнута путем выполнения ряда последовательных этапов и/или с требуемым градиентом в зависимости от типа древесины, ее толщины и т.п.
Этап 2. Термохимическая обработка.
После того как с помощью специального датчика 18, установленного во внутренней зоне древесины, устанавливается, что древесная масса достигла требуемой температуры обработки, устройство будет поддерживать такую температуру постоянной в течение периода времени, установленного оператором,
- 8 027892 при этом продолжительность такого периода зависит от изменений характеристик древесины, которые необходимо получить (цвет, сохраняемость, гигроскопичность и т.д.), толщины древесины, ее типа и т.д.
На этом этапе используются вентиляторы и, при необходимости, нагревательные батареи, а также вакуумная насосная установка, которая обеспечивает поддержание рабочего давления в баке на уровне 70-350 мбар абс.
Пары и газы, которые могут выделяться древесной массой во время обработки, всасываются вакуумным насосом 13, который транспортирует их по трубе 12 через конденсатор 14, где они охлаждаются до точки росы и затем превращаются в жидкую фазу, которая собирается в резервуаре 15 для хранения, откуда они могут быть извлечены в конце цикла и направлены, при необходимости, на утилизацию в соответствии с требованиями законодательства.
Этап 3. Охлаждение древесной массы.
По завершении этапа обработки древесина имеет температуру 180-230°С, и поэтому она не может быть извлечена из бака, пока она не будет охлаждена в инертной атмосфере до температуры ниже 80°С, во избежание воздействия окружающего воздуха в тот момент, когда она все еще находится при температуре, создающей опасность горения, и воздействия резких изменений температуры, а также исключения риска получения ожогов оператором во время обращения с древесиной.
Способ, используемый для охлаждения древесины, является новым и оригинальным и состоит в том, что вся наружная поверхность бака-автоклава 1 подвергается воздействию потока свежего окружающего воздуха под напором для создания большого перепада температур между внутренней поверхностью (180-230°С) автоклава и наружной его поверхностью (25°С), в результате чего образуется поток тепловой энергии, соответствующий известным законам термодинамики, где количество тепла, передаваемое внешней среде составляет
О = к δ (Τί-Те), где К - коэффициент теплообмена стали ΑΙδΙ 304; δ - наружная поверхность бака-автоклава;
Τι - внутренняя температура бака = 180-230°С;
Те - средняя температура наружного воздуха = 25°С, откуда понятно, что бак-автоклав, рассматриваемый как воздухо-воздушный теплообменник с полной поверхностью теплообмена, имеет высокую эффективность.
Операции охлаждения состоят в открывании отсечного воздушного клапана 17, приведении в действие вентилятора 11, который с помощью верхнего коллектора 10 обеспечивает отбор свежего наружного воздуха от нижнего отверстия 9 и его прохождение в зазор 8 с такой скоростью, чтобы создать турбулентный поток, который за счет контакта с наружной стенкой обрабатывающего бака обеспечивает его быстрое охлаждение, создавая, таким образом, высокоэффективный теплообмен между внутренней поверхностью бака (со всей находящейся в нем древесиной) и наружным воздухом без взаимного прямого контакта: благодаря такому термодинамическому воздействию стенка бака превращается в высокоэффективный газо-воздушный теплообменник с полной поверхностью теплообмена.
Внутренние вентиляторы 6А и 6В, обеспечивающие циркуляцию внутреннего воздуха, отбирают запасенное тепло из древесины и направляют его на внутреннюю поверхность обрабатывающей камеры, в результате чего происходит теплообмен и передача тепловой энергии циркулирующему свежему воздуху, движущемуся в зазоре 8.
Все это происходит без какого-либо отрицательного воздействия на окружающую среду, поскольку не существует никакого контакта и/или смешивания между внутренней средой (смесь воздуха, паров и древесных газов) и охлаждающим воздухом. Разумеется, горячий воздух, выходящий из вентилятора 11, может в зимние месяцы рекуперироваться и использоваться для обогрева промышленных зданий. После охлаждения древесины до требуемой температуры можно открыть герметичную дверцу 4 и извлечь тележку.
Конфигурация 2. Устройство с нагревом и охлаждением с помощью теплообменников.
Этот процесс, по существу, аналогичен процессу, описанному выше со ссылкой на фиг. 1а-1с, со следующими технологическими изменениями (см. фиг. 2а-2с):
нагрев древесины обеспечивается с помощью внутренних радиаторов 15А и 15В, в которых циркулирует термомасло, нагреваемое специальным котлом 27; в показанном примере эти внутренние радиаторы скомбинированы с соответствующими вентиляторами 6А, 6В;
охлаждение древесины обеспечивается путем отвода потока термомасла с помощью 3-ходового клапана от котла к наружному радиатору 20 охлаждения, который в данном примере связан с вентилятором 6С, для создания потока тепловой энергии от радиаторов 15А и 15В, расположенных в баке (при высокой температуре), в окружающий воздух.
В данном примере насос 19 используется для принудительной циркуляции термомасла.
Для выполнения сушки и фактической обработки могут использоваться все процедуры, описанные со ссылкой на фиг. 1а-1с.
Конфигурация 3. Устройство с нагревом термомасляной рубашкой и охлаждением с помощью воздушно-масляных теплообменников.
- 9 027892
Данный физический процесс, по существу, аналогичен процессу, описанному со ссылкой на фиг. 1а-1с, со следующими технологическими изменениями (см. фиг. 3а-3с):
нагрев обеспечивается с помощью зазора 8 снаружи полости тепловой обработки дерева, в котором с помощью насоса 19 циркулирует термомасло, нагреваемое специальным котлом 27 так, чтобы вся стенка бака становилась теплообменником с полной поверхностью теплообмена, поскольку она поглощает снаружи тепло от термомасла, а внутри передает его в воздух внутри бака, и этот воздух циркулирует посредством вентиляторов 6А и 6В по касательной к той же стенке и затем отражается, проходя через штабель древесины 3;
охлаждение обеспечивается посредством циркуляции термомасла через наружный воздухомасляный теплообменник 20, который охлаждает масло, а затем посредством теплообмена с внутренней поверхностью древесину, содержащуюся в баке 1.
Сушка и фактическая обработка выполняются согласно приведенному описанию со ссылкой на фиг. 1а-1с.
Как должно быть понятно из приведенного выше описания и как подтверждается полевыми испытаниями, описанные выше процесс и устройство позволяют полностью решить поставленные авторами изобретения задачи.

Claims (10)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ термохимической модификации древесины, в котором такая модификация достигается с помощью ряда химических реакций веществ, содержащихся в структуре древесины, протекающих в результате воздействия на древесину температур, при которых начинается пиролиз, т.е. температур в диапазоне 180-240°С; при этом указанный способ состоит из этапов предварительного нагрева, непосредственной тепловой обработки и охлаждения древесной массы, где указанный способ отличается тем, что его осуществляют в вакуумном баке-автоклаве (1), в котором поддерживают постоянное внутреннее давление на уровне ниже атмосферного давления в диапазоне 70-350 мбар абсолютного давления, причем при нагреве древесины остаточное количество кислорода полностью удаляют за счет инициирования контролируемого микрогорения малой доли подвергаемой обработке древесной массы.
  2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный бак приспособлен для выполнения как функции вакуумной сушилки, так и функции устройства тепловой обработки, так что сначала в баке (1) осуществляют сушку древесины при температуре 50-100°С и давлении 50-350 мбар с целью исключения повреждения древесины, в том числе при понижении ее влажности до значений, близких к нулю, а затем в том же баке (1) древесину подвергают воздействию жестких температур термохимической модификации, осуществляемой при температуре 180-240°С и давлении 70-350 мбар.
  3. 3. Способ по п.1, в котором вышеуказанный бак (1) выполняет только одну из функций, т.е. или функцию вакуумной сушилки, или функцию устройства тепловой обработки.
  4. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в частичном вакууме посредством принудительной циркуляции смеси инертных газов в замкнутом контуре через штабель (3) древесины и специальные теплообменники, при этом в указанном баке используют любой источник тепловой энергии, выбранный из следующих: электричество, термомасло, перегретая вода.
  5. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что охлаждение древесной массы в конце тепловой обработки обеспечивают с использованием системы теплообмена между внутренней атмосферой бака и наружной атмосферой без какого-либо прямого контакта между ними.
  6. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что частичный вакуум, поддерживаемый в баке-автоклаве во время обработки, используют как для предотвращения выхода паров и/или газов из бака, так и для понижения температуры испарения, так чтобы пары и/или газы во время цикла могли превращаться в жидкую фазу при прохождении через конденсатор, обеспечивая, таким образом, сбор этих паров или газов для последующего удаления.
  7. 7. Устройство (100) для термохимической модификации древесины способом по любому из пп.1-6, где устройство (100) содержит вакуумный бак-автоклав (1), имеющий камеру для обработки, выполненный с возможностью поддержания в камере внутреннего давления во время обработки ниже атмосферного в диапазоне значений 70-350 мбар абсолютного давления;
    средства, пригодные и предназначенные для получения вышеуказанного внутреннего давления, а также для предварительного нагрева, выполнения тепловой обработки и охлаждения древесной массы в баке-автоклаве (1), где указанные средства включают вакуумный насос (13); и конденсатор (14), соединенный по текучей среде с вышеуказанной камерой обработки и выполненный с возможностью прохождения через него газов и/или паров, вырабатываемых во время обработки, и превращения их в жидкую фазу в указанном конденсаторе, где указанный конденсатор функционально расположен между вышеуказанным вакуумным насосом и вышеуказанной камерой обработки.
  8. 8. Устройство (100) по п.7, содержащее наружный цилиндрический корпус (7), концентричный с
    - 10 027892 баком-автоклавом (1), в котором между вышеуказанным цилиндрическим корпусом и вышеуказанным автоклавом образовано пространство (8), пригодное для прохождения текучей среды, подходящей для охлаждения вышеуказанной древесной массы.
  9. 9. Устройство (100) по п.8, выполненное с возможностью всасывания воздуха в пространство (8) из наружной среды в качестве вышеуказанной текучей среды и принудительной циркуляции этого воздуха в вышеуказанном пространстве (8).
  10. 10. Устройство (100) по п.8, содержащее теплообменник (20) снаружи бака-автоклава (1), сообщающийся с вышеуказанным пространством (8), где вышеуказанная текучая среда является маслом с принудительной циркуляцией в вышеуказанном пространстве (8) и в вышеуказанном теплообменнике.
EA201400025A 2011-06-16 2012-06-15 Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве EA027892B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000314A ITRM20110314A1 (it) 2011-06-16 2011-06-16 Procedimento per la modificazione termica di legname ad alta temperatura all interno di un autoclave a vuoto d ora in avanti per brevita denominato termovuoto
PCT/IT2012/000180 WO2012172585A2 (en) 2011-06-16 2012-06-15 High temperature thermal modification process of wood in a vacuum autoclave

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201400025A1 EA201400025A1 (ru) 2014-04-30
EA027892B1 true EA027892B1 (ru) 2017-09-29

Family

ID=44899045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201400025A EA027892B1 (ru) 2011-06-16 2012-06-15 Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10344218B2 (ru)
EP (2) EP2535156B1 (ru)
KR (1) KR101980924B1 (ru)
CN (1) CN103608155B (ru)
BR (1) BR112013030700B1 (ru)
CA (1) CA2838568C (ru)
CL (1) CL2013003600A1 (ru)
DK (1) DK2535156T3 (ru)
EA (1) EA027892B1 (ru)
ES (1) ES2528903T3 (ru)
IT (1) ITRM20110314A1 (ru)
PL (1) PL2535156T3 (ru)
PT (1) PT2535156E (ru)
SI (1) SI2535156T1 (ru)
WO (1) WO2012172585A2 (ru)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ304835B6 (cs) * 2013-09-04 2014-11-26 Hedviga Group, A.S. Způsob výroby paliv pro energetiku a zařízení pro výrobu paliv
AT14770U1 (de) * 2013-09-04 2016-05-15 Hedviga Group A S Vorrichtung zur Herstellung von Brennstoffen zur energetischen Nutzung
CN103808121B (zh) * 2014-03-05 2015-07-15 龙胜县宏胜木业有限公司 一种椎木烘干工艺
US9470455B2 (en) * 2014-08-11 2016-10-18 Weyerhaeuser Nr Company Sorting green lumber
WO2016065477A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-06 Gestion Viateur Girard Inc. Process for wood torrefaction, and construction material produced therefrom
GB201501073D0 (en) * 2015-01-22 2015-03-11 Univ Dublin A method and apparatus for thermochemically processing material
DK178526B1 (en) * 2015-03-05 2016-05-23 Danish Wood Technology As Method for Treatment of Wood
KR101655128B1 (ko) * 2015-04-01 2016-09-08 주식회사 티피에스 다목적 목재 건조장치 및 건조방법
CN105563581B (zh) * 2016-01-16 2017-04-26 南京林业大学 一种湿热高压木材热处理方法
CN105773766B (zh) * 2016-04-05 2017-09-26 中南林业科技大学 一种木材干燥与热改性联合处理方法及装置
SE540196C2 (en) * 2016-06-15 2018-04-24 Stora Enso Oyj Thermally modified wood product and a process for producing said product
CN106003321B (zh) * 2016-07-15 2017-05-31 河南聆海整体家具有限公司 适用于原木或厚方材的热改性方法
DK179094B1 (en) * 2016-07-15 2017-10-23 Wtt Holding Aps Method and system for thermal modification of wood, as well as a control program for carrying out the improved method
BR112020013346A2 (pt) 2017-12-29 2020-12-01 Armstrong Hardwood Flooring Company membro de madeira tratada, piso e método para aumentar a densidade de um membro de madeira
DE102018106806A1 (de) * 2018-02-21 2019-08-22 Reinhard Brunner Trocknungsvorrichtung zum Trocknen hygroskopischen Trocknungsgutes
CN108507173A (zh) * 2018-03-27 2018-09-07 陈洁 一种化工原料桶加热装置
RU2724421C2 (ru) * 2018-08-27 2020-06-23 Василий Юрьевич Чернов Способ и устройство для подготовки и высокотемпературной обработки древесины
CN110715511A (zh) * 2019-09-23 2020-01-21 吴江市松陵电器设备有限公司 一种单开门微循环真空烘箱冷却系统
US11536513B2 (en) 2019-10-25 2022-12-27 Westmill Industries Ltd. Apparatus and methods for drying materials
CN110877391B (zh) * 2019-11-27 2020-08-07 湖南威达尔木业科技有限公司 一种连续式木材改性热处理工艺及系统
CN111283840A (zh) * 2020-02-14 2020-06-16 南京林业大学 一种减少木材板材干燥过程中色差的方法
BE1029557B1 (nl) * 2021-07-05 2023-02-06 Cras Nv Werkwijze voor het thermisch behandelen van hout

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2786424A1 (fr) * 1998-11-27 2000-06-02 Arimpex Sarl Procede de traitement thermique d'un materiau ligno-cellulosique par confinement des gaz, et materiau ligno-cellulosique susceptible d'etre obtenu par ce procede
WO2001085410A1 (en) * 2000-05-11 2001-11-15 New Polymeric Compound (Npc) Industries B.V. Process for producing durable products
US20030068258A1 (en) * 2001-10-04 2003-04-10 National Cheng Kung University Apparatus for producing aluminum nitride
EP1488851A1 (en) * 2003-06-18 2004-12-22 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Rotary oven
EP2269787A1 (de) * 2009-07-03 2011-01-05 Herbert Hagensieker Sägewerk GmbH Brettschichtholz

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2296546A (en) * 1941-03-15 1942-09-22 Crossett Lumber Company Method of artificially seasoning lumber
US2422557A (en) * 1942-11-27 1947-06-17 Kobiolke Adolf Martin Process for seasoning timber
CH504661A (it) * 1967-07-20 1971-03-15 Pagnozzi Vincenzo Procedimento ed impianto per essiccare sottovuoto il legno in tavole o liste
IT1071276B (it) 1976-05-12 1985-04-02 Pagnozzi Ernesto Guglielmo Perfezionamenti nei procedimenti e negli impianti di essiccazione del legname..particolarmente negli impianti che impiegano il vuoto
IT1083106B (it) * 1977-05-17 1985-05-21 Pagnozzi Vincenzo Essicatoio a vuoto particolarmente per legname
IT1129420B (it) * 1980-03-12 1986-06-04 Vincenzo Pagnozzi Procedimento ad alta temperatura per l'essicazione del legno ed apparecchiatura atta a realizzare tale procedimento
DK59286D0 (da) * 1986-02-06 1986-02-06 Steen Ole Moldrup Fremgangsmaade og anlaeg til fjernelse af vaeske fra trae
IT1187959B (it) 1986-02-28 1987-12-23 Vincenzo Pagnozzi Procedimento per riscaldare una catasta di legname all interno di una camera di essiccazione ed essiccatoio a vuoto nel quale viene realizza tale procedimento
JPH07180955A (ja) * 1993-07-05 1995-07-18 Lg Electronics Inc 真空乾燥装置
NL2000405C2 (nl) * 2006-12-22 2008-06-24 Willems Holding B V W Werkwijze voor het verduurzamen van hout, houtproduct en inrichting daarvoor.
CN101288963B (zh) * 2008-06-11 2011-04-13 车炳雷 木材电热高温处理设备和有联合干燥功能的热处理设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2786424A1 (fr) * 1998-11-27 2000-06-02 Arimpex Sarl Procede de traitement thermique d'un materiau ligno-cellulosique par confinement des gaz, et materiau ligno-cellulosique susceptible d'etre obtenu par ce procede
WO2001085410A1 (en) * 2000-05-11 2001-11-15 New Polymeric Compound (Npc) Industries B.V. Process for producing durable products
US20030068258A1 (en) * 2001-10-04 2003-04-10 National Cheng Kung University Apparatus for producing aluminum nitride
EP1488851A1 (en) * 2003-06-18 2004-12-22 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Rotary oven
EP2269787A1 (de) * 2009-07-03 2011-01-05 Herbert Hagensieker Sägewerk GmbH Brettschichtholz

Also Published As

Publication number Publication date
EP2535156A1 (en) 2012-12-19
ES2528903T3 (es) 2015-02-13
SI2535156T1 (sl) 2015-03-31
KR101980924B1 (ko) 2019-05-21
DK2535156T3 (en) 2015-02-02
ITRM20110314A1 (it) 2012-12-17
CN103608155A (zh) 2014-02-26
WO2012172585A2 (en) 2012-12-20
PL2535156T3 (pl) 2015-04-30
EP2535156B1 (en) 2014-10-29
BR112013030700B1 (pt) 2020-12-22
CA2838568C (en) 2021-03-02
BR112013030700A2 (pt) 2018-06-12
EA201400025A1 (ru) 2014-04-30
PT2535156E (pt) 2015-02-06
EP2720839A2 (en) 2014-04-23
CL2013003600A1 (es) 2014-05-16
KR20140059171A (ko) 2014-05-15
CN103608155B (zh) 2016-10-26
CA2838568A1 (en) 2012-12-20
US10344218B2 (en) 2019-07-09
WO2012172585A3 (en) 2013-04-11
US20140124354A1 (en) 2014-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA027892B1 (ru) Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве
KR101434472B1 (ko) 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재
KR100966350B1 (ko) 과열증기를 이용한 목재 건조 탄화장치
US6374513B1 (en) Process for the heat treatment of lignocellulosic material
CA2506996C (en) Apparatus and method for the heat treatment of lignocellulosic material
RU2472069C2 (ru) Система термического разложения горючих отходов и способ утилизации отходов при помощи данной системы
CN111216208B (zh) 一种木材碳化处理方法及设备
JP3844124B2 (ja) 木材乾燥方法
CA2388584A1 (en) Drying plant and method for drying wood
WO2003060039A1 (fr) Procede de production de charbon poreux sans fumee et systeme de production associe
RU2694109C1 (ru) Устройство для термической обработки древесины
TW201502441A (zh) 蒸氣去吸附製程的流體處理方法
US20030159913A1 (en) Portable reactor
RU2724421C2 (ru) Способ и устройство для подготовки и высокотемпературной обработки древесины
KR20040094595A (ko) 목재건조방법 및 목재건조장치
JP3129814U (ja) 磁化給気式燻蒸処理装置
JP4058274B2 (ja) 燻煙乾燥処理方法と装置
WO2009109690A1 (en) Timber treatment unit
CN212051244U (zh) 一种具有能量回收的碳化窖
JP3401548B2 (ja) 難燃木質材料の製造方法
RU2277211C1 (ru) Способ сушки древесины
JP2004306297A (ja) 木材の燻煙乾燥方法及び装置
Razumov SEARCH FOR TECHNOLOGICAL SOLUTIONS TO WOOD THERMO MODIFICATION PROCESS
JP2006142703A (ja) 木材乾留方法および木材乾留装置
CZ2004609A3 (cs) Způsob dekontaminace dřeva, zejména dřevěných železničních pražců a dřevěných sloupů a zařízení k provádění způsobu

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM