СТРУКТУРИРОВАННЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ГРАНУЛЫ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЫЛИ/МЕЛКИХ ЧАСТИЦ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
STRUCTURED COMPOSITE WOOD GRANULES FOR PREVENTION OF DUST/FINE PARTICLES, AND THEIR PRODUCTION METHOD

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Перекрестная ссылка
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет и основана на предварительной заявке США № 62/518,723, поданной 13 июня 2017 г., и преобразованной заявке на патент США № 15/990,205, поданной 25 мая 2018 г., и озаглавленной “Structured Composite Wood Pellets for Dust/Fines Mitigation and Method of Producing Them”.
Область техники
[0002] Данное изобретение относится в целом к структурированным композитным древесным гранулам для предотвращения пыли/мелких частиц и способу их получения, а более конкретно, но не в качестве ограничения, к покрытию для поверхности и/или подповерхности древесных гранул, которое улучшает сопротивление к образованию пыли/мелких частиц древесных гранул при ударном воздействии и абразивном истирании.
Уровень техники
[0003] Древесные гранулы часто используются в качестве топлива для промышленных электростанций и для бытовых нужд, например, таких как топливо для барбекю и гриля, а также для других целей. Такие древесные гранулы, однако, легко ломаются и имеют тенденцию образовывать пыль при ударном воздействии и абразивном истирании, например, при транспортировке и обработке. Фактически, для промышленного использования такие древесные гранулы предназначены для измельчения перед использованием. Это может быть серьезной опасностью в местах, где древесные гранулы обрабатываются навалом, например, в портах во время погрузки и разгрузки, что вызывает беспокойство у администрации порта о безопасности людей, пожароопасности и мелких частицах.
[0004] Исходя из вышеизложенного, желательно создать структурированную композитную древесную гранулу, которая сопротивляется образованию пыли/мелких частиц при ударном воздействии и абразивном истирании.
[0005] Кроме того, желательно, чтобы такое сопротивление исходило от покрытия на поверхности и/или под поверхностью древесных гранул.
[0006] Кроме того, желательно, чтобы такое покрытие было легко наносить для массового получения структурированных композитных древесных гранул для предотвращения пыли/мелких частиц.
[0007] Кроме того, желательно, чтобы такое покрытие было экологически чистым и экологически безопасными.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] В общем, в первом аспекте изобретение относится к обработанной древесной грануле, содержащей древесную гранулу и покрытие по меньшей мере частично покрывающее древесную гранулу, причем покрытие уменьшает образование пыли/мелких частиц древесной гранулы при ударном воздействии и/или абразивном истирании. Указанное покрытие может увеличить стойкость древесной гранулы. Покрытие может быть способным поглощать летучую пыль от древесных гранул. Покрытие может быть способным поддерживать уменьшение образования пыли/мелких частиц древесных гранул при ударном воздействии и/или абразивном истирании после 30 дней хранения.
[0009] Покрытие может содержать один или большее количество ингредиентов, причем ингредиенты включают неочищенное талловое масло, дистиллированное талловое масло, смолу таллового масла, жирные кислоты таллового масла, головные погоны таллового масла, не пригодный для использования в пищу экологически безопасный воск, например, такой как кубовые остатки натурального спирта, или их комбинации. Указанные ингредиенты покрытия могут быть продуктами переработки сосны, которые могут содержать неочищенное талловое масло и/или одну или большее количество фракций из неочищенного таллового масла. Покрытие может не содержать химические вещества, которые не являются неочищенным талловым маслом или фракциями неочищенного таллового масла. Покрытие может не содержать ингредиенты, которые поступают из семян или содержат триглицерид. Покрытие может не содержать лигнин. Покрытие может содержать смолу таллового масла и головные погоны таллового масла в диапазоне от 90% смолы таллового масла и 10% головных погонов таллового масла до 55% смолы таллового масла и 45% головных погонов таллового масла. В частности, покрытие может содержать 60% смолы таллового масла и 40% головных погонов таллового масла.
[0010] Древесная гранула может содержать сжатую древесину и может быть покрыта мелкими частицами. Древесная гранула может не содержать торрефицированную древесину.
[0011] Покрытие может быть расположено на поверхности и/или под поверхностью древесных гранул, но не по всей древесной грануле. Покрытие может не быть связующим веществом или составным элементом связующего вещества в древесной грануле. Покрытие может составлять менее чем 1 мас. % от общей массы обработанной древесной гранулы. Покрытие может, в частности, составлять менее чем приблизительно 0,8 мас. % древесной гранулы, менее чем приблизительно 0,6 мас. % древесной гранулы или менее чем приблизительно 0,4 мас. % древесной гранулы.
3
[0012] Обработанная древесная гранула может иметь среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли, составляющее по меньшей мере 90% по сравнению с уровнем образовавшейся в результате истирания пыли древесной гранулы. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли в обработанной древесной грануле может не уменьшиться более чем на 3% после 30 дней хранения. Обработанная древесная гранула может иметь средний уровень респирабельной пыли менее чем 2,5 мг/м.
[0013] Во втором аспекте изобретение относится к способу получения обработанной древесной гранулы, описанной выше, включающему по меньшей мере частичное покрытие древесной гранулы покрытием. Покрытие может наноситься путем распыления, капания и/или погружения, и может наноситься во вращающемся барабанном смесителе, мешалке с ленточной винтовой лопастью с мягкой лентой и мягкой стенкой или в устройстве для нанесения покрытий методом погружения или может распыляться на древесные гранулы при движении ленты или во время падения.
[0014] В третьем аспекте изобретение относится к непосредственно покрытию, как описано выше.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Устройства и способы, обсуждаемые в данном документе, являются просто иллюстрацией конкретных способов создания и использования этого изобретения и не должны интерпретироваться как ограничивающие объем.
[0016] Несмотря на то, что устройства и способы были описаны с определенной степенью конкретности, следует отметить, что могут быть сделаны многие модификации в деталях конструкции и компоновки устройств и компонентов без отклонения от сущности и объема этого раскрытия. Понятно, что устройства и способы не ограничены вариантами реализации изобретения, изложенными в данном документе для целей приведения примера.
[0017] В целом, в первом аспекте изобретение относится к структурированным композитным древесным гранулам для предотвращения пыли/мелких частиц и способу их получения. Несмотря на то, что во всех случаях делается ссылка на древесные гранулы и способ получения древесных гранул, такое же покрытие и способ получения гранул могут быть использованы при производстве других материалов с аналогичным эффектом. В частности, указанное покрытие и способ могут быть использованы при получении гранул из других биомасс и/или топливных гранул, например, при получении из багассы.
[0018] Древесные гранулы могут быть обычными древесными гранулами с покрытием, расположенным на поверхности и/или под поверхностью. Обработанные древесные гранулы могут обеспечить улучшенное сопротивление к образованию пыли/мелких частиц при ударном воздействии и абразивном истирании. Обработанные древесные гранулы могут дополнительно обеспечивать увеличенную стойкость по сравнению с необработанными древесными гранулами. Покрытие может не увеличивать эластичность древесных гранул; скорее, покрытие может поглощать летучую пыль. Обработанные древесные гранулы могут поддерживать свое сопротивление к образованию пыли/мелких частиц с течением времени. Например, обработанные древесные гранулы могут демонстрировать изменение измеренного снижения уровня образовавшейся в результате истирания пыли менее чем на 3% в течение 30 дней хранения.
[0019] Древесные гранулы могут иметь длину 1 дюйм (25,4 мм) и диаметр 1/4 дюйма (6,35 мм) или любой другой желаемый размер. Они могут быть сделаны из сжатого дерева. Древесные гранулы могут не содержать торрефицированную древесину.
[0020] Покрытие может представлять собой неочищенное талловое масло, дистиллированное талловое масло, смолу таллового масла, жирные кислоты таллового масла, головные погоны таллового масла, не пригодный для использования в пищу экологически безопасный воск, например, такой как кубовые остатки натурального спирта, или их комбинации. Покрытие может, в частности, представлять собой продукты переработки сосны и может содержать неочищенное талловое масло и/или одну или большее количество фракций из неочищенного таллового масла. Ингредиенты покрытия могут не быть растительным маслом в обычном смысле, так как они могут и не быть получены из семян и могут не содержать триглицерид. Покрытие может не содержать лигнин.
[0021] Ингредиенты покрытия могут быть объединены в определенных соотношениях и сконцентрированы на поверхности и/или под поверхностью древесных гранул для получения уникальных древесных гранул, которые могут обеспечить необходимое предотвращение пыли/мелких частиц. Например, покрытие может содержать смолу таллового масла и головные погоны таллового масла в любом желаемом соотношении. В частности, покрытие может содержать смолу таллового масла и головные погоны таллового масла в любом соотношении в диапазоне от 90% смолы таллового масла и 10% головных погонов таллового масла до 55% смолы таллового масла и 45% головных погонов таллового масла. В частности, покрытие может содержать смолу таллового масла и головные погоны таллового масла, смешанные в соотношении 6/4. В другом примере покрытие может содержать неочищенное талловое масло и смолу таллового масла в равных пропорциях, получая смесь 50%/50%. В качестве альтернативы, покрытие может содержать один ингредиент; два ингредиента, смешанные в соотношении 9/1, 7/3 или 6/4; три ингредиента, смешанные в соотношении 5/3/2; или любое другое желаемое количество ингредиентов и/или соотношение. Получающаяся в результате смесь для покрытия может быть достаточно липкой, чтобы сделать летучую пыль прилипшей к обработанным древесным гранулам, но может не быть достаточно липкой, чтобы заставлять обработанные древесные гранулы склеиваться вместе. Смесь для покрытия может быть нагрета для смешивания и/или нанесения, но может все же быть пастообразной после охлаждения.
[0022] Материал покрытия может не быть сформирован как единое целое с древесными гранулами, но может быть нанесен после формирования древесных гранул. Материал покрытия может не быть расположен по всей длине древесных гранул, как это типично для материалов, используемых в качестве связующего или в связующем внутри древесных гранул, но может быть сконцентрирован на поверхности и/или под поверхностью. Например, покрытие может проникать в древесные гранулы на не более чем около 400 микрон, не более чем 300 микрон, не более чем 200 микрон или не более чем 100 микрон. Таким образом, может потребоваться меньшее количество материала для покрытия, чем количество материала, необходимого для использования в качестве связующего или в связующем, поскольку покрытие расположено только на поверхности и/или под поверхностью, а не по всей древесной грануле. Это снижает стоимость готового продукта по сравнению с древесными гранулами с теми же материалами, которые используются в качестве связующего. Покрытие может полностью покрывать поверхность обработанных древесных гранул или может только частично покрывать поверхность обработанных древесных гранул. Степень покрытия может быть ниже степени покрытия составляющей 1 мас. % в расчете на массу древесных гранул. В частности, покрытие может наноситься со степенью менее чем приблизительно 0,8 мас. %, менее чем приблизительно 0,6 мас. % или менее чем приблизительно 0,4 мас. % в расчете на массу древесных гранул.
[0023] Покрытие может быть нанесено с использованием вращающегося барабанного смесителя, мешалки с ленточной винтовой лопастью с мягкой лентой и мягкой стенкой, устройства для нанесения покрытий методом погружения или другой машины или может быть нанесено путем распыления на гранулы, когда они находятся на движущейся ленте или во время падения. Структурированные композитные древесные гранулы могут быть массово получены путем непрерывного распыления, капания и/или погружения.
[0024] Покрытие и полученные в результате древесные гранулы могут быть экологически чистыми и экологически безопасными. В качестве альтернативы, могут быть нанесены обычные экологически нечистые и экологически небезопасные покрытия, либо по отдельности, либо в сочетании с экологически чистыми и экологически безопасными покрытиями.
ПРИМЕРЫ
[0025] Во время испытаний средство для борьбы с пылью наносили на древесные гранулы с определенным мас. % с помощью ручного распыления или с помощью пипетки по каплям с последующим перемешиванием во вращающейся чаше в течение четырех минут. Пыль и мелкие частицы не удалялись до обработки древесных гранул, а точнее использовались в том виде, в котором они были получены, то есть с пылью и мелкими фракциями.
3
[0026] Образование абразивной пыли было проверено путем взвешивания 800,00 г древесных гранул и помещения их в водонепроницаемый резиновый галтовочный барабан емкостью 360 л (3 американских барреля). Древесные гранулы истирали во вращающемся барабане в течение 150 секунд с частотой вращения приблизительно 44 об/мин. Во время испытания на абразивное истирание воздух втягивался в резиновый галтовочный барабан, а уровень пыли непрерывно отслеживался с помощью устройства для отслеживания размера частиц в рассеянном свете. Средний уровень пыли (мг/м) измеряли в пределах 150 секунд.
[0027] Механическая стойкость была проверена путем взвешивания 500,00 г древесных гранул (w1) и помещения их в отсек прибора для испытания на прочность гранул компании Seedburo (Модель #PDT4). Отсек вращался в течение десяти минут, а затем древесные гранулы выгружались в лоток с тефлоновым покрытием. Затем с собранных древесных гранул удаляли пыль и мелкие частицы, а древесные гранулы взвешивали (w2). Механическая стойкость была рассчитана как [w2/w1]×100%.
[0028] Когда пыль и мелкие частицы удалялись с древесных гранул, способ удаления пыли и мелких частиц заключался в размещении древесных гранул на ситовой решетке размером 35 см × 58 см (14 дюймов × 23 дюйма) (ячейка 0,315 мм) над собирающей резиновой чашей и сметании пыли и мелких частиц с помощью малярной кисти.
Пример 1.
3
[0029]  В качестве контроля древесные гранулы без покрытия подвергались испытанию на образование абразивной пыли и испытанию на механическую стойкость. Средний уровень образовавшейся в результате истирания пыли составил 13,4 мг/м, а механическая стойкость составила 97,9%.
Пример 2.
[0030]  Древесные гранулы были обработаны неочищенным талловым маслом (НТМ) в количестве 0,11 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли и механическую стойкость. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 97,9% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 98,2%.
Пример 3.
[0031]  Древесные гранулы были обработаны НТМ в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 97,6% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1.
Пример 4.
[0032]  Древесные гранулы были обработаны НТМ и кубовыми остатками натурального спирта (КОНС), смешанными в соотношении 9/1, в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 96,1% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1.
Пример 5.
[0033]  Древесные гранулы были обработаны НТМ и КОНС, смешанными в соотношении 7/3, в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 99,0% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 98,2%.
Пример 6.
[0034]  Древесные гранулы были обработаны НТМ, смолой таллового масла (СТМ) и головным погоном таллового масла (ГПТМ), смешанными в соотношении 5/3/2, в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 99,6% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 99,6%.
Пример 7.
[0035]  Древесные гранулы были обработаны соевым маслом в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли и механическую стойкость. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 86,2% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 99,2%. Испытанные древесные гранулы затем хранили при комнатной температуре с относительной влажностью около 60% в течение 30 дней. Выдержанные древесные гранулы были повторно испытаны на предмет уменьшения образовавшейся в результате истирания пыли. Измеренное снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 57,2%, что существенно ниже, чем начальное снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли, равное 86,2%.
Пример 8.
[0036]  Древесные гранулы были обработаны дистиллированным талловым маслом (ДТМ) в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли и механическую стойкость. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 98,6% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 98,2%.
Пример 9.
[0037]  Древесные гранулы были обработаны жирной кислотой таллового масла (ЖКТМ) в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли и механическую стойкость. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 98,2% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 98,1%.
Пример 10.
[0038]  Древесные гранулы были обработаны СТМ и ГПТМ, смешанными в соотношении 6/4, в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 98,9% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Механическая стойкость составила 98,8%.
Пример 11.
[0039]  Древесные гранулы были обработаны НТМ и СТМ, смешанными в соотношении 1/1, в количестве 0,44 мас. % и испытаны на образование абразивной пыли. Среднее снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 98,5% по сравнению с уровнем пыли древесных гранул без покрытия, как описано в Примере 1. Испытанные древесные гранулы затем хранили при комнатной температуре с относительной влажностью около 60% в течение 30 дней. Выдержанные древесные гранулы были повторно испытаны на предмет уменьшения образовавшейся в результате истирания пыли. Измеренное снижение уровня образовавшейся в результате истирания пыли составило 96,4%, что близко к начальному снижению уровня образовавшейся в результате истирания пыли, равному 98,5%.
Пример 12.
3
[0040]  Древесные гранулы без покрытия испытывали в резиновом галтовочном барабане на предмет уровня образовавшейся в результате истирания респирабельной пыли. Средний измеренный уровень респирабельной пыли составил 108±8 мг/м. Средний уровень образовавшейся в результате истирания респирабельной пыли также был проверен для древесных гранул, обработанных различными покрытиями, со следующими результатами:
Обработка
Средний уровень респирабельной пыли
Без покрытия
108±8 мг/м<sup>3</sup>
Обработано СТМ/ГПТМ (соотношение смеси 6/4) при 0,41 мас. %
0,14 мг/м<sup>3</sup>
Обработанный чистым каноловым маслом в количестве 0,41 мас. %
2,6±0,03 мг/м<sup>3</sup>
Обработано НТМ при 0,41 мас. %
0,19±0,06 мг/м<sup>3</sup>
Обработано ДТМ при 0,41 мас. %
0,46±0,06 мг/м<sup>3</sup>
[0041] Принимая во внимание, что устройства и способы были описаны со ссылкой на графические материалы и формулу изобретения, следует понимать, что другие и дополнительные модификации, помимо тех, которые показаны или предложены в данном документе, могут быть сделаны в пределах сущности и объема этого изобретения.