Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОЛИЗА И СУШКИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА
УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОЛИЗА И СУШКИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА

УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОЛИЗА И СУШКИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Установка предназначена для получения материала твердых частиц, cпоcобного самополимеризоваться в сформованное изделие, например картон, плиту. Она включает два устройства для гидролиза и сушки лигноцеллюлозного материала. Оба устройства включают сосуд высокого давления и температуры для создания в нем циркуляционного нагреваемого за счет теплообмена потока пара для обработки материала при его транспортировке и средства теплообмена. Первое устройство содержит зону гидролиза лингоцеллюлозного материала в потоке насыщенного посредством средства теплообмена и управляемого средства для подачи воды пара, средства для подачи гидролизуемого лигноцеллюлозного материала, выходное средство для отвода частично гидролизованного материала к устройству второй стадии без попадания циркуляционного потока насыщенного пара во вторую систему и средство выпуска избыточного пара в трубопровод. Второе устройство содержит зону последующего гидролиза и сушки частично уже гидролизованного материала в потоке пара и в циркуляционном потоке перегретого пара, средство для приема частично гидролизованного материала из первого устройства, выходное средство для отвода гидролизованного высушенного материала, циркуляционного потока перегретого пара посредством трубопровода в по меньшей мере одну зону последующего гидролиза и сушки и средство выпуска избыточного перегретого пара. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2095501
Класс(ы) патента: D21C1/02
Номер заявки: 4830031/12
Дата подачи заявки: 10.05.1990
Дата публикации: 10.11.1997
Заявитель(и): Конвертек Груп Лимитед (NZ)
Автор(ы): Эндрю Джеймс Рэфферти[NZ]; Кеннет Эли Скотт[NZ]
Патентообладатель(и): Конвертек Груп Лимитед (NZ)
Описание изобретения: Настоящее изобретение касается усовершенствованных систем установки и соответствующего сырья для гидролиза и использования продуктов гидролиза лингоцеллюлозных материалов.
Большинство ученых знают, что много очень ценных продуктов можно получить из целлюлозы растительных волокон, обработанной лабораторным способом, известным под названием "взрывообразного" ("взрывного") гидролиза. К сожалению, для получения этих продуктов стоимостью 1 доллар надо понести затраты на тепловую энергию и другие расходы больше, чем 1 доллар. Большие суммы исследовательских средств расходуются во всем мире в поисках промышленно зримого способа с незначительным успехом.
Взрывообразный гидролиз включает в себя загрузку древесной щепы или аналогичного целлюлозного материала в крепкий закрытый сосуд высокого давления, чтобы провести термохимическую модификацию. Пар высокого давления пропускается через материал в течение определенного времени в соответствии с температурой. В конце периода пропускания пара открывается клапан на дне сосуда, и гидролизованный материал "выстреливается" ("взрывается") из сосуда. То, что выходит из сосуда, представляет собой сырое очень горячее влажное вещество, которое готово для обработки с тем, чтобы использовать различные химические соединения, которые были высвобождены в результате гидролиза.
В простейшей форме "взрывной" гидролиз производился без химикатов или добавок, но катализаторы используются. Взрывной гидролиз широко использовался в Германии во время войны, когда нехватка химикатов означала, что экономические соображения были подмяты отчаянной нуждой в целевых продуктах. Возросший интерес к взрывному гидролизу проявился в начале семидесятых годов, когда стоимости петрохимикатов начали неимоверно расти. В этот период было задействовано большое число новых проектов с надеждой, что скоротечный гидролиз станет более конкурентоспособным. Со спадом цен на нефть проекты были отложены.
Нет сомнения в отношении значения гидролизованных лигноцеллюлозных волокон, но до настоящего времени использование этого способа полностью ограничено отсутствием экономического способа производства промышленного масштаба. Интереса никакого не было к производству ценных веществ, имеющих в биомассе по причине полной концентрации внимания и доверия к петрохимикатам. Большие мероприятия по увеличению посадок биомассы для реверсирования баланса двуокиси углерода совпали с появлением этой новой технологии.
Нет реальной замены использованию тепла в способе гидролиза лигноцеллюлозного материала, и законы термодинамики обеспечивают, что нет недостатка в количестве тепла, которое требуется. Причина, что способ был неэкономичным в прошлом, состоит в том, что можно было использовать тепло только раз, и в конце каждого цикла тепло почти полностью выбрасывается в атмосферу.
Взрывной гидролиз очень широко практиковался в тридцатых годах и до настоящего дня используется для производства твердого картона по способу Мазонита. Технология почти полностью исчезла, так как была заменена более эффективными способами. Твердый картон по способу Мазонита связывался полностью с помощью природных смол, образующихся в ходе процесса, и синтетические вещества не применялись. К сожалению требовалось 100 тонн воды на каждую тонну обработанного волокна, что создает огромные проблемы загрязнения.
Известна наиболее близкая установка для гидролиза и сушки лигноцеллюлозного материала, содержащая устройство первой стадии и устройство второй стадии, каждое из которых включает сосуд высокого давления и температуры, выполненный с возможностью создания в нем циркуляционного нагреваемого за счет теплообмена потока пара для обработки материала паром в процессе его транспортирования в потоке, и средство теплообмена устройств первой и второй стадии.
Изобретение обеспечивает совершенно другое устройство, в котором гидролиз протекает предпочтительно в системе непрерывной рециркуляции тепловой энергии, в которой минимальные выбросы отходов. Даже избыточное тепло возможно в цепной форме. Изобретение представляет большой скачок в технологии, когда старый хорошо известный, но ранее неэкономичный способ оставлен далеко позади. Высоко эффективная без загрязнений к окружающей среды энергетическая система экономически является конкурентоспособной, без относительно к тому, какое движение цен на рынке нефти, делая биомассу древесных волокон определенной альтернативой как химического сырья.
Поэтому задачей изобретения является создание установки действующих систем и способов, альтернативных предшествующему уровню техники.
Согласно одному отличительному признаку изобретение состоит в производственной установке, которая при использовании может осуществлять способ получения гидролизованного лигноцеллюлозного материала, по существу лишенного доступной воды из источника лигноцеллюлозного материала, причем этот способ включает в себя стадии:
пуск (начало) приготовления системы гидролиза для ввода лигноцеллюлозного материала путем образования энергии теплообмена и инжектирования воды для создания первой системы, имеющей зону гидролизования циркулирующего потока насыщенного пара при повышенных температуре и давлении,
введение в систему циркуляции, после того как достигнуты условия гидролизования в отношении требуемого гидролиза, исходного лигноцеллюлозного материала, перемещаемый по ходу его гидролизования в циркулирующем потоке насыщенного пара в выходную зону первой системы,
после этого из выходной зоны первой системы поток еще нагретых твердых частиц лигноцеллюлозного материала, который по крайней мере по существу гидролизовался, пропускание во вторую систему, имеющую зону гидролизования циркулирующим перегретым паром, при этом прохождение потока твердых частиц между системами ведет к отгону по крайней мере части влаги при пониженном давлении относительно давления первой системы, когда гидролиз продолжается до определенной степени,
и при требуемой сухости производства экстрагирование и/или использование потока твердых частиц из второй системы,
при этом способ дополнительно отличается тем, что по существу имеет место постоянный теплообмен при входе в первую систему по крайней мере после пуска, и регулирование условий насыщенного пара в первой системе производится путем управления входом (подачей) твердых частиц (если твердые частицы влажные), путем управления инжектированием дальнейшей воды в первую систему, и путем управления паром, выпускаемым как выходная энергия из первой системы, при этом способ далее отличается тем, что по существу нет свободного прохода насыщенного пара из первой системы во вторую систему, в ее зону перегретого пара, при этом установка включает в себя:
первую гидролизную установку (устройство первой стадии), имеющую циркулирующую зону гидролизования для функционирования при повышенных температуре и давлении, вход лигноцеллюлозного материала, управляемое средство инжекции воды в зону, спускной клапан для выпуска избыточного пара из этой зоны, выход для твердых частиц, средство вентилятора для образования циркулирующего движения пара в названной зоне и увлечения лигноцеллюлозных твердых частиц в поток из места входа их до места выхода, и циклон для гравитационного аккумулирования твердых частиц на выходе,
вторую гидролизную установку (устройство второй стадии), имеющую зону циркуляционного гидролиза/сушки для функционирования при более низком давлении, чем в первой зоне гидролиза; вход для приема в зоне гидролизования/сушки твердых частиц из вывода первой зоны; выход для перегретого пара; выход для твердых частиц; средство вентилятора для образования циркуляционного движения пара в названной зоне и увлечения твердых частиц в поток от места входа до места выхода твердых частиц в зоне; и циклон для гравитационного направления твердых частиц на выход,
шнек или червяк, содержащий средство управления скоростью вращения для подачи материала твердых частиц между выходом первой зоны до входа второй гидролизной установки без существенного прохода насыщенного пара из первой зоны,
средство теплообмена для нагревания названной первой зоны,
средство теплообмена для нагревания второй гидролизной установки,
средства для управления в соответствии с требованиями проводимого процесса временем пребывания твердых частиц и условий пара по крайней мере в первой установке.
Предпочтительно по крайней мере часть пара, высвобождаемого на первой гидролизной установке с помощью выпускного клапана, образует входное тепло в средство теплообмена для нагревания второй гидролизной установки.
Предпочтительно средства управления временем пребывания и условиями пара управляют установкой таким образом, что она проводит процесс, в результате чего может иметь место управление энергией в системе, согласно которому:
а) при пуске создание энергии в первой гидролизной установке с использованием теплообменных средств ее,
б) только после того, как достаточно энергии введено в первую гидролизную систему, начинается управляемый гидролиз лигноцеллюлозного материала только после его ввода, одновременно вводят в первую гидролизную систему достаточно энергии через названные теплообменные средства первой гидролизной системы и воду (в лигноцеллюлозный материал или иначе) для поддержания системы по существу в стабильном состоянии, при одновременном выпуске избыточного пара из гидролизной системы, и когда материал твердых частиц удвоен после пребывания в условиях гидролизования требуемое время,
в) образование или по крайней мере сохранение носителя перегретого пара во второй гидролизной системе путем отгона пара из влаги по существу гидролизованного лигноцеллюлозного материала, когда он перемещается из первой гидролизной системы во вторую гидролизную систему, причем перегретый пар второй системы поддерживается как перегретый пар с помощью теплообменных средств второй установки, и производится выпуск избыточного перегретого пара из второй системы, и
г) удаление по существу сухого гидролизованного материала из второй системы.
Предпочтительно средство шнека или червяка включает в себя устройство для снижения существенного прохода насыщенного пара из первой гидролизной зоны во вторую гидролизную зону, причем это устройство включает в себя:
средство, образующее камеру, имеющую входной канал и выходной канал,
элемент первого клапана, расположенный в названной камере и приводимый в движение для открывания или закрывания входного канала,
элемент второго клапана, расположенный в названной камере и проводимый в действие для открывания или закрывания (выходного) канала,
средство, с помощью которого элементы клапана приводятся в действие, когда это требуется,
конструкция и расположение таковы, что при использовании твердые частицы из первой зоны под давлением текучей среды могут входить в эту камеру через входной канал, когда выходной канал закрыт, и входной канал закрывается перед тем, как выходной канал открывается, чтобы дать возможность твердым частицам под давлением текучей среды первой зоны перейти из нее во вторую гидролизную зону.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретение касается полученного продукта, образованного из самополимеризующегося гидролизованного лигноцеллюлозного материала в условиях создания соответствующих давления и температуры, в котором (изобретении) гидролизованный лигноцеллюлозный материал был получен по способу получения гидролизованного лигноцеллюлозного материала, лишенного по существу возможной воды из источника лигноцеллюлозного материала, при этом названный способ включает в себя стадии:
начало (пуск) приготовления гидролизной системы для ввода лингоцеллюлозного материала путем образования энергии теплообмена и инжекции воды для создания первой системы, имеющей зону гидролизования циркулирующим потоком насыщенного пара при повышенных давлении и температуре,
введение в циркулирующий поток после достижения условий гидролизования для требуемого гидролиза исходного лигноцеллюлозного материала, который перемещается по ходу гидролизования в циркулирующем потоке насыщенного пара в выходную зону первой системы,
после этого из выходной зоны первой системы поток еще нагретых твердых частиц лигноцеллюлозного материала, который по крайней мере по существу гидролизовался, пропускается во вторую систему, имеющую циркуляционную зону гидролизования перегретым паром, причем прохождение потока твердых частиц между системами ведет к отгону по крайней мере части влаги при пониженном давлении по сравнению с давлением первой системы, когда гидролиз продолжается до определенной степени,
и при требуемой сухости производится экстрагирование и/или использование потока твердых частиц из второй системы,
при этом способ дополнительно отличается тем, что имеет место по существу постоянный теплообмен при входе в первую систему по крайней мере после пуска, и регулирование условий насыщенного пара в первой системе управляется входом (подачей) твердых частиц (если твердые частицы влажные) путем управления дальнейшим инжектированием воды в первую систему и путем управления паром, выпускаемым как выходная энергия из первой системы, причем далее отличается тем, что по существу нет свободного прохода насыщенного пара из первой системы в зону перегретого пара второй системы.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретение касается образованного (сформированного) продукта, полученного в результате самополимеризации гидролизованного лигноцеллюлозного материала в условиях создания соответствующих давления и температуры, в котором (изобретении) гидролизованный лигноцеллюлозный материал получен в двухстадийной системе для гидролизования лигноцеллюлозного материала, где гидролиз проводится с использованием носителя насыщенного пара лигноцеллюлозного материала в системе гидролиза первой стадии и продолжается во второй стадии, используя носитель перегретого пара, в котором (изобретении) реализуется способ управления энергией в системе, который (способ) включает в себя,
а) образование энергии в системе гидролиза первой стадии, используя средства теплообмена в системе,
б) после того, как в систему гидролиза первой стадии введено достаточно энергии, начинается управляемый гидролиз лигноцеллюлозного материала после его ввода, одновременно вводя в систему гидролиза достаточную энергию через средства теплообмена и воду (в лигноцеллюлозный материал или иначе) для поддерживания системы по существу в стабильном состоянии, одновременно выпуская избыточный пар из системы гидролиза, и когда материал твердых частиц удаляется после пребывания в условиях гидролизования требуемое время, и
в) образование или по крайней мере сохранение носителя перегретого пара в системе второй стадии путем отгона пара влаги по существу гидролизованного лигноцеллюлозного материала, когда он перемещается из системы гидролиза первой стадии в систему гидролиза второй стадии, причем перегретый пар второй системы поддерживается как перегретый пар благодаря теплообмену и выпуску избыточного перегретого пара из второй стадии системы, когда по существу сухой гидролизованный материал удален из нее.
Предпочтительно продуктом любого из двух предшествующих пунктов является картон или панель.
На фиг. 1 изображена технологическая блок-схема, схематично показывающая установку согласно изобретению, показывающая первую систему, имеющую в качестве примера два взаимно соединенные теплообменные взаимодействующие секции, и также показывающая аналогичное устройство для предпочитаемой второй системы, которая проводит некоторый гидролиз и производит сушку (фиг. 1а сечение теплообменной части первой системы по А-А, фиг. 1В поперечное сечение В-В теплообменной зоны каждого из предпочитаемых двух или больше районов второй системы);
на фиг. 2А 2Е последовательность движений в предпочитаемом варианте реализации системы снижения давления, которая функционирует совместно с предпочитаемым червяком или шнеком подачи материала из первой системы во вторую систему, причем система снижения давления адаптирована на снижение потери насыщенного пара первичного пара в среду перегретого пара второй системы; на фиг. 3 схематичный вид предпочитаемого варианта реализации средства, благодаря которому конкретный лигноцеллюлозный материал может инжектироваться без падения давления в первую систему на ее входе.
Изобретение касается усовершенствований способов обработки твердых частиц (предпочтительно влажных твердых частиц) до более сухого состояния, одновременно подвергая этот материала соответствующим реакциям гидролиза. Оно также касается усовершенствований способов непрерывного размягчения и/или гидролиза таких материалов с высоким или низким содержанием влаги в нем и затем в последующем, но в течение того же цикла проведением процесса сушки (с некоторой степенью дополнительного гидролиза), тем самым производя экономию использования энергии и снижая выброс нежелательных веществ в атмосферу.
Поскольку температура сушильной стороны ниже температуры гидролизной стороны, гидролиз значительно замедляется и прекращается, когда вода испаряется. Также верно будет сказать, что гидролиз будет прекращаться, пока продолжают иметь место влага, тепло и давление, хотя скорость будет снижена из-за низкого уровня тепла и давления.
На фиг. 1 показано предпочитаемое расположение потоков в варианте реализации, как он показан, где первая система показана как имеющая группу или блок двух теплообменников типа оболочек и труб тогда как вторая система (т. е. система второй стадии гидролиза/сушки) аналогичным образом показана имеющей два теплообменника типа оболочек и труб. Совершенно очевидно, что число таких теплообменников (будут-ли они отличаться друг от друга или нет) не является существенным отличительным признаком изобретения. Может потребоваться использовать более крупные группы теплообменников, чем показано.
При функционировании, например, может использоваться молотковая мельница для измельчения лигноцеллюлозного материала, например древесной щепы. Следует отметить, что другие источники материала могут не требовать использования такой молотковой мельницы.
В число материалов, которые могут использоваться как исходное сырье, из которых могут быть получены ценные продукты, следующие:
все виды материалов древовидных растений как листья, ветки, кора и т. д.
торфы,
отфильтрованный осадок от водоочистительных станций,
сточные воды, отходы животных и т. д. (все виды целлюлозных остатков).
Молотковая мельница при использовании разбивает древесный материал вдоль волокна и это будет содействовать пенетрации тепла. Если требуется, конденсат, образованный на поздней стадии, может использоваться для предварительного нагревания частиц и их промывки перед инжекцией, но после молотковой мельницы 1.
Приготовленный исходный материал в виде частиц затем инжектируется в систему носителя первой системы в местоположении 3 предпочтительно с помощью (тромбущей) машины 2 высокого давления, как показано на фиг. 3.
В изображении на фиг. 3 можно видеть, что шнек 32 подает исходное сырье в виде твердых частиц целлюлозного материала в приемную зону отверстия 34 элемента 33 барабанного типа таким образом, что шток 30 с концентрической конической пробкой может побуждать ее в направлении вправо в кран (клапан) 35 под коническую пробку (адаптированный останавливать обратный поток); продвигающий конец пробки сжимаемого материала твердых частиц корродирует на своей стороне 36 в результате функционирования вращающегося резца или ему подобного, который вращается в направлении стрелок; резец 37 специального профиля функционирует для возможности материалу со стороны 36 появляться в указанном стрелками направлении 38 в системе, т. е. первой гидролизной зоне первой системы.
Первая система содержит два теплообменных элемента 5, показанных в поперечном сечении как 1А. Предпочитаемое вертикальное движение циркулирующего насыщенного пара с (при нормальных условиях работы) гидролизуемым лигноцеллюлозным материалом, увлеченным им, происходит через трубопроводы 5А. Каждый теплообменник 5 и/или 16 имеет высоту предпочтительно около 20 м.
В качестве примера частицы, подаваемые в точке 3 в циркулирующий поток 3 первой системы, расположены таким образом, что материал переносится со скоростью около 30 м/с через трубы теплообменников 5 типа оболочки и труб. Поток газа приобретает скорость с помощью серии вентиляторов или воздуходувок 4, стойких к высокому давлению и высокой температуре, предпочтительно расположенных у основания каждого теплообменника, хотя это не существенно, чтобы каждая группа была тесно связана с одним вентилятором или воздуходувкой. Предпочтительно использовать несколько воздуходувок или вентиляторов.
Когда лигноцеллюлозный материал, введенный в местоположении 3, входит в контакт с газовым потоком высокой температуры и высокого давления (насыщенный пар), он начинает очень быстро отдавать воду. Поэтому имеется перспектива, что при нормальной работе после начала функционирования та вода, которая содержится в исходном сырье или в смоченном материале, может представлять достаточный источник воды в первой системе для поддерживания требуемой среды насыщенного пара. Однако в первой системе предусмотрено инжектирование воды в 10, так как необходимо использовать инжектирование воды во время пуска, чтобы создать требуемые начальные насыщенные условия в первой системе, когда средства первой системы управляют тепловой системой безотносительно к количеству воды, вносимой в первую зону гидролиза сырьем.
Условия температуры/давления первой системы постоянно регулируются путем удаления выпускаемого пара через трубу 23, по крайней мере часть которого предпочтительно используется как средство нагревания во второй стадии. Избыточный пар, который не требуется во второй системе, выпускается через трубу 21, и способен производить электрическую энергию с помощью турбины или может использовать иначе.
Высокой эффективности циклонный сепаратор (циклон) 7 предусмотрен в конце потока циркулирующего газа для отделения потока циркулирующего газа от удаляемых твердых частиц, причем твердые частицы движутся вниз из циклона для сбора и немедленного переноса во вторую систему.
Средство, с помощью которого материал переводится в другую зону, это подающий шнек или червяк 9, который адаптирован функционировать как конечное средство управления временем пребывания лигноцеллюлозных материалов в первой системе. Это устройство шнека или червяка 9 связано с системой 11 снижения давления, роль которой состоит в снижении потерь насыщенного пара в виде утечки из первой системы во вторую систему. Эта система снижения давления может быть, например, устойчивой, как показано на фиг. 2А-2Е.
На фиг. 2А-2Е показан способ, с помощью которого предлагается переводить полувлажные твердые частицы из условий гидролизования высокого давления в систему сушки перегретым паром пониженного давления. На фигуре показан цилиндр с разрывными отверстиями, закрытыми крышками (пробками), имеющими входные просверленные каналы и внутреннюю резьбу для соединения точки подачи на трубах гидролизной циркуляции подаваемого пара высокого давления. Входная точка, показанная в верхней части фигуры, представляет точку подачи на циклоне гидролизной системы. Блок непосредственно открывается в атмосферу трубы гидролизной циркуляции. Выходная точка в нижней части фигуры является выходом в трубу циркуляции сушильной стороны. Цель устройства состоит в приеме материала от гидролизной стороны и подачи его на сушильные диаметры, согласующиеся с цилиндрами и свободно перемещающиеся, но хорошо герметизированные внутри цилиндра. Поршни производят отсечку или воздействие, когда требуется в отношении точек подачи и выхода. Поршень, показанный на левой стороне фигуры, имеет обратный проход пара, который содержит невозвратный клапан, дающий возможность пару проходить между поршнями, но не другим путем. Цель системы дифференцированных поршень/цилиндр состоит в выполнении положительного движения поршней в отверстиях путем приложения давления к большому диаметру ("заднему"), который диктует движение вопреки тому же давлению, приложенному к меньшему диаметру. При прохождении материала из одной атмосферы в другую устройство функционирует повторяющимся образом, повторяя четырехстадийный цикл. Эти циклы показаны последовательно вместе с пятой фигурой, показывающей повторение первой фигуры. На первой фигуре можно видеть, что левый поршень не имеет приложенного давления к задней стороне, в то время как давление приложено к задней стороне другого. Полость между поршнями принимает твердые частицы и становится частично заполненной. Давление подается на заднюю сторону левого поршня, который перемещается для уменьшения объема полости, так как давление все еще приложено к правому поршню. Давление в полости будет увеличиваться, чтобы сжимать пар, содержащийся сзади, через проход на канал (отверстие) подачи. В цикле 3 давление на заднюю сторону правого поршня снимается, так что поршень движется, чтобы открыть выходной канал, когда твердые частицы выдуваются паром в зону пониженного давления. Цикл 4 показывает давление, вновь приложенное к задней стороне правого поршня, который перемещается для сжатия газа, остающегося в полости так, что когда давление снимается с задней стороны левого поршня, он перемещается влево в положение для повторения цикла 1.
Устройство может быть смонтировано парами со смещением рабочих циклов, так что наполнения может дать возможность положительно действующему отверстию (желобу) наполнять соответствующую сторону попеременно, производя полную отсечку в конце каждого наполнения. Они имеют такие размеры, что полость никогда не может быть заполнена больше, чем на 50% твердыми частицами при полной (самой высокой) скорости потока. Каналы на конце цилиндров каждый соединены с двухходовым перепускным клапаном с тем, чтобы либо подавать давление в систему, либо выпускать в атмосферу. Циклы очень простые и единственная тонкость состоит в отсечке для снятия давления на задней стороне левого поршня в конце цикла 4, чтобы дать возможность образоваться давлению в полости и образовать положительное движение. Цикличность устройства будет непосредственно производиться с фиксированной скоростью. Рекомендуется, чтобы полный цикл повторялся со скоростью 300 раз в минуту. При этой скорости инерционные нагрузки не будут высокими и отсечка для упругого сжатия будет устранять инерционные удары.
Полное описание устройства передачи содержится в ново-зеландском патентном описании N 231550, поданном 28 ноября 1989 г. фирмой "Конвертеч груп лимитед".
Время пребывания лигноцеллюлозного материала в первой гидролизной зоне, а также состояние насыщенного пара в ней являются определяющими в отношении конечного продукта, получаемого после воздействия на материал второй зоны гидролиза/сушки. Хронирующая система, как сказано выше, содержит предпочтительно легко нагружаемый горизонтальный винтовой конвейер, заключенный в кожух секции давления и способный хронировать постоянную транспортировку, с возможностью изменения путем изменения скорости вращения, это в целом обозначено под позицией 9.
После транспортировки в поток 14 перегретого газа второй системы происходит перемещение твердых частиц из первой гидролизной зоны высокого давления (насыщенный пар) в зону пониженного давления (например, 5 бар) с помощью устройства 11, описанного подробно в связи с фиг. 3, имеющего способность управлять пропорцией твердых частиц в потоке, перемещающимся из одной системы в другу, чтобы достигнуть требуемого стабильного потока в следующей стадии, т. е. уменьшая количество насыщенного пара, движущегося из первой системы во вторую систему.
Влага, содержащаяся в и на материале твердых частиц, движущихся во вторую систему (которое будет значительным), будет отгоняться от пара, когда материал взрывообразно врывается в сушильную среду в точке 14. Материал при достижении среды низкого давления производит химическое дробление, аналогичное эффекту резкого освобождения при взрывообразном гидролизе.
Материал поступает на стадию сушки, которая в целом по конструкции очень аналогична первой гидролизной стадии. Циклон 18 просто монтируется на сушильном конце системы, где материал может подаваться через шаровой клапан 19 газового давления туда, где материал может потребоваться, т.е. часть его может подаваться на камеру сгорания, тогда как остальная часть может подаваться в систему формования панели или картона, в результате чего без применения иных дополнительных материалов картон/панель может самополимеризоваться из материала твердых частиц при соответствующих давлении и температуре.
Время пребывания на сушильной стороне очень короткое, скажем 3-5 с, и зависит от расстояния/скорости. Тепловая система должна быть выполнена с возможностью сушки максимального потока твердых частиц с максимальным содержанием влаги при минимальной температуре и с тем результатом, что материал, который быстро сушится двигался бы к концу системы как абсолютно сухой без дефектов. Материал, требующий более длительного времени пребывания, просто продолжает отдавать влагу более длительное время. Температура достаточно низкая, так что не происходит ни пиролиз, ни тепловое повреждение.
Атмосфера во второй системе все время поддерживается перегретой и принуждается циркулировать вентиляторами или воздуходувками 15, так что аналогичное движение происходит в трубах 16А теплообменника 16. Скорость сушки при довольно умеренной температуре очень высокая.
Оболочки теплообменников 16 предпочтительно снабжаются теплом избыточного пара из первой гидролизной секции, как можно видеть на фиг. 1, т. е. подается по трубе 23. Конденсат, забираемый на основания теплообменников 16, будет давать значительное количество горячей воды. Также будет иметь место избыток перегретого пара, который отводится через трубу 20, чтобы поддерживать требуемое равновесие атмосферы в сушильной системе.
На фиг. 1 нагревательная жидкость (например, масло, нагретое при помощи форсунки) поступает в рубашки кожухо-трубчатых теплообменников 5 по трубопроводу 25 и выходит из рубашек по трубопроводу 26 для подогрева.
Эффективность сушильной системы зависит от секции гидролиза/испарения, и две секции работают как одна в устойчивом состоянии (предполагается продолжение по крайней мере небольшого гидролиза в секции испарения).
Система способна функционировать точно и может управляться в рамках очень жестких пределов с помощью обычно автоматизации в полной гармонии с требованиями загрузки щепы другого материала твердых частиц и выхода продукции. При правильном расчете в системе не будет заедания или затора, и простой из-за обычной профилактики будет меньше, чем у обычной установки.
Важный отличительный признак изобретения в том, что оно дает возможность усовершенствовать текущие известные способы проведения гидролиза в паровой фазе.
Настоящие способы включают в себя различные способы, в которых гидролизуемый материал помещается в сосуд, где он подвергается нагреванию путем повышения давления в сосуде с помощью насыщенного пара. Некоторые способы являются непрерывными, в которых обрабатываемый материал пропускается через сосуд, который находится под умеренным давлением в результате инжекции пара из отдельного бойлера, и это является обычной практикой в деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. Имеется несколько специальных применений, когда непрерывные системы, в которых используются довольно высокие давления пара, получают пар из внешнего бойлера. В других применениях, где требуется более сильная степень тепловой обработки, гидролиз часто проводится как серия последовательных (каскадных) операций в закрытом сосуде. Материал помещается в сосуд, закрывается, пар вводится под давлением, которое поддерживается, пока не закончится период парообразования. Затем пар выпускается перед удалением материала из сосуда. Этот способ или процесс обычно известен под названием как "взрывообразный гидролиз", потому что обработанный материал часто силой выбрасывается из сосуда, чтобы достигнуть эффекта дробления.
Во всех случаях, когда пар вводится из бойлеров, имеет место начальная конденсация, когда пар поступает в сосуд и встречается с относительно холодной массой. Охлаждение сосуда между порциями загрузки содействует конденсации. Эффект этого состоит в увеличении количества влаги в сосуде и удлинении периода времени, необходимого для передачи тепла, чтобы довести содержимое до требуемого уровня температуры.
Так как введенная вода не может нагреваться в короткое время, доступное точное управляющее устройство для управления внутренней температурой невозможно. В сосуде имеют место две теоретических температуры, т.е. температура пара и более низкая температура воды. В большинстве известных способов проведения гидролиза нежелательное увеличение содержания влаги в сосуде во время стадии нагревания является неизбежным. Увеличение влаги также вызывает замедление скорости гидролиза из-за разбавления реакционной кислоты, представляющей условие, которое является переменным из-за непредсказуемой дисперсии воды.
Данное изобретение устраняет проблемы, вызванные увеличением содержания влаги в обрабатываемом материале. Частицы гидролизуемого вещества находятся в динамическом состоянии суспензии, когда быстро проходят через теплообменную систему в переносящем насыщенном паре. Сразу после входа в атмосферу гидролизования индивидуальные частицы почти мгновенно доводятся до правильной температуры лишь с очень короткой стадией конденсации. Избыточный пар, образуемый испарением влаги из частиц, постоянно регулируется путем отвода избыточного пара, чтобы поддерживать температуру и стабильную атмосферу сухого насыщенного пара. Когда частицы проходят через систему, вода постепенно выделяется, так что в гидролизных реакциях увеличиваются кислотные уровни, поэтому повышается скорость гидролиза. В конце заданного времени пребывания, когда материал "выстреливается" из гидролизующей атмосферы, он суше, чем в точке инжекции.
Преимущества изобретения включают в себя возможность управлять процессом гидролиза с высокой точностью благодаря равномерному и предсказуемому градиенту передачи тепла. Время пребывания может быть очень коротким, порядка несколько секунд, но оно бесконечно не может изменяться в сторону увеличения, чтобы обеспечить очень жесткие допуски во временах обработки. Однородные условия гидролиза и способность точно управлять временем гидролиза является наиболее важным, чтобы достигались и надежно повторялись последовательности требуемых реакций.
Материал находится эффективно в состоянии суспензии во время прохождения через систему теплообмена благодаря динамической природе системы носителя тепла. Очень небольшой физический контакт происходит с горячими поверхностями теплообменников, что предотвращает возможность слипания затора или скопления, что могло бы происходить при попытке нагреть инертную массу в сосуде с помощью теплообменных поверхностей.
Возможные применения системы
Древесный растительный материал состоял из 40-55% целлюлозы, 24-40% гемицеллюлозы и 18-28% лигнина. Целлюлоза была полимером глюкозного сахара, который служит в качестве основного структурного компонента наземных растений. Гемицеллюлоза также является сахарным полимером, но состоит в основном из пятиуглеродных сахаров, таких как ксилоза, вместо шестиуглеродных глюкозных сахаров, содержащихся в целлюлозе. Остальной компонент дерева, лигнин, является сложным полимером ароматических суб-элементных звеньев.
Этот жесткий материал покрывал пучки целлюлозных волокон и связывал их вместе с образованием древесины с жесткостью и стойкостью к разлому. Целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин составили 96-98% сухой массы дерева. Первая операция био-очистки состояла в выделении трех компонентов, и эта функция выполнялась по изобретению.
Существует много альтернативных решений для преобразования промежуточных фракций целлюлозы, пентозы (гемицеллюлозы) и лигнина в продукты для продажи. В нижеследующих классификациях, взятых из прейскуранта В. Х. Клаусмейера под названием "Конфигурации в отношении рафинирования леса", подготовленного для Департамента энергии США, перечисляются эти альтернативы.
1. Применение в отношении целлюлозной массы
А. Целлюлозные продукты
1. Текстильные ткани и пленки (регенерированные целлюлоза и ацетат целлюлоза)
а) Вискоза
b) Целлофан
с) Ацетат целлюлозы
2. Водорастворимые полимеры
а) Кабоксиметиловая целлюлоза
b) Сульфонатная целлюлоза
3. Другие химические производные
а) Ацетат-бутират целлюлозы
b) Нитрат целлюлозы
с) Этиловая целлюлоза
d) Метиловая целлюлоза
B. Глюкоза производная целлюлозы
1. Глюкоза
2. Фруктоза
3. Сорбит
4. Гидрометилфурфураль
5. Метилглюкозит
6. Продукты ферментации
а) Молочная кислота
b) Итаконовая кислота
с) Глюконовая кислота
d) Ксантановая смола
е) Лимонная кислота
f) Глицерин
g) Торула (вид дрожжей)
h) Ацетон/n-бутанол
i) Этанол
j) Бутилен-2,3-гликоль
II. Применение в отношении пентозных сахаров
А. Продукты в небольших количествах
Во время гидролиза гемицеллюлозы были высвобождены небольшие количества кислот уксусной, уроновой и муравьиной, а также сахара манноза, арабиноза и галактоза. Уксусная и муравьиная кислоты были восстановлены из расходованных сульфитных растворов в прошлом.
В. Фурфураль и производные
1. Адипонитрил
2. Найлон
3. Лизин
4. Фурфуриловый спирт
5. Глутаминовая кислота
6. Полиуретановые пенопласты, смолы и пластики
7. Галогеносодержащие и азотосодержащие производные для лекарственного производства.
С. Ксилит
D Глицерин и другие гликоли
Е. Продукты ферментации
1. Этанол
2. Ацетон/бутанол
3. Торула (вид дрожжей)
4. Бутилен-2,3-гликоль
III. Применения в отношении лигнина
А. Ванилин
В. Лигносульфонаты (продолжение)
С. Пенополиуретан и пенополилефин
D. Сероседержащие химикаты
Е. Фенол и замещенные одноядерные фенолы
g. Активированные уголь и древесный уголь
Н. Бензол и фенол
Все выбранные основанные на биомассе способы представляют варианты прямого замещения. Они предлагают альтернативные пути в отношении химикатов, которые в настоящее время производятся из нефти и природного газа. Имеются также варианты косвенного замещения. В этих вариантах основанные на биомассе способы дают продукты, которые не идентичны нефте-химических продуктам на рынке, но могут выполнять те же функции, и поэтому могут заменять нефтехимические продукты. Целлюлозные текстильные волокна и на основе лигнина пенополиуретаны являются примерами продуктов косвенного замещения. Много продуктов на основе биомассы, таких как вискоза, было бы вытеснено в результате более низких цен на нефть и лучшего понимания биополимеров. Возможность реверсировать эту тенденцию значительная.
Значение этого в том, что комплекс установок мог бы быть интегрирован в одном химическом нефтеперерабатывающем заводе, питаемым биомассой, который способен производить все для своих собственных потребностей в сырье, энергии, растворителях, обрабатывающих составах и т. д. все из одного источника входного сырья.
Топливо
Система Конвертеч может использоваться как высоко эффективное средство преобразования влажных лигноцеллюлозных материалов в абсолютно сухие твердые частицы для использования в качестве топлива. Если продукт не должен сжигаться в конце системы, он может быть оставлен в виде частиц и сжигаться непосредственно для образования бездымного и чистого топлива для камер сгорания большого размера, бойлеров и т. д. Избыточный пар из системы может также быть связан с энергетической установкой, когда сама система имеет мощность для образования больших количеств пара высокого давления. Если топливо должно производиться для хранения или транспортировки, оно может быть экструдировано в виде таблеток или брикетов высокой плотности. Брикеты могут складываться штабелями на открытом воздухе, где они будут неуязвимы для погодных условий по причине очень высокой плотности и неабсорбирующих свойств продукта. Топливные брикеты горят очень хорошо на решетках и могут использоваться как бездымные домашние или промышленные виды топлива. В некоторых случаях может быть практичным создавать топливные установки, в которых используется две или больше стадий гидролиза с экстрацией химических продуктов как побочных продуктов производства.
Животная пища.
Хорошо известно, что лигноцеллюлозные материалы имеют большое питательное значение, в частности, для жвачных животных за исключением того, что в необработанной форме они почти полностью неперевариваемые. Обычно применяется щелочной гидролиз для улучшения перевариваемости сельскохозяйственных остатков для этой цели, но способ является дорогим, потому что в нем используется гидроокись натрия. Древесные волокна могут обрабатываться в системе Конвертеч, чтобы придать максимальную перевариваемость, и это производится при очень низких затратах по сравнению с традиционными методами.
Значительная работа проделана по улучшению питательной ценности соломы зерновых культур путем использования пара высокого давления. Департамент США по сельскому хозяйству отложил в основном успешные попытки, потому что обработка с помощью существующего оборудования оказались непрактичной на уровне ферм и экономически неконкурентноспособной. Хорошо известно, что при успешном и экономном гидролизе соломы может быть получена ценная пищевая продукция, содержащая 80% зерен злаковых. Способ должен быть такой, чтобы низкой стоимости остатки могли быть обработаны, показывая преимущество по сравнению с использованием зерна как основы пищевого продукта.
Также вероятно пищевые продукты могут изготавливаться для животных практически из любого вида материала, содержащего целлюлозу, подобно торфу и даже отходам животных. Наиболее значительное загрязнение окружающей среды исходит из сельскохозяйственных предприятий, где большие количества животных сконцентрированы на небольших площадях земли. Выброс животных отходов представляет огромную проблему и теоретически обосновано, что эти волокносодержащие отходы могут быть обработаны в установке Конвертеч для преобразования в сухие частицы, для использования в качестве удобрений, топлива или даже для преобразования снова в животную пищу. Одновременно достигается преимущество в том, что проблема сильного загрязнения устраняется.
Целлюлозная масса и бумага.
Несколько последовательных стадий гидролиза будет экономично производить отличную целлюлозную массу. Также возможно, что эта абсолютно незагрязняющая система будет производить в качестве побочных продуктов достаточно ценные химические вещества, чтобы значительно снизить затраты на производство целлюлозной массы. Имеется очень сильный побудительный мотив для разработки новых и приемлемых с точки загрязнения окружающей среды способов варки бумаги. Система Конвертеч дает большие надежды в этой области с потенциальной возможностью обеспечения экономии в целевых капиталовложениях, а также очень низких расходов, связанных с эксплуатацией и техническим обслуживанием.
Инжекционное формирование.
Гидролизный и высушенный материал является немного гранулированным и необязательно может быть описан как волокнистый. Стандартные частицы будут очень приемлемы для инжекционного формования с помощью стандартного шнекового пресса в нагретых матрицах. Возможности этого способа неограниченные, если предусмотреть большие количества волокна Конвертеч, инжектируемых в очень большие матрицы, и результат будет немного аналогичен эффекту формирования полиуретана, за исключением того, что продукт будет значительно тяжелее и также значительно прочнее. Материал будет течь довольно удовлетворительно при правильно спроектированном оборудовании, и низкая стоимость сырья сделает практически реальными большие формирования. Это не требует большого прыжка в будущее, чтобы вообразить такие вещи, как домашние компоненты типа дверей, оконных рам, кабинетов, мебели, панелей и т. д. произведенных таким способом. В вариантах более высокой плотности этого вида продукции можно обеспечить по очень низкой стоимости тип материала "бакелит", армированный волокнами. Практически он может использоваться всюду, где допускается некоторая степень хрупкости. Электрические компоненты и изделия, которые используются и изготовлены из бакелита, станут возможными.
Экструзионное формование.
Возможно, что исследования этого способа будут очень плодотворными. Стандартные изделия типа наполнителей, плит и др. могут непрерывно экструдироваться через нагретые матрицы в почти неограниченном разнообразии сложных форм. Они могут быть очень большими по объему, если это необходимо, и естественно могут экструдироваться разные виды обивочного картона. Строительное формование, как изготовление плинтусов и наружных поясков, является очевидным применением, но возможности неограниченные.
Обивочный картон.
Эта категория включает в себя то, что можно назвать как продукция типа плоского листа, образованного обычным или непрерывным прессованием.
Твердый картон (фибровый картон).
Это изделие выше самого наилучшего уже изготовленного изделия имеет основной промышленный потенциал. Здесь нет ограничений в отношении толщины, и плотности вообще могут быть значительно ниже, чем плотности нормального твердого картона, обеспечивая ту же прочность. Изделие способно выдерживать все известные испытания в отношении внешних воздействий и влажности. Если потребуется сделать картон полностью неабсорбирующим влаги, могут потребоваться некоторые добавки или проведение дополнительных процессов. Очень высокие плотности могут быть получены, когда требуются специальные свойства, и они могут включать в себя керамико-подобные характеристики с хорошей жаропрочностью.
MDF (фибра средней плотности). Это то же самое изделие, какое описано выше, но более низкой плотности. Отличные свойства наблюдаются при цвете ближе к "солнечному загару" по сравнению со стандартной MI F.
Картон низкой плотности.
Картон низкой плотности 400/450 кг/м3, который был изготовлен, имел очень хорошее качество и характеристики.
"Легкий" картон, 600 кг/Мо и менее является отличным картоном. Картон низкой плотности может изготавливаться с хорошими свойствами прочности. Надо иметь в виду, что никаких твердых смол не добавляется, что картон, изготовленный с использованием природных смол, легче в любом случае при том же количестве содержания волокон. Вообще, картон будет на 8-10% легче при том же весе волокон.
Тонкий MD F.
Тонкий MD F будут аналогичен ранее описанному изделию, как твердый картон, и плотности будут аналогичными, так что по существу они являются одинаковыми изделиями.
Прессование в формах глубоко формируемых конфигураций.
Это включает в себя изделия подобно частям кузова автомобиля, наружные оболочки двери или компоненты разного вида и даже очень больших размеров. Гибкие маты будут частично отверждаться в нормальном производственном процессе, но с более быстрым проведением непрерывного прессования. Будет достаточно отверждения (вулканизации), чтобы сделать мат когерентным, но с большим количеством природной смолы, остающейся в неполимеризованном состоянии. Некоторая специальная обработка может потребоваться в виде фиксации к полиэфирной сетке или другой способ для удерживания мата вместе с тем, чтобы он мог формироваться поверх инструмента. Та же система может также использоваться для прессования в формах более толстых для образования очень больших полностей отделенных изделий, таких как наружные двери, внутренние двери и многие другие строительные и промышленные изделия. Во время последней войны немцы создавали комплексные и очень сложные изделий из фанеры. Эти изделия включали в себя столовые товары, радиокабины, и все виды деталей для самолетов и двигателей, и т. д.
Аналогичным образом формовки могут пользоваться для производства изделий очень высокой плотности многопланового использования в промышленности. Можно предусмотреть использование очень высокой плотности для производства очень эффективных и почти неразрушаемых покрытий для полов и крыш и многих других аналогичных изделий. При более высоких плотностях очень хорошая стойкость волокна вместе с общей нейтральностью к воде и большинству растворителей. В эту же категорию можно включить производство тисненых панелей, используя гравированные плиты/поддоны в обычном тигельном печатном устройстве, возможно с четырехцветной печатью для производства качественно готовых изделий. Это может быть также легче сделано, как вторичная операция, используя частично отвержденный мат из основной системы производства.
Без пустот полностью инертные плиты/листы картона с очень равномерными плотностями будут возможны для производства с помощью очень простого оборудования для формования. Кроме того, важно поддерживать формуемое изделие горячим и ввести достаточно длительный процесс его охлаждения, чтобы оно превратилась в мат. Не требуется оборудования для увеличения пара или чего либо еще вроде обычных наборов обычных вентиляторов, резервуаров смолы, очистителей и т. д. Даже пространство линии формования и затраты будут минимальные. Требуется просто одна группа теплообменников с их воздуходувками и вспомогательным оборудованием в компактном расположении с источником тепловой энергии, являющимся большим нагревателем с термальной жидкостью (8-10 МВт). Линии формования будут почти несуществующими благодаря природе формования.
Пуск.
При пуске предпочтительно теплообменная жидкость или текучая среда, предпочтительно масло, движется в теплообменном контакте с трубами 5А теплообменников 5, при этом такая теплообменная жидкость возвращается вдоль линий 26. Соответствующая камера сгорания может использоваться для сжигания, например, продукта, который был получен из самой системы, даже, например, около 15% всего сухого полученного продукта, если это необходимо.
Отличительный признак системы однако в том, что устройство теплообмена само по себе недостаточно для обеспечения потребностей системы без предварительной пусковой аккумуляции энергии в системе, и эта пусковая аккумуляция в течение периода многих часов сводится к применению тепла в первой системе со стороны теплообменной жидкости в линиях 25 и 26 через теплообменник вместе с инжекцией воды из 10 для образования требуемого насыщенного пара в системе и приведение системы по существу в устойчивое состояние в отношении условий пара и температуры. В то же время температура второй системы может повышаться посредством, если необходимо (не показано), или предпочтительно с помощью выпуска части пара по линиям 23 во время пусковой последовательности.
Однако при функционировании сухой насыщенный пар в первой зоне может двигаться со скоростью около 20 или 30 м/с в диапазоне от 20 до 42 бар/253,2oC (например, 35 бар/242,5oC) или при любых других требуемых условиях. Во второй системе атмосфера перегретого пара должна обязательно поддерживается, где вход на теплообменник находится в диапазоне температуры от 200 до 245oC. Считается, что требуемые условия температуры/давления для сушки перегретым паром будут поддерживаться примерно на уровне 5 бар/150oC.
В обеих частях, т.е. в первой и второй системах избыточный/лишний пар удаляется во время нормального функционирования после пуска, чтобы регулировать атмосферу в системе. Вода для образования атмосферы пара в системе гидролиза обеспечивается испарением воды, содержащейся в исходном сырье в твердотельной форме, или при необходимости, путем инжекции воды в 10. Если вода, содержащаяся в исходном твердотельном сырье, превышает возможность испарительной системы, тогда скорость подачи исходного сырья должна быть снижена, чтобы поддерживать равновесие, так как здесь нет варианта изменять времена пребывания в первой системе для этой цели.
В качестве исходной позиции следует иметь в виду, что вход первичного тепла в движущуюся теплообменную жидкость будет постоянным и что теплообменники 5 будут функционировать по существу с постоянным КПД. Исходя из этого будет ясно, что наилучший способ, с помощью которого может управляться атмосфера в системе, это посредством описанного баланса воды.
В предпочтительном варианте реализации изобретения, в котором древесная щепа является исходным сырьем и требуемым выходом (получаемой продукцией) не является материал для образования энергии, как в ново-зеландском патентном описании N 231577 (поданном 29 ноября 1989 г. фирмой "Конвертеч груп лимитед"), а для образования материала, способного прессоваться как панель или картон или в другую форму в течение времени пребывания в первой системе, довольно коротком, например, в диапазоне 15-40 с, но может быть и длительнее. Основной фактор в точности времени пребывания в первой гидролизной системе - это необходимость точности и воспроизводимости обработки. Основной фактор - это вычисление скорости, которая должна быть оптимальной скоростью, согласующейся с надежным потоком твердых частиц и временем переноса тепла. Не считается желательным управлять временем пребывания путем управления вентилятором или воздуходувкой, и в идеальном варианте воздуходувка должна работать в устойчивом оптимальном режиме. Поэтому следует учитывать, что длина пробега в системе должна быть такой, чтобы управление достаточным временем пребывания могло быть достигнуто с помощью шнекового или червячного устройства 9. Хотя предпочтительно управление шнеков автоматическое, оно конечно может производиться и вручную.
Во второй системе или стадии сушки нет возможности модулировать потоком материала, так как он забирает все, что поступает из первой стадии гидролиза. Условия сушки могут и должны изменяться при выборе температуры, лучше всего подходящей для свойств материала. Скорость потока материала необязательно постоянна и может снижаться до струйки или может даже совсем останавливаться.
Время пребывания для сушки непосредственно управляется скоростью газа, и скорость сушки будет управляться температурой и уровнем перегрева. Система проектируется для сушки предполагаемого объема из первой гидролизной секции, из уровня входной влаги до требуемой сухости.
Инжекционное формование, экструзионное формование
Картон (например, самополимеризующегося картона)
Хорошо известно явление, что гидролизованные лигноцеллюлозные материалы имеют свойство формоваться под воздействием тепла и давления в твердотельный мат или картон без добавления синтетических смол или связующих веществ. Это было продемонстрировано в большом промышленном масштабе на примере способа "Мазонита" изготовления твердого картона.
В патентах Мазона описывается взрывообразный гидролиз, сопровождающийся затем мокрым способом, после чего мокрое волокно прессуется в листы при повышенных давлении и температуре без синтетических связующих веществ. Было отмечено, что связующее вещество образовывалось в процессе деполимеризации/повторной полимеризации лигнина.
Много проделано работы с использованием гидролизованного лигноцеллюлозного волокна, которое затем сушилось до низкого содержания влаги перед формованием в твердотельные изделия под действием тепла и давления без загрязнения окружающей среды, связанного с мокрым способом. Например, Сахсленд, Вудсон и Мак-Миллан представили статью от 21 июня 1982 г. в связи с 36 ежегодным собранием Общества исследований лесной продукции в Новом Орлеане и опубликовали в журнале Лесная продукция в издании от апреля 1983 г. Исследователи подтвердили, что высоко реактивная целлюлозная масса может формоваться сухой и прессоваться сухой без смолы в твердый картон высокого качества.
Процесс гидролиза для производства успешных прессованных изделий должен тщательно управляться в соответствии с температурой и временем и необязательно требует существенного распада гемицеллюлозы.
При производстве прочных и водостойких листов гидролизованное по существу сухое волокно может формоваться в маты, предварительно нагреваться до заданной температуры и затем вводиться под пресс с температурой плиты пресса в диапазоне 210-220oC и прессоваться с усилием 3,5 МПа в течение примерно 10 с на миллиметр толщины в случае тонких листов и соответственно длительнее в отношении более толстых листов.
Формула изобретения: 1. Установка для гидролиза и сушки лигноцеллюлозного материала, содержащая устройство первой стадии и устройство второй стадии, каждое из которых включает сосуд высокого давления и температуры, выполненный с возможностью создания в нем циркуляционного нагреваемого за счет теплообмена потока пара для обработки материала паром в процессе его транспортирования в потоке, и средства теплообмена устройств первой и второй стадии, отличающаяся тем, что устройство первой стадии содержит по меньшей мере одну зону гидролиза лигноцеллюлозного материала в по меньшей мере большей части потока пара, находящегося в сосуде высокого давления и температуры, поддерживаемого как насыщенный посредством средства теплообмена и управляемого средства для подачи воды и в по меньшей мере части циркуляционного потока насыщенного пара, средство для подачи гидролизуемого лигноцеллюлозного материала, выходное средство для отвода по меньшей мере частично гидролизованного материала к устройству второй стадии, выполненное с возможностью практически полного предотвращения попадания циркуляционного потока насыщенного пара в устройство второй стадии, и средство выпуска избыточного пара в трубопровод избыточного пара, причем средство для подачи материала, управляемое средство для подачи воды и средство выпуска избыточного пара выполнены с возможностью поддерживания гидролиза при преимущественно постоянных температуре и давлении и при преимущественно постоянной энергии средства теплообмена, при этом средство для подачи материала и выходное средство выполнены с возможностью регулирования времени обработки материала для управления степенью гидролиза, а устройство второй стадии содержит по меньшей мере одну зону последующего гидролиза и сушки, находящуюся в сосуде высокого давления и температуры, работающем при давлении ниже давления внутри сосуда первой стадии, частично гидролизованного в устройстве первой стадии материала в потоке пара, поддерживаемого как перегретый посредством средства теплообмена, и в циркуляционном потоке перегретого пара, средство для приема частично гидролизованного материала из устройства первой стадии, выходное средство для отвода гидролизованного высушенного материала из устройства второй стадии, а циркуляционного потока перегретого пара посредством трубопровода по меньшей мере в одну зону последующего гидролиза и сушки, и средство выпуска избыточного перегретого пара.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство для подачи гидролизуемого лигноцеллюлозного материала содержит молотковую дробилку с набивочным механизмом высокого давления, соединенную с трубопроводом циркуляционного потока насыщенного пара.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходное средство для отвода по меньшей мере частично гидролизованного материала содержит циклон для отделения насыщенного пара в трубопровод циркуляционного потока, а частично гидролизованного материала к выходу из циклона.
4. Установка по любому из пп.1 3, отличающаяся тем, что устройства первой и второй стадии соединены посредством шнекового или червячного питателя для транспортировки частично гидролизованного материала от выходного средства устройства первой стадии к средству для приема частично гидролизованного материала устройства второй стадии.
5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что выход из циклона соединен с входом шнекового или червячного питателя.
6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходное средство для отвода гидролизованного высушенного материала из устройства второй стадии содержит циклон для отделения перегретого пара в трубопровод циркуляционного потока, а гидролизованного высушенного материала к выходу из циклона.
7. Установка по любому из пп. 1 6, отличающаяся тем, что устройство первой стадии и устройство второй стадии имеют средства вентиляции, соединенные с соответствующими циркуляционными трубопроводами пара, для обеспечения циркуляции пара и частиц лигноцеллюлозного материала в каждом из устройств.
8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство теплообмена устройства первой стадии содержит колонки с множеством каналов для циркуляции гидролизуемого лигноцеллюлозного материала, выполненных с возможностью омывания их снаружи теплообменной жидкостью.
9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство выпуска избыточного пара устройства первой стадии содержит спускной клапан для управляемого выпуска избыточного пара в трубопровод избыточного пара.
10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство теплообмена устройства второй стадии содержит колонки с множеством каналов для циркуляции частично гидролизованного лигноцеллюлозного материала, выполненных с возможностью смывания их снаружи паром из трубопровода избыточного пара устройства первой стадии.
11. Установка по п.4, отличающаяся тем, что шнековый или червячный питатель содержит камеру и первый клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения в камере для открывания или закрывания входа в камеру, второй клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения в камере для открывания или закрывания выхода из камеры, и моторные средства для перемещения двух клапанных элементов, причем шнековый или червячный питатель выполнен с возможностью управления временем пребывания лигноцеллюлозного материала в устройстве первой стадии.