Способ восстановления древесных волокон из древесно-волокнистых и/или древесно-стружечных плит для повторного использования

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ВОЛОКОН ИЗ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ И/ИЛИ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Заявлен способ рециркуляции конструкционных древесных панелей, таких как фибровый картон, восстанавливающий составные древесные волокна для повторного использования вместо натурального древесного волокна. Древесные панели измельчают и смешивают с водой, чтобы образовать суспензию, которую затем нагревают, пропуская электрический ток через суспензию,чтобы ослабить сцепление между древесными волокнами. Нагревание можно выполнять под давлением выше атмосферного. После нагревания суспензия может быстро сбрасывать давление,например, с помощью распыления ее через сопло, чтобы высушивать и расщеплять волокна. Устройство описано для выполнения способа в виде непрерывного процесса. Нью Артур Джеймс (GB) Медведев В.Н. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: МДФР НЭЧЕРАЛ ФАЙБРЕС ЛИМИТЕД (GB) Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к рециркуляции конструкционных материалов древесины, таких как древесно-волокнистая плита и древесно-стружечные плиты. Более конкретно, изобретение относится к восстановлению составляющих древесных волокон из бракованных конструкционных древесных материалов для повторного использования вместо натурального древесного волокна. Это изобретение не относится к способам варки целлюлозы, которые восстанавливают волокно из лигноцеллюлозных материалов для изготовления бумаги или картона. Уровень техники Комбинированные древесно-волокнистые плиты на основе древесины и древесно-стружечные плиты (панели) обычно используют в качестве сырья для изготовления мебели, столярных изделий, торгового оборудования и сооружений. Они массово производятся во многих частях мира (свыше 22 млн тонн ежегодно). Они обычно содержат матрицу очищенных древесных волокон, древесной щепы или стружки, соединенных вместе под высоким давлением и температурой, обычно с дополнением смолы или клея. Самым известным из этих типов панелей являются древесно-волокнистая плита средней плотности(ДВПСП) и древесно-волокнистая плита высокой плотности (ДВПВП). Древесно-волокнистые плиты и древесно-стружечные плиты соответствуют целевому назначению,но не применяются непосредственно явно для эффективного повторного использования. Более 170000 тонн ДВПСП нацелено на введение потока отходов ежегодно в Великобритании от первичного и вторичного процесса переработки (потоки коммерческих и промышленных отходов). Значительно большее количество, когда учитываются потребительские отходы. Обработка этих потоков отходов выполняется более проблематично обычно используемой методикой нанесения верхнего слоя поверхности на картон во время или после изготовления. Зажимные приспособления и фитинги, например, вставки и петли, которые можно прикладывать к изделиям, изготовленным из древесно-волокнистой плиты, также добавляют сложность к идентификации эффективного процесса рециркуляции. В настоящее время нет никакого жизнеспособного экономического способа восстановления древесного волокна из этих потоков отходов, и, следовательно, его уничтожают либо закапывая, либо сжигая. Это способствует нежизнеспособному использованию закопанного мусора и потере потенциальной возможности рециркуляции. Сущность изобретения Термин "суспензия" используют по всему этому документу для описания материала, который состоит из воды и смеси картона, который колеблется от маленьких частей влажного однородного волокнистого картона до отдельных древесных волокон, выдерживаемых в воде. Термин "конструкционный древесный материал" используют для описания материала, такого как древесно-волокнистая плита и древесностружечная плита, которую составляли, искусственно соединяя вместе волокна, щепу или другие маленькие частицы пиломатериала. Настоящим изобретением является способ восстановления составных древесных волокон из отходов и отсортированных конструкционных древесных материалов, предпочтительно в непрерывном процессе, таким образом, что восстановленное волокно имеет надлежащее качество, которое подлежит рециркуляции/повторному использованию в обрабатывающей промышленности древесно-волокнистых плит (вместо натурального древесного волокна) и другого целевого назначения, включая, но не ограничивая, изоляционные материалы, наполнители для пластмассы/цементные смеси, абсорбенты стружки и материал для выращивания садовых культур. Способ использует: (i) добавление воды или отсутствие добавок к массе бракованного композиционного конструкционного древесного материала и (ii) применение (проводящего) нагрева электрическим током к этой массе. Выгода применения нагрева электрическим током состоит в том, что он является однородным и проникающим тепловым действием, порожденным этой методикой, без сжигания или углежжения древесного волокна. Отходы предпочтительно механически разбивают на куски (измельчают) перед применением тепла или добавлением воды для повышения эффективности процесса. Дополнительно механическое разрушение материала плиты применяют к водной суспензии материала плиты прежде, чем произойдет высыхание волокон. Можно использовать поверхностные реагенты, чтобы ускорить пропитку частей древесно-волокнистой плиты добавленной водой. Для того, чтобы оптимизировать проводимость и улучшать эффективность нагрева, к воде можно добавлять электролиты. Способ применяет использование высоких температур в диапазоне 30-99 С (и предпочтительно в диапазоне 80-99 С) на суспензию (смесь) воды и конструкционного древесного материала. Применение высокой температуры, при использовании нагрева электрическим током, уменьшает адгезионное (и добавленная смола, и природный лигнин) сцепление между лигноцеллюлозными элементами, таким образом обеспечивая возможность легкого отделения составных древесных волокон друг от друга. Способ предпочтительно дополнительно применяет использование непрерывной системы. Способ может дополнительно применять использование повышенных температур (выше 100 С) в герметизированном отсеке нагрева электрическим током. Способ может дополнительно применять использование быстрого сброса давления через сопло вы-1 021142 сокого давления (или набор сопел), в качестве помощи высушиванию восстановленных волокон. Эффект разделения волокна также осуществляется во время сброса давления, который помогает обрабатывать материалы и облегчает более эффективное дополнительное высыхание, если требуется. Этот способ высыхания может работать либо в результате быстрого сброса давления из герметизированного отсека нагрева электрическим током, либо при использовании в качестве дополнительной независимой барической подсистемы внутри линии непрерывного процесса, которая использует нагрев электрическим током под давлением окружающей среды. Изобретение важно благодаря перспективе устойчивого развития, поскольку оно предлагает потенциал для уменьшения экологического бремени важного элемента системы цепи поставок продукции пиломатериалов, создавая добавленную стоимость и продлевая срок службы длинных древесных волокон. Непрерывная природа процессов является очень предпочтительным фактором, который обеспечивает значимость процесса для необходимого большого объема технологического сектора композиционных древесно-волокнистых плит, где пропускная способность исходного сырья для промышленности может достигать более 40 т в час. Кроме того, способ в соответствии с этим изобретением допускает отделение обычно используемых верхних слоев поверхности от элемента древесного волокна конструкционного лесоматериала. Эти верхние слои используют во время изготовления или после него в качестве средства дополнительной привлекательности к "товарным" продуктам, таким как древесно-волокнистая плита. Эти верхние слои обычно включают в себя фанеру, бумажную фольгу, краску или другой тип "ламинированного материала" и подлежат удалению прежде, чем восстановленное древесное волокно может быть снова использовано. Это изобретение направлено на это требование. Существует выбор предварительной обработки отходов, использующий механические способы, такие как пескоструйная очистка, подмыв струей воды под высоким давлением или строгание. Однако, где эти способы не практичны, можно использовать флотационное разделение (включая разделение пенным способом) после применения нагрева электрическим током. В качестве альтернативы (или дополнительно) разделения можно достигать с помощью использования технологий воздушной сортировки (таких как циклонные сепараторы) во время или после того, как произошло высыхание волокон. Это изобретение имеет общее применение в таких комбинированных древесно-волокнистых плитах, которые широко изготавливают и используют. Это обеспечит новый источник сырья для изготовления комбинированных древесно-волокнистых плит, таких как ДВПСП, которые в настоящее время очень восприимчивы к использованию сырья для промышленности повторно используемых пиломатериалов. Волокно, восстановленное благодаря этому процессу, будет иметь сопоставимое "качество" волокну из натуральных древесных волокон, изготовленных из щепы или лесоматериала, годного для распиловки,обычно используемого процессом очистки. Получающееся в результате волокно от этого обладающего признаками изобретения процесса можно применять гибким способом в показателях их физических характеристик; длиной, влагосодержанием и т.д. можно управлять. Эффективный способ, в котором это изобретение предусматривает древесное волокно, подлежащее рециркуляции, важен в настоящее время,потому что он уменьшает потребность в натуральной древесине, недостаточных природных ресурсах. Преимущества Эта технология обеспечивает восстановление древесных волокон из бракованного конструкционного древесного материала таким образом, что восстановленные волокна остаются подходящего качества для повторного включения в состав древесно-волокнистой плиты или другого изделия. Этот процесс является повторяемым в такой древесно-волокнистой плите, изготовленной с восстановленным содержанием волокна, которую можно непосредственно повторно использовать по назначению. Он предлагает экологические и экономические преимущества над другими способами рециркуляции/уничтожения, такими как компостирование/сжигание с восстановлением энергии, посредством чего волокна "утрачивают свойства" после одного цикла. В одном аспекте это изобретение предусматривает непрерывное восстановление больших объемов древесного волокна из бракованного конструкционного древесного материала, таким образом, обеспечивая возможность введения восстановленного волокна непосредственно в производственный процесс ДВПСП. Это является существенным преимуществом над "групповой" переработкой, которая будет неспособна подавать восстановленное волокно способом, подходящим для производственных пропускных способностей в пределах от 10-40 т в час. Это изобретение также предусматривает гибкость и управление влагосодержанием восстановленных волокон, поэтому предлагая многократные точки входа в линию производственного процесса древесно-волокнистой плиты (который может отличаться оборудованием). Восстановленные волокна можно также высушивать и упаковывать в тюки для более эффективного хранения и использования в специализированных магазинах альтернативного применения. Это изобретение отличается от изобретения, раскрытого в международной заявке на патент WO 03/026859 А 1, при помощи которого материал бракованных досок обрабатывают малообъемным групповым способом, используя хемо-термомеханический процесс. Использование нагрева электрическим током является высокоэффективным и эффективным по затратам средством нагрева в показателях и по капитальным затратам, и по текущим затратам. Оно обес-2 021142 печивает преимущество перед технологией, предложенной Jawaid (патент Великобритании 2410746 В), при помощи которого электромагнитное излучение предложено в качестве средства помощи с уменьшением масштаба и восстановлением древесных волокон из бракованного лигноцеллюлозного картонного материала. Технологический эффект от этой методики нагрева электрическим током будет включать в себя более управляемый температурный профиль и более гомогенный профиль нагрева суспензии во время переработки картона и такой более прогнозируемый цикл восстановления без опасности горения или углежжения материала и с уменьшенной производственной опасностью возникновения пожара. Это изобретение включает в себя дополнительный насосный агрегат высокого давления, в котором омические нагревательные элементы можно выполнить за одно целое. Агрегат может в качестве альтернативы образовать дискретный отсек после применения нагрева электрическим током. Быстрый сброс давления из этого агрегата через сопловую решетку высокого давления, предназначенную для обеспечения прохода воды и взвешенного древесного волокна, предусматривает мгновенное испарение существенной части связанной влаги, содержащейся внутри древесных волокон и между ними. Эффект разделения волокна также засвидетельствован. Этот эффект высыхания достигнут при относительно низкой энергии и бремени расходов. Дополнительное высыхание может также требоваться или быть желательным в зависимости от применения восстановленного волокна. Краткое описание чертежей На чертеже схематическое представление предпочтительного процесса восстановления древесного волокна из бракованной древесно-волокнистой плиты. Подробное описание процесса ДВПСП и другой бракованный конструкционный древесный материал можно распределять по категориям на два отдельных типа; те, которые не обработаны, то есть не имеют никакого нанесенного на поверхность покрытия (сырьевой картон), или те, которые обработаны, то есть имеют шпон, фольгу,краску или другую форму ламинированного материала, нанесенного на поверхность и/или края. Это изобретение допускает обработку этих отходов вместе, то есть, смешанных потоков отходов и обработанного, и необработанного материала, причем обрабатываемого одновременно или путем отклонения материала обработанных отходов через начальный "очистительный" отсек, в котором верхний слой поверхности удаляют с помощью механического средства. Каждый перерабатывающий завод восстановления отходов, вероятно, будет оказывать воздействие на технические условия для поступающих отходов, в зависимости от коммерческой деятельности в пределах своего района охвата обслуживанием, например, группа изготовителей мебели или основной центр розничного распределения (где материалы отходов можно получать после обратной перевозки от многократных специализированных магазинов). Если требуется, механический отсек (1.1) разбивки на куски образует начало этого изобретения с наиболее вероятной операцией измельчения, которая подлежит применению. Удаления верхних слоев поверхностей лучше всего достигают, измельчая материал до относительно однородного размера, где каждая часть имеет приблизительные размеры 80 мм 80 мм. Однако нагрев электрическим током является самым эффективным, когда средний размер измельченных частей древесно-волокнистой плиты составляет менее чем 20 мм 20 мм. Это предусматривает более равномерное распределение паровой воды в резонаторе нагревателя электрическим током. Принимая во внимание эти изменения, оптимальные параметры размеров частей отходов были установлены между 25 мм 25 мм и 45 мм 45 мм. Удаление металлических или других твердых загрязняющих веществ будет рассмотрено сразу после измельчения магнитом (1.2 а) индукции для удаления черного металла и разделителем (1.2b) вихревого тока для удаления цветных загрязняющих веществ (винтов, гвоздей, арматуры, петель и других вставок, которые можно найти в частично обработанных или потребительских отходах древесно-волокнистой плиты). После измельчения материал калибруется посредством автоматизированного решетчатого фильтра(1.3). Сетчатый конвейер, который использует степень вибрации, удалит пыль и мелкие частицы. Извлечение пыли (1.4) используют на этой стадии, чтобы поддерживать безопасные условия труда. Затем материал подается в ванну (1.5) с подачей раствора по каплям, которая содержит горячую воду при температуре выше 30 С с оптимальным рабочим диапазоном между 80 и 99 С. Назначение этого отсека состоит в том, чтобы обеспечить поглощение достаточного объема воды в бракованной древесноволокнистой плите для обеспечения возможности эффективной и прогнозируемой работы проводящего нагревания. Вода может содержать добавленные поверхностно-активные вещества, чтобы увеличивать или ускорять смачивание древесно-волокнистой плиты. Вода может также содержать добавленные соли(например, NaCl в растворе 0,05 М) для увеличения проводимости получающейся суспензии. Начальное измельчение (1.1) предусматривает большую поверхностную область древесноволокнистой плиты, которая подлежит воздействию воды, когда погрузится в ванну с подачей раствора по каплям, поэтому уменьшается время, требуемое для того, чтобы произошло достаточное поглощение. Это предпочтительно для ограничения водопоглощения до требуемого минимума, чтобы уменьшить стоимость и энергию, вовлеченную в удаление ее снова позже в процессе. В зависимости от смеси обра-3 021142 батываемых потоков отходов влагопоглощение будет оптимизировано между более высоким влагосодержанием, требуемым для доведения до максимума эффективности нагрева электрическим током, и более низким влагосодержанием, для сведения к минимуму энергии, требуемой для высушивания обработанных волокон. В одном примере влагосодержание древесно-волокнистой плиты можно увеличить приблизительно от 8% wwb (вес основы во влажном состоянии/общий вес) до приблизительно 70% wwb. Затем материал отходов передается в бункер с непрерывной подачей, который вводит части древесно-волокнистой плиты в отсек (1.6) нагрева электрическим током. Нагрев электрическим током предусматривает быстрое и гомогенное поглощение тепла в частях древесно-волокнистой плиты. Подачей в этот отсек будет управлять резьбовая пробка, нагнетательный насос или подобное устройство, которое поддерживает постоянную пропускную способность. Резьбовая пробка также действует в качестве уплотнения для обеспечения того, что никакой нежелательной утечки не произойдет из отсека нагрева, который может работать под повышенным (выше атмосферного) давлением. Можно использовать нагнетательный насос высокого давления для поднятия внутреннего давления этого отсека предпочтительно до значения между 1,0 и 20 атм (чтобы предотвратить вскипание) в зависимости от требований технологической температуры. Отсек нагрева будет обычно иметь форму угловой изолированной цилиндрической камеры между 0,2-20 мв длину с диаметром между 50 и 500 мм. На основании обычной пропускной способности пяти тонн в час бракованных древесноволокнистых плит, эти размеры составят приблизительно 15 м в длину с диаметром 220 мм. Это позволит суспензии оставаться в отсеке нагрева сроком на несколько минут: обычно приблизительно 3 минуты в зависимости от рабочей температуры. Электроды располагают на внутренней части технологической камеры в решетке определенной формы из двух или более электродов, которая конфигурирована, чтобы доводить до максимума нагревание и проникающий потенциал системы. Решетку определенной формы изготавливают по техническим условиям заказчика для расходов, потребляемой мощности и проводимости суспензии, и ей можно управлять, чтобы оптимизировать температуру нагревателя для данных пропускных способностей, входных температур и проводимости суспензии. Нагреватель электрическим током будет обычно работать в диапазоне 20-1500 кВт. Суспензия поддерживается при температуре по меньшей мере 50 С и предпочтительно по меньшей мере 90 С, в то время как она остается в камере. Если камера герметичная, рабочую температуру можно увеличивать до 160 С. Материал может выходить из нагревателя электрическим током через водомерную колонку или водонапорную башню, чтобы поддерживать давление внутри нагревателя. После прохождения через нагреватель электрическим током материал может все еще содержать свободные "комки" (пучки или связки) неразделенных волокон. Поэтому материал может потребовать,чтобы некоторое дополнительное перемешивание достигло полностью гомогенного состояния."Разбиения" или раздробления можно достигать, подавая материал во вращающийся цилиндр, который можно нагревать или можно не нагревать. Вращающийся цилиндр можно также использовать,чтобы выборочно захватывать оставшиеся части бракованного ламинированного материала. Можно также использовать аэродинамическое оборудование, которое вводит физические барьеры в свободный проход волокон. Это достигнет эффекта освобождения отдельных волокон от оставшихся комков на данном этапе. Материал после разбиения высушивают (1.7). Затем высыхающие любые оставшиеся куски бракованного ламинированного материала можно удалять в воздушном циклоне до пакетирования и упаковывания восстановленных волокон (1.8). В качестве альтернативы, восстановленные волокна можно сразу подавать в дальнейший производственный процесс в том же местоположении. В случае большего количества жидкой суспензии, выходящей из нагревателя электрическим током,разбиения волокон достигают посредством механического перемешивания, обычно при помощи модуля поточного ленточного смесителя. Методику флотационного разделения можно применять, чтобы удалять любой остаточный бракованный ламинированный материал. Это сопровождается механическим осушением суспензии. После механического осушения, материал подвергают разъединению и высушиванию. Разбиение или раздробление и последующие процессы можно затем выполнять, как описано ранее. Где жидкая суспензия находится еще под давлением, ее можно нагнетать в одну из двух (или более) камер давления, которые поочередно изолируются от непрерывной системы после того, как они наполнятся. Из этих герметичных сборных резервуаров суспензию нагнетают через распылительную сопловую решетку,в которой происходит внезапный и взрывной сброс давления, который "выдувает" рассыпчатую матрицу каждой бракованной части древесно-волокнистой плиты таким образом, что освобождаются отдельные составляющие волокна. Материал после распыления далее высушивается, как требуется. Затем высохшие любые оставшиеся части бракованного ламинированного материала можно удалять в воздушном циклоне. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ восстановления древесных волокон из древесно-волокнистых и/или древесно-4 021142 стружечных плит для повторного использования, в котором смешивают измельченный конструкционный древесный материал древесно-волокнистых и/или древесно-стружечных плит с водой для образования суспензии и пропускают электрический ток через суспензию для нагревания измельченного древесного материала и таким образом ослабления сцепления между древесными волокнами в древесном материале. 2. Способ по п.1, в котором суспензию нагревают до температуры между 30 и 99 С. 3. Способ по п.2, в котором суспензию нагревают до температуры между 80 и 99 С. 4. Способ по п.1, в котором нагревание выполняют под давлением выше атмосферного. 5. Способ по п.4, в котором нагревание выполняют под давлением между 1 и 20 атм (0,1 и 2,0 мПа). 6. Способ по п.4 или 5, в котором суспензию нагревают до температуры между 30 и 160 С. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором дополнительно добавляют электролит на этапе смешивания суспензии. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором дополнительно добавляют поверхностноактивное вещество на этапе смешивания суспензии. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором измельчают конструкционный древесный материал до среднего размера частей в диапазоне 25-45 мм. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором дополнительно отделяют примеси от суспензии перед или после этапа нагревания. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором после нагревания суспензию подвергают быстрой разгерметизации. 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором этап нагревания выполняют в непрерывном режиме при передаче суспензии через камеру нагрева.