[发明专利]用于木材改性的反应器系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维素材料的乙酰化的领域，具体地，属于实心木材的乙酰化的领域。本发明涉及用于木质纤维素材料的乙酰化的反应器系统，以及涉及用于木质纤维素材料的乙酰化的方法。

背景技术

为了生产具有长使用寿命的木质材料，众所周知的是使用化学方法将木材改性，具体地，使木材乙酰化。从而获得具有改良的材料性能的材料，这些材料性能例如为尺寸稳定性、硬度、耐久性等。

在这方面的一个参考文献是WO 2009/095687。在此文献中所描述的用于木材乙酰化的方法包括以下步骤：将木材浸没到反应压力容器中的乙酰化液体内，实施浸渍过程，去除过量的乙酰化流体，将惰性流体(通常是氮气，该惰性流体可能包括非惰性乙酸酐和/或乙酸)引入容器中，使惰性流体循环并且遵循加热方式加热该惰性流体，以便实现木材的适当乙酰化，以及去除循环流体并且使乙酰化过的木材冷却。虽说该方法非常适用于实现有效的木材乙酰化，但使用标准设备来执行该方法会导致若干缺点。

因此，除其他因素之外，反应容器内的条件是这样的：在整个过程中的某些阶段中，通常是在升高的温度和压力的条件下对反应容器充填以腐蚀性的乙酰化液体。如WO 2009/095687所描述的，这使得为使例如包含乙酸和/或酸酐的流体有效地循环而强加对于诸如风扇的设备的使用的限制。这些设备具有相对短的使用寿命，从而导致昂贵的操作。

此外，期望有效地从木材中去除乙酰化介质。实现该期望的通用方法是通过利用汽提气来使反应器进行汽提，汽提气能够凝结，由此重新获得液体化学制品。这种去除方式(化学制品回收)存在的问题是需要高能量输入。

一份背景参考文献是US 5,525,721。在此文献中，专门应用气相的乙酰化流体使木材乙酰化。该方法适用于具有相对大的表面积与体积比的木质纤维和木条。所描述的方法和装置不适合于乙酰化实心木材，特别是不适合例如具有相对大的尺寸的梁或厚木板的形式的实心木材。该参考文献未论述化学用品的回收。

发明内容

为了更好地应对前述期望中的一个或多个，本发明一方面提出了用于木质纤维素材料的乙酰化的反应器系统的应用，该系统包括：反应容器，该反应容器具有适于引入木质纤维素材料的可闭合的开口；用于乙酰化流体的液体入口和/或液体出口；以及气体入口和气体出口，该气体入口和气体出口连接至第一气流回路，所述第一气流回路包括与气体入口和气体出口相连接的气流管线，所述气流管线与换热器和至少一个风扇相连接，该应用用于将实心木材浸渍到液体乙酰化介质中的乙酰化方法。

在另一方面中，本发明提供用于木质纤维素材料的乙酰化的反应器系统，该系统包括：反应容器，该反应容器具有适于引入木质纤维素材料的可闭合开口；真空连接件，该真空连接件适于在反应容器内建立真空；用于乙酰化流体的液体入口和/或液体出口；以及气体入口和气体出口，该气体入口和气体出口连接至第一气流回路，所述第一气流回路包括与气体入口和气体出口相连接的气流管线，所述气流管线与换热器和至少一个风扇相连接，其中，第一气流回路的入口和出口定位成使得气体能够在反应容器的直径上循环。

在又一方面中，本发明提供用于木质纤维素材料的乙酰化的方法，该方法包括：将木质纤维素材料引入如上所限定的反应容器；用乙酰化流体充填反应容器，以便浸没木质纤维素材料；使木质纤维素材料被乙酰化流体浸渍；去除过量的乙酰化液体，通过使经加热的气体经由所述第一气流回路以及—在适用的情况下—经由所述其他气流回路穿过反应器进行循环，以将热量施加给经浸渍的木质纤维素材料，以便使木质纤维素材料发生乙酰化。

在再一方面中，本发明涉及用于木质纤维素材料的乙酰化的方法，该方法包括以下步骤：(a)用乙酰化流体浸渍木质纤维素材料，并且去除过量的乙酰化液体；(b)借助于经加热的气体流来加热经浸渍的木质纤维素材料，以便使木质纤维素材料乙酰化；(c)降低木质纤维素材料受到的压力，以便将残余的乙酰化流体从木质纤维素材料中移出；(d)通过使气体经受冷凝来使这些气体充当用于所移走的残余乙酰化流体的汽提气；其中，经受冷凝的气体是循环的经加热气流的一部分。

附图说明

图1示出了根据本发明的方法的流程图。

图2示出了根据本发明的替代性方法的流程图。

图3示出了本发明的替代性方法的流程图，其中包括循环加热器。

图4、图5、图6和图7示意性地示出了引导气流的不同可能性和/或气体回路的完全换热或部分换热的可能性。这些附图在下文中将作进一步讨论。

具体实施方式