DE69729813T2

DE69729813T2 - Verfahren zur Behandlung von Lignocellulose-Materialien bei hoher Temperatur

Info

Publication number: DE69729813T2
Application number: DE69729813T
Authority: DE
Inventors: Roland Unternahrer; Cyrille Chautemps; Jean-Pierre Bernon
Original assignee: Pluri Capital PCI Inc
Current assignee: Pluri Capital PCI Inc
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: ES2224079T3; EP0946339A1; US6374513B1; PT946339E; ES2218669T3; BR9713908A; EP1312881B1; CA2274944C; CA2274944A1; ATE258843T1; FR2757097A1; WO1998025742A1; EP0946339B1; PT1312881E; DE69727497D1; ATE270767T1; DE69727497T2; DE69729813D1; EP1312881A1; FR2757097B1

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Inhalt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln eines Lignocellulose-Materials, wie z. B. Holz, bei hoher Temperatur.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In diesem Fall kann die Abzweigung vom Ansaugkanal oder vom Anstaukanal in der Nähe eines Brenners in die Verbrennungskammer münden.
Die Vorrichtung kann auch einen Abzugsschlot auf der Strecke der Zirkulation der Gase der Behandlungskammer stromabwärts der Rührmittel umfassen.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
Der Schritt des Abkühlens des Materials durch Einspritzen von Wasserdampf kann gefolgt sein von einem Schritt des Abkühlens durch Zirkulation von Luft.
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.
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:
1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die daran angepasst ist, in dem Verfahren gemäß der Erfindung in Betrieb genommen zu werden;
2 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung von 1;
3 eine Längsschnittsansicht der Vorrichtung von 1;
4 eine perspektivische Ansicht von oben der Vorrichtung von 1 mit Teilweglassungen;
5 eine Schnittansicht in größerem Maßstab eines Schlots der Vorrichtung von 1;
6 eine Schnittansicht in größerem Maßstab eines Auffängers der Vorrichtung von 1;
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;
8 eine schematische Darstellung der Temperatur als Funktion der Zeit im Verlauf der Behandlung gemäß der Erfindung.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In beiden Fällen ist eine partielle Zirkulation der Gase der Behandlungskammer durch die Verbrennungskammer sichergestellt, wie weiter unten beschrieben wird.
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.
Tabelle 1
Die Tabelle zeigt den beachtlichen Dickebereich der Materialien, die dank der Erfindung behandelt werden können.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Behandlung wird durchgeführt mit den Dauern:
T₁ = 5–8 Stunden; T₂ = 1–4 Stunden; T₃ = 2–6 Stunden; T₄ = 15–45 min.
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.
Die Behandlung wird durchgeführt mit den Dauern:
T₁ = 4–7 Stunden; T₂ = 2–3 Stunden; T₃ = 1–5 Stunden; T₄ = 15–45 min.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zum Behandeln von Lignocellulose-Material bei hoher Temperatur, das die Schritte enthält: – Vorwärmen und Trocknen des Materials auf eine Temperatur in der Nähe der Verdampfungstemperatur vom Wasser; – Erwärmen des Materials unter reduzierter Atmosphäre in offenem Kreislauf; – Abkühlen des Materials durch Einspritzen von Wasserdampf.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vorwärmens und Trocknens fortgesetzt wird bis zur quasi vollständigen Verdampfung des im Material enthaltenen, freien Wassers, vorzugsweise bis die Feuchtigkeit der Gase um das Material herum unter 12% ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erwärmens des Materials unter reduzierender Atmosphäre bewirkt wird, bis eine Temperatur zwischen einschließlich 200 und 240°C und vorzugsweise zwischen 220 und 230°C erreicht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erwärmens des Materials unter reduzierender Atmosphäre bewirkt wird, indem die vom Material freigesetzten Gase mit mindestens einem Brenner unter reduzierender Atmosphäre durch eine Verbrennungskammer hindurch zirkulieren gelassen werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Schritt des Erwärmens des Materials unter reduzierender Atmosphäre ein Schritt des Haltens des Materials auf einer Temperatur in der Nähe der Temperatur, die im Verlauf des Schritts des Erwärmens erreicht wurde, folgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schritt des Abkühlens des Materials durch Einspritzen von Wasserdampf ein Schritt des Abkühlens durch Luftzirkulation folgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6; dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung bewirkt wird unter Aufrechthaltung eines im wesentlichen konstanten Unterschieds zwischen der Temperatur außerhalb des Materials und der Temperatur im Inneren des Materials im Verlauf der Schritte des Vorwärmens und Trocknens sowie des Erwärmens, wobei der Unterschied vorzugsweise vom Querschnitt des zu behandelnden Materials abhängt.