木质纤维素材料的乙酰化的方法和反应器系统及应用技术方案

公开了一种用于木质纤维素材料的改性的反应器系统。根据本发明专利技术，该系统包括：反应容器、真空连接件以及连接至气流回路的入口和/或出口，该气流回路与换热器和至少一个流体循环装置相连接。特别地，气流回路设置成使得气体能够在反应容器的直径上循环。该气流回路优选包括诸如分配板的气体分配装置。 1

Acetylation of lignocellulosic materials and reactor system and Application

A reactor system for modifying lignocellulosic materials is disclosed. According to the invention, the system consists of a reaction vessel, a vacuum connector, and an inlet and / or outlet connected to the air flow circuit, which is connected to a heat exchanger and at least one fluid circulation device. In particular, the airflow loop is arranged to allow the gas to circulate on the diameter of the reaction vessel. The air flow loop preferably includes a gas distribution device such as a dispensing plate. One

【技术实现步骤摘要】
木质纤维素材料的乙酰化的方法和反应器系统及应用本申请是申请日为2013年5月22日、提交日为2015年1月7日、国家申请号为201380036332.9、名称为“用于木材改性的反应器系统和方法”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术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。本专利技术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。
技术介绍
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WO2009/095687。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WO2009/095687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US5,525,721。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。
技术实现思路
为了更好地应对前述期望中的一个或多个，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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示出了根据本专利技术的方法的流程图。图2示出了根据本专利技术的替代性方法的流程图。图3示出了本专利技术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。具体实施方式通过将木材浸没到液态乙酰化介质中的方式实现的木材的乙酰化—特别是实心木材的乙酰化—是一种总体上不同于化学反应的方法。这具体是由基材—也就是木材—的性质导致的。应当理解的是，木材—当然是作为实心木材提供时(通常作为诸如厚木板或梁的长块)—本身不能加工成有助于与乙酰化流体最佳地接触以及有助于引发反应的工艺条件。前者需要最佳的浸渍。这不是本专利技术的一部分，并且可以通过本领域已知的方式实施，但是由于处于反应容器内的压力之下的相对有腐蚀性的化学液体，因此将木材优选地全部浸没在乙酰化流体中会出现具有潜在危险的状况。本专利技术能够积极影响工艺条件，特别是热量分布(热量分布将会导致引发和/或控制与水的反应和木材内的实际乙酰化反应)、以及与此有关的能量消耗、和传热传质的均匀性。用于本专利技术的反应器系统将大体上包括与用于木材浸渍的那些反应容器相类似的类型的反应容器，同时使得温度和压力条件适用于本文所描述的反应。这样的容器将具有适于引入木质纤维素材料—例如实心木材—的可闭合的开口。特别是在实心木材的情况下，以及更特别地在诸如厚木板或梁的相对大的块中，这样的开口通常将会是舱口或门。在广义上，本专利技术以对如下内容的审慎洞察为基础：使经加热的气体在用于木材的乙酰化的反应容器内循环，通过这样的方式来避免风扇与液体乙酰化介质的接触，以及避免风扇上的浸渍压力。为此，反应器系统与气流回路一起使用，该气流回路包括与换热器和至少一个风扇相连接的气流管线，该至少一个风扇放置在反应器的外部。尽管将风扇放置在反应器的外部在化学反应器中不常见，但这是一种用以避免受压的乙酰化液体作用在风扇的叶片和/或马达上的巧妙的解决方式。换热器优选地适于加热气流回路中的气体。应当理解的是，虽说将会对气体加热以便于进行用乙酰化流体浸渍木材的乙酰化反应，但是相同的气流回路连同换热器也可以用于提供冷却气体，当需要的时候也会提供用于化学制品回收步骤的介质和热量。气流回路的入口和出口优选定位成使气体在反应容器的直径上循环。因此，在一种实施方式中，本专利技术提供如上所述的反应器系统，其中包括连接反应容器的其他入口和出口的多个气流回路，所述其他入口和出口定位成使气体在反应容器的直径上循环，所述第一入口和出口以及其他入口和出口分散在反应容器的长度上。这提出了这样的技术方案：通过缩短气流通过反应器的路径(即，相对于反应器的长度为横向的而非纵向的)来避免热量的不应有的损失，以及建立通过木材垛的均匀气流。并且，当气流在反应器的直径上传导时，与其在反应器的长度上传导的情况相比，气流在成分上的差别将是最小的。此外，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于木质纤维素材料的乙酰化的反应器系统，所述系统包括：反应容器，所述反

【技术特征摘要】
2012.05.22 EP 12168973.11.一种用于木质纤维素材料的乙酰化的反应器系统，所述系统包括：反应容器，所述反应容器具有适于引入木质纤维素材料的可闭合的开口；真空连接件，所述真空连接件适于在所述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，所述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所述气体入口和所述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，所述第一气流回路的入口和出口定位成使得气体在所述反应容器的直径上循环。2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一气流回路的所述入口与诸如分配板的气体分配装置相连接，所述气体分配装置定位在所述反应容器的入口与所述反应容器的内部之间。3.根据权利要求1或2所述的反应器系统，包括与所述反应容器的其他入口和出口相连接的多个气流回路，所述其他入口和出口定位成使得气体在所述反应容器的直径上循环，所述第一入口和出口以及其他入口和出口分散在所述反应容器的长度上。4.根据前述权利要求中的任一项所述的反应器系统，其中，所述反应容器包括与额外的气流管线相连接的出口，所述额外的气流管线与冷凝器系统相连接。5.根据权利要求4所述的反应器系统，其中，所述反应器包括用于凝结的液体的入口，所述用于凝结的液体的入口定位在所述冷凝器系统的下游。6.根据前述权利要求中的任一项所述的反应器系统，其中，所述真空连接件定位在所述反应容器上、定位在所述气体回路上、或者定位在所述反应容器和所述气体回路这两者上。7.根据前述权利要求中的任一项所述的反应器系统，其中，所述换热器定位在所述反应器的内部，优选地采用如下形式：至少一个换热器位于所述反应器的气体入口侧，并且至少一个换热器位于所述反应器的气体出口侧。8.根据前述权利要求中的任一项所述的反应器系统，设计成允许气流的方向倒转。9.一种用于木质纤维素材料的乙酰化的方法，包括：将所述木质纤维素材料引入如...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔林·拉德马克斯，贝纳杜斯·约瑟夫·马里亚·波尔，保罗·巴瑟马克，特奥多鲁斯·赫拉尔杜斯·马里纳斯·玛丽亚·卡彭，
申请(专利权)人：泰坦木业有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB