[发明专利]木材在真空高压容器中的高温热改性方法

说明书

技术领域

本公开涉及木材在真空高压容器（autoclave）中的高温热处理方法，适于通过构成木材的物质的多个化学-物理反应来产生木材结构的改性，这样的改性通过在无论如何防止木材燃烧的同时将木材暴露至开始出现热解现象的温度（180℃-240℃）来产生。

背景技术

在本节中描述现有技术的当前状态。在这个方面，值得一提的是，当前在工业中使用的木材的热处理方法大致依序包括以下三个步骤：

1.在单元内将预干燥木材预加热成湿度值接近零，直到其温度达到开始热解的大约180-230℃的温度，其中采取措施以防止其燃烧；

2.实际热处理，包括在预设时期内将木材保持在预设温度，同时无论如何总是防止木材的燃烧；

3.使木材冷却直到使其无论如何达到100℃以下的温度，以便随后能够将木材暴露到外部环境而没有燃烧的风险和/或热冲击的问题。

当前，已知有三种技术用于获得热处理的木材，下面在本文中对其进行描述同时指出其特征。

1）单元中的在大气压力下使用过热蒸汽加热进行的热处理（芬兰方法）。

由预布置在板条（batten）中的木材组成并且在其他装置中干燥的叠层定位在单元内，该单元适当地绝缘并且不能渗透蒸汽，与传统的木材干燥单元类似，设置有内部鼓风机以产生穿过叠层的加热流体循环，在这种情况下，蒸汽在150-230℃的温度下过热，通过外部蒸汽发生器提供并且出于显著的安全原因通过开通到大气的管道和/或安全烟道严格地保持在大气压力下，所述单元必须设置有所述管道和/或安全烟道以防止风险的内部过压。

由于木材在惰性环境中在180-230℃的热处理温度下被加热，由于初始存在于其中（因此其中包含有氧气）的空气被过热蒸汽替代，因此木材被保护避免触发燃烧。

因此，前两个步骤（即预加热和处理）通过相同方法使用过热蒸汽循环来执行。

第三个步骤（即冷却）通过阻断过热蒸汽入口并且通过提供用以使水的射流“雾化”的特定喷射器将去离子水注入单元中来执行，水的射流立刻转变成蒸汽，以每升蒸发水大约540Kcal的比率吸取处理单元的热，从而执行包含在其中的木材的冷却；由此产生的蒸汽通过上述“烟道”排放到大气中。

当然，在用于产生加热蒸汽的方法中存在一些变型，本文中为了简洁的原因将省略对其进行的描述，但是这些变型无论如何总是能溯源于使用过热蒸汽作为单元的加热与惰化介质。

该技术的限制在于以下几点；

◆干燥：待处理的木材必须被在另一装置中预干燥以降低湿度值，然后冷却，并且最终供给至处理单元以便被再次加热，这带来时间、劳动力、并且首要地是热能的大量浪费；

◆加热：存在安装配备有对于其使用而言所需的所有安全措施的蒸汽发生器的需要；

◆惰化：其通过过热蒸汽的注入来执行；

◆冷却：为了使木材温度从230℃下降到100℃，热能的减除是必要的，等于大约45.000Kcal/m3，这对应于每立方米处理木材消耗70-80升的去离子水，并且因此每m3处理木材产生大约150m3蒸汽；

◆污染：离开单元的烟道的水蒸气不可避免地起到用于由于木材的化学转变产生的气体和挥发性化学物质的显著组（树脂、半纤维素、纤维素等）的载体的作用。因此，重要的是了解具有10m3木材配载的热处理室每个处理周期产生1.500m3的潜在的污染性蒸汽；

◆安全：显而易见的是，在由于机械装置的外部和/或内部故障而缺少能量供应的情况下，无论如何均通过某种方式来保持内部温度，以防止加热蒸汽在单元内冷凝，从而显著地减小其体积并且经由安全烟道从外部环境吸入空气从而能够立即点燃木材主体。

2）在充满惰性气体（氮气）的单元中在大气压下进行的热处理

除了单元的内部充满作为惰性气体的氮气的变型以外，该方法与先前的方法类似，防止了触发木材的燃烧。

该技术的限制在于以下几点；

◆干燥：参见上述情况；

◆加热：该系统设置有导热油内部流体和/或电热交换器，并且设置有用于使氮气穿过木材堆循环的鼓风机；

◆惰化：其通过注入氮气来执行，因此该系统需要配备有氮气发生器和/或尺寸适当设计的储存容器，因为气体消耗是显著的；此外，该系统需要设置有昂贵的氧气浓度分析器以确保其浓度通常低于风险阈值。

◆冷却：参见上述情况；

◆污染：参见上述情况；