(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
古紙を含む廃棄材料を再生するための方法であって、
前記廃棄材料と水を圧力容器に導入するステップと、
前記廃棄材料を前記圧力容器内で少なくとも２１２°Ｆ（１００°Ｃ）の高い処理温度および大気圧を越える高い処理圧力で処理し、実質的に再パルプ化された古紙を含む処理済み廃棄材料を形成するステップと、
前記処理済み廃棄材料を前記圧力容器から排出するステップと、
その後、選別装置を用いて前記処理済み廃棄材料を第１部分および第２部分に分離するステップとを含み、前記第１部分が、前記実質的に再パルプ化された古紙を含み、前記第２部分が大きなデブリを含み、前記分離ステップがさらに、前記選別装置を通過する前記第１部分を固体分率１〜２０重量％に希釈するのに十分な量の水で、前記選別装置を通過する前記第１部分を洗浄するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記排出された処理済み廃棄材料が、１１０°Ｆ（４３°Ｃ）〜２２０°Ｆ（１０４°Ｃ）の温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排出された処理済み廃棄材料が、前記排出された処理済み廃棄材料の５〜５０重量％の量で前記排出された処理済み廃棄材料中に存在する固体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
希釈後の前記第１部分が、固体分率３重量％〜５重量％の、前記第１部分内に存在する固体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１部分が、前記第１部分の前記固体の２０重量％〜９０重量％の量で前記第１部分の前記固体中に存在する実質的に再パルプ化された古紙を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記選別装置が、２０〜４００ｍｍ２の平均面積を有する複数の開口を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記方法が、水処理施設を備えた産業施設において現場で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記実質的に再パルプ化された古紙を、密度分離、寸法分離またはそれらの組合せを用いて、前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックおよび金属を、第２分離装置を用いて、前記第２部分から分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２分離装置が、回転ふるい、振動ふるい、またはエアセパレータを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記実質的に再パルプ化された古紙を、粗選工程、精選工程またはそれらの組合せを用いて、前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記分離された実質的に再パルプ化された古紙を機械的に脱水し、液体および可溶化有機体の少なくとも一部を、前記分離された実質的に再パルプ化された古紙から除去するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記脱水された実質的に再パルプ化された古紙が、前記脱水された実質的に再パルプ化された古紙の３０％を超える量のセルロース系材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記脱水された実質的に再パルプ化された古紙が、乾燥繊維１トンあたり５０ｌｂ（２５ｋｇ／メトリックトン）未満の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）含有量によって特徴付けられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記脱水された実質的に再パルプ化された古紙が、未処理の廃棄材料のＢＯＤ含有量の５０％未満の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）によって特徴付けられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記実質的に再パルプ化された古紙を脱水する間に除去されたろ液が、０．２重量％未満の懸濁された固体と、前記実質的に再パルプ化された古紙における溶解性生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の９０％とを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記実質的に再パルプ化された古紙を含む再生紙含有製品を製造するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記再生紙含有製品が、板紙製品、吸収紙製品、ティッシュペーパー製品、ペーパータオル製品、新聞紙製品、ボール紙製品、およびそれらの組合せを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を、１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物、またはそれらの組合せに変換するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記実質的に再パルプ化された古紙を変換するステップが、前記実質的に再パルプ化された古紙中に存在するセルロースをグルコースに加水分解し、その後、前記グルコースを１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物、またはそれらの組合せに変換するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックおよび金属を、再生可能金属およびプラスチックに分離するために、密度分離、光学的分離、および金属分離からなる群から選択される１つまたは複数の技術を用いて仕分けするステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２２】
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックおよび金属の仕分けステップが、磁石を用いて鉄金属を分離するステップ、および渦電流を用いてアルミニウムおよび非鉄金属を分離するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックおよび金属の仕分けステップが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、およびポリスチレンの１つまたは複数を回収するために、プラスチックを光学的に仕分けするステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記実質的に繊維を含まない回収可能プラスチックを、５，０００〜１５，０００ＢＴＵのエネルギー値を有するごみ由来燃料に変換するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
燃料キューブまたはペレットを作るために前記実質的に繊維を含まない回収可能プラスチックを破断、圧縮および／またはペレット化するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記実質的に繊維を含まない回収可能プラスチックを、前記処理済み廃棄材料の前記第２部分から回収されたぼろ切れおよび廃物と混合して混合物を形成し、前記混合物から水を除去し、固体分率７５重量％超を有する混合物を形成し、その後、前記混合物を燃料キューブへ圧縮するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記実質的に繊維を含まない回収可能プラスチックを、前記処理済み廃棄材料の前記第２部分から回収されたぼろ切れおよび廃物と混合して混合物を形成し、前記混合物から水を除去し、固体分率９０重量％超を有する混合物を形成し、前記混合物を破断し、その後、前記破断された混合物を燃料ペレットへペレット化するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
ＰＥＴフレークを形成するために前記回収されたＰＥＴを破断するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記回収されたＰＥＴフレークをＰＥＴフィルムに形成するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
燃料として使用するのに適切な１種または複数種の生成物を生成するために前記実質的に繊維を含まない回収可能プラスチックを熱分解するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
バイオガスを生成するために、前記実質的に再パルプ化された古紙から除去された前記液体および可溶化有機体の少なくとも一部を嫌気性消化装置内で処理するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項３２】
前記バイオガスをエネルギーに変換するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
古紙を含む廃棄材料を再生するための一体化システムであって、
圧力容器であって、前記廃棄材料と水を受け入れて少なくとも２１２°Ｆ（１００°Ｃ）の高い処理温度および大気圧を越える高い処理圧力で処理し、実質的に再パルプ化された古紙を含む処理済み廃棄材料を形成し、前記処理済み廃棄材料を排出するように構成された圧力容器と、
前記排出された処理済み廃棄材料を受け入れるための選別装置であって、前記排出された処理済み廃棄材料を第１部分および第２部分に分離するように構成され、前記第１部分が前記実質的に再パルプ化された古紙を含み、前記第２部分が大きなデブリを含む選別装置と、
前記選別装置を通過する前記第１部分を固体分率１〜２０重量％に希釈するのに十分な量の水で洗浄するように構成された水供給装置と、
を含む一体化システム。
【請求項３４】
前記選別装置が、２０〜４００ｍｍ２の平均面積を有する複数の開口を含む、請求３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記システムがパルプおよび／または製紙工場において現場で共通に配置される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記水供給装置が前記パルプおよび／または製紙工場において水処理施設と一体化される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記実質的に再パルプ化された古紙を、前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するための１つまたは複数の分離装置をさらに含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３８】
前記１つまたは複数の分離装置が、密度分離装置または寸法分離装置の１つまたは複数を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記１つまたは複数の分離装置が、第２回転ふるい、粗選スクリーン、精選スクリーンまたはそれらの組合せを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記１つまたは複数の分離装置が高密度クリーナを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４１】
前記１つまたは複数の分離装置が、高密度クリーナ、粗選スクリーン、および精選スクリーンを、互いに直列に含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４２】
可溶化有機体および液体の少なくとも一部を前記分離された実質的に再パルプ化された古紙から除去するための脱水装置をさらに含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
前記脱水装置がスクリュープレス、フィルタープレスまたはそれらの組合せを含む、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記分離された実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を、１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物、またはそれらの組合せに変換するための反応器システムをさらに含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４５】
前記反応器システムが、前記実質的に再パルプ化された古紙中に存在するセルロースをグルコースに加水分解するための第１反応器と、前記グルコースを１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物、またはそれらの組合せに変換するための第２反応器とを含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記第２部分中の実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックおよび金属を分離するために１つまたは複数の第２分離装置をさらに含み、前記１つまたは複数の第２分離装置が、密度分離装置、光学的分離装置および金属分離装置からなる群から選択される、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４７】
前記１つまたは複数の第２分離装置が、鉄金属を分離するための磁石と、アルミニウムおよび非鉄金属を分離するための渦電流と、を含む金属分離装置を含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記１つまたは複数の第２分離装置が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンまたはそれらの組合せを回収するように構成された光学的分離装置を含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを含むごみ由来燃料の製造用の燃料キューブシステムをさらに含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５０】
前記燃料キューブシステムが、前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックをごみ由来燃料に変換するように構成された破断装置、圧縮機および／またはペレット製造機の１つまたは複数の組合せを含む、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックから、あらゆる液体の少なくとも一部を除去するための脱水装置をさらに含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記脱水装置がスクリュープレス、フィルタープレス、またはそれらの組合せを含む、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記回収されたＰＥＴをＰＥＴフレークまたはＰＥＴフィルムの１つまたは複数に変換する手段をさらに含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５４】
実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを、燃料としての使用に適切な１種または複数種の生成物に変換するための熱分解装置をさらに含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項５５】
前記実質的に再パルプ化された古紙から分離された液体および可溶化有機体の少なくとも一部を受け入れるように構成された嫌気性消化装置システムをさらに含む、請求項４２に記載のシステム。
【請求項５６】
前記嫌気性消化装置システムによって生成されたバイオガスを、前記システムおよび／または前記パルプおよび／または製紙工場において使用するためのエネルギーに変換するためのボイラをさらに含む、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記燃料キューブシステムによって生成された前記ごみ由来燃料を、前記システムおよび／または前記パルプおよび／または製紙工場において使用するためのエネルギーに変換するためのボイラをさらに含む、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５８】
パルプおよび／または製紙工場において現場で実行され、さらに、
前記実質的に再パルプ化された古紙を前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するステップと、
液体および可溶化有機体の少なくとも一部を除去するために、前記分離された実質的に再パルプ化された古紙を機械的に脱水するステップと、
前記脱水された実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を含む再生紙含有製品を製造するステップと、
エネルギー用バイオガスを生成するために前記液体および可溶化有機体の少なくとも一部を嫌気性消化装置内で処理するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５９】
パルプおよび／または製紙工場において現場で実行され、さらに、
前記実質的に再パルプ化された古紙を、前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するステップと、
前記実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を含む再生紙含有製品を製造するステップ；または、前記分離された実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を、１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物、またはそれらの組合せに変換するステップ；あるいはそれらの組合せと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６０】
前記実質的に再パルプ化された古紙を、前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するステップと、
前記第２部分中の前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを分離するステップと、
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを５，０００ＢＴＵを超えるエネルギー値を有するごみ由来燃料に変換するステップ；燃料としての使用に適切な１種または複数種の生成物を生成するために、前記分離された実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを熱分解するステップ；または、前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックからポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を光学的に仕分けし、前記ＰＥＴを破断してＰＥＴフレークを形成するステップ；あるいはそれらの組合せと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６１】
前記方法がパルプおよび／または製紙工場において現場で実行される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
パルプおよび／または製紙工場において現場で実行され、さらに、
前記実質的に再パルプ化された古紙を、前記第１部分中のあらゆる非セルロース系固体の大部分から分離するステップと、
前記第２部分中の前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを分離するステップと、
液体および可溶化有機体の少なくとも一部を除去するために、前記分離された実質的に再パルプ化された古紙を機械的に脱水するステップと、
前記実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を含む再生紙含有製品を製造するステップ；または、前記分離された実質的に再パルプ化された古紙の少なくとも一部を、１種または複数種の有機酸、有機酸分解生成物、またはそれらの組合せに変換するステップ；あるいはそれらの組合せと、
前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを５，０００ＢＴＵを超えるエネルギー値を有するごみ由来燃料に変換するステップ；燃料としての使用に適切な１種または複数種の生成物を生成するために、前記分離された実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックを熱分解するステップ；または、前記実質的に繊維を含まない回収可能／再生可能プラスチックからポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を光学的に仕分けし、前記ＰＥＴを破断してＰＥＴフレークを形成するステップ；あるいはそれらの組合せと、
エネルギー用バイオガスを生成するために前記液体および可溶化有機体の少なくとも一部を嫌気性消化装置内で処理するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１０月６日に出願された米国仮特許出願第６２／０６０，１５０号明細書に基づく優先権を主張し、この仮特許出願の開示内容は、参照により完全な形で本明細書に援用される。
【０００２】
本出願は広義には、古紙を含む廃棄材料を有用な製品へ再生するための方法に関する。詳細には、本出願は、パルプおよび製紙工場と一体化された廃棄材料を再生するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
リサイクルされた古紙は、紙製品を製造するための主要なフィードストック源である。リサイクルされた古紙は、様々な廃棄材料源からもたらされ得るものであり、それら様々な廃棄材料源は、他の回収可能なおよび再生可能な材料をしばしば含む。例えば、共通の廃棄材料源は、プラスチックなどのポリマー材料、およびアルミニウムなどの金属を含むことが多い。
【０００４】
これらの回収可能かつ再生可能な材料は、様々な廃棄材料源から得られ得るものであり、様々な製品を製造するためのフィードストックとして使用され得、これらの材料を回収する既存の方法は非効率的であり、労働集約的な回収、仕分けおよび浄化プロセスの経済に曝される。例えば、これらの再利用可能な材料を回収する多くの既存の方法は、源において、または、材料を有用な製品に処理する後続のステップの前の中間施設において、材料を仕分けることを必要とする。従って、回収を改善するように廃棄材料を処理するための、およびより経済的なプロセスにおいてより多くの廃棄材料を再生するためのより効率的な方法に対する必要性が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，１１９，９９４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９７４，７８１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４５８，２４０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１５／０２９９９５０号明細書（米国特許出願第１４／２５６，６５２号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願の実施形態は、古紙を含む廃棄材料を再生するための方法およびシステムを提供することによって上記の必要性に取り組む。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、廃棄材料を圧力容器に導入するステップと、廃棄材料を圧力容器内で高い処理温度および高い処理圧力で処理し、実質的に再パルプ化された古紙を含む処理済み廃棄材料を形成するステップと、その後、選別装置を用いて処理済み廃棄材料を第１部分と第２部分とに分離するステップとを含む方法が提供される。第１部分は実質的に再パルプ化された古紙を含み得、第２部分は大きなデブリを含み得る。分離ステップはさらに、選別装置を通過する第１部分を固体分率約１〜約２０重量％に希釈するのに十分な量の水で洗浄するステップを含み得る。
【０００８】
別の態様において、古紙を含む廃棄材料を再生するための一体化システムが提供される。一体化システムは、廃棄材料を圧力容器内に受け入れて高い処理温度および高い処理圧力で処理し実質的に再パルプ化された古紙を含む処理済み廃棄材料を形成するように構成された圧力容器と、処理済み廃棄材料を受け入れるための選別装置であって処理済み廃棄材料を第１部分および第２部分に分離するように構成され、第１部分が実質的に再パルプ化された古紙を含み、第２部分が大きなデブリを含む選別装置と、選別装置を通過する第１部分を固体分率約１〜約２０重量％に希釈するのに十分な量の水で洗浄するように構成された水供給装置とを含み得る。
【０００９】
本発明およびその実施形態のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な記載を読むとき、より深く理解されるようになる。図面中、各構成要素は、必ずしも原寸通りの縮尺で描かれておらず、および全図面を通して一致する参照番号は、一致する部分を指定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ある実施形態による廃棄材料梱包システムの概略図である。
【図２ａ】ある実施形態による梱包された廃棄材料を受け入れる廃棄材料再生システムの概略図である。
【図２ｂ】ある実施形態による処理済み廃棄材料を排出する廃棄材料再生システムの概略図である。
【図３】ある実施形態で使用されるオートクレーブの側立面図である。
【図４】部分的に断面である図３の容器の図であり、回転ドラムを示し、および開放位置にあるオートクレーブの閉鎖パネルを示す。
【図５】図３の圧力容器の立面端面図であり、この図はドラムを回転式に駆動するために使用される駆動ベルトおよびモータを示す。
【図６】図３のオートクレーブの端面図であり、閉鎖パネルの作動を示す。
【図７】部分的に断面である図３の装置の側立面図であり、回転ドラムの内側の周囲に離間された配列で配置された持上げパドルを示し、螺旋状バッフルの位置は点線の使用によって示されている。
【図８ａ】図７の線８ａ−８ａに沿ってとられた断面図である。
【図８ｂ】図７の線８ｂ−８ｂに沿ってとられた断面図である。
【図９】図３〜８ｂの回転ドラムの内側表面の周囲に配置された持上げパドルと螺旋状バッフルの関係を示す。
【図１０】ある実施形態に関連して使用される典型的な持上げパドルの拡大されたスケール図であり、ドラムの隣接部分も断面で示し、ドラムの閉鎖パネル端部はこの図面で見た場合、左側を向いている。
【図１１】ある実施形態に関連して使用される真空システムの概略図である。
【図１２】ある実施形態による湿潤処理および分離システムのプロセス流れ図である。
【図１３】ある実施形態による非セルロース系固体を分離する分離システムのプロセス流れ図である。
【図１４】ある実施形態によるごみ由来燃料を製造するためのシステムを含む一体化再生システムのプロセス流れ図である。
【図１５】ある実施形態による嫌気性消化装置を含む一体化再生システムのプロセス流れ図である。
【図１６】ある実施形態による一体化再生システムのプロセス流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本出願は、古紙を含む廃棄材料を効率的に再生するためのシステムおよび方法を提供する。大まかに記載すると、本方法は、古紙を含む廃棄材料を圧力容器に導入するステップと、廃棄材料を圧力容器内で高い処理温度および高い処理圧力で処理し、実質的に再パルプ化された古紙を含む処理済み廃棄材料を形成するステップと、処理済み廃棄材料を圧力容器から排出するステップと、その後、選別装置を用いて処理済み廃棄材料を第１部分および第２部分に分離するステップとを含む。第１部分は、実質的に再パルプ化された古紙を含み得、第２部分は、大きなデブリを含み得る。実施形態において、２つの部分を分離するステップはさらに、選別装置を通過する第１部分を固体分率約１〜約２０重量％に希釈するのに十分な量の水で洗浄するステップを含む。
【００１２】
有利に、処理済み廃棄材料に由来する分離された実質的に再パルプ化された古紙および非セルロース系固体は、様々な異なるプロセスのフィードストックとして使用できるきれいなフィードストックを提供する。例えば、実質的に再パルプ化された古紙は、再生紙含有製品を製造するために使用され得る、または１種または複数種の有機酸、有機酸分解生成物等に変換され得る。加えて、洗浄された本質的に繊維を含まない再生可能なプラスチックおよび金属が、第２部分から回収され得、および、販売用としてまたはごみ由来燃料の製造用に使用されるように標識を付けられ得る、または燃料としての使用に適切な１種または複数種の生成物を生成するために熱分解され得る、またはポリマーフレークまたはフィルム（すなわち、ポリエチレンテレフタレートフレークまたはフィルム）に変換され得る。液体および可溶化有機物も、バイオガスを生成する嫌気性消化装置内など、後続のプロセスで使用され得る。
【００１３】
実施形態によれば、廃棄材料は、都市ごみまたは商業ごみ等であり得る。用語「都市ごみ」は、単一住宅および集合住宅を含む家庭、ホテル、ならびにモーテルによって処分のために捨てられた全ての廃棄材料を意味する。その用語はまた、商業的、組織的、および産業的な源によって排出された廃棄材料を含むが、そのような廃棄物が、家庭によって標準的に排出された廃棄物、または標準的な都市ごみ収集サービスの一部として他の都市ごみと一緒に収集かつ処分された廃棄物と本質的に同じである範囲まで含む。都市ごみの例は、食品および庭ごみ、紙、プラスチック、金属、布、家電、消費者製品包装材料、使い捨ておむつ、事務用消耗品、化粧品、ガラスおよび金属製食器、ならびに家庭有害廃棄物を含む。
【００１４】
用語「住宅廃棄物」は、家庭の通常の活動によって排出された廃棄物を意味し、食品廃棄物および他の有機物質、紙、金属、およびプラスチックなどの屑、灰ならびに大型ごみを含むがそれらに限定されない。
【００１５】
用語「商業ごみ」は、住宅廃棄物および産業廃棄物を除く、店舗、事務所、レストラン、倉庫、教育施設および団体施設、ならびに他の非製造的活動によって排出されるあらゆる種類のごみを意味する。この廃棄材料は、都市ごみと比べて、紙を、従って、紙繊維含有量ならびにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）プラスチック含有量を多く含む。商業ごみはまた、プラスチックおよび金属を含むが、都市ごみと比べて、庭ごみ、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチック、建築材料、家電、化粧品、家庭有害廃棄物、および大型金属アイテムが少ない。商業ごみは一般に、空港、レストラン、オフィスビル、教育施設、およびアミューズメントパークまたはテーマパークなどの場所で収集される。
【００１６】
用語「再パルプ化」とは、紙中のセルロース繊維など、互いにくっついている、結合している、または絡まっている繊維を互いに切り離す、または少なくとも部分的に分離することをいう。本記載の文脈において、紙を再パルプ化するとは、紙のセルロース繊維を少なくとも部分的に互いに分離して、ばらけたセルロース繊維パルプを形成することをいう。
【００１７】
１．廃棄材料の処理
本発明のある実施形態によれば、その長手軸の周りで傾斜回転する間に駆動されるように取り付けられた略円筒構造の圧力容器を使用する、廃棄材料、特に古紙およびプラスチックなどの高分子廃棄材料を含む廃棄材料を再生するプロセスが提供され、前記プロセスは、ａ）圧力容器の入口を介して廃棄材料および希釈水を導入するステップと、ｂ）圧力容器内の廃棄材料に熱エネルギーを加え、大気圧を超えるレベルまで圧力容器の内側の廃棄材料に高い処理温度および高い処理圧力を与えるステップと、ｃ）その長手軸の周りで圧力容器を回転させ、それにより廃棄材料を撹拌させ、繊維状紙画分の再パルプ化を達成するステップと、ｄ）凝縮器を介して蒸気をガス抜きすることによって容器を減圧するステップであって、材料の冷却を開始するために凝縮器に真空を引くステップが続くステップと、ｅ）その後、冷却水を圧力容器に導入するステップであって、それにより圧力容器内の処理済み廃棄材料を、先行ステップで達成可能な温度未満の排出温度まで冷却し、処理済み廃棄材料によって放出される臭気を低減するステップと、ｆ）処理済み廃棄材料を圧力容器から排出するステップとを含み、ここで前記紙画分は実質的に再パルプ化され、前記廃棄材料中の前記高分子廃棄材料および他の汚染物質から実質的に切り離される。ある実施形態において、高分子廃棄材料は、廃棄材料からの着色物質を含む汚染物質を凝縮する働きをする。
【００１８】
ある実施形態によれば、当該技術分野においてロトクレーブ（Ｒｏｔｏｃｌａｖｅ）（登録商標）装置（Ｔｅｍｐｉｃｏ，Ｉｎｃ．（Ｍａｄｉｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｌａ．，ＵＳＡ）から入手可能）と称される回転装置が使用されるプロセスが提供される。所望量の廃棄材料がロトクレーブのドラムの中に入れられるが、それは、ドラム内のオーガーベーンの回転運動が廃棄材料をドラムにさらに引き込むことを許容することによって実行される。圧力容器ドアが閉鎖されて密閉され、容器内に捕捉される空気の部分圧の影響を排除するために真空がチャンバ内に引かれ、希釈水が添加される。そのようにしてロトクレーブのチャンバは隔絶され、所望の処理温度および圧力に達するまで、蒸気が蒸気入口弁を介して導入される。処理済み廃棄材料を形成するためにプリセットされた反応時間の間、ロトクレーブドラムは回転され、この間、廃棄材料は所望の処理温度および圧力でドラムに含まれている。蒸気は、プリセットされた反応時間全体を通して温度および圧力を維持するために使用される。プリセットされた反応時間の後、蒸気をドラムに導入するための蒸気弁は閉鎖され、ドラムは大気圧までガス抜きされ、これにより今度はチャンバ内の温度が同じく低減される。第１ガス抜きステップの後、処理済み廃棄材料の温度をさらに低減するために真空が引かれる。
【００１９】
続いてドラムは再び大気圧までガス抜きされ、その後、処理済み廃棄材料を排出温度までさらに冷却しおよび１種または複数種の臭気化合物を希釈するために冷却水がチャンバに導入され、チャンバは開放される。ドラムの内側の処理済み材料は続いて、オーガーベーンが処理済み材料をドラムの前部に送達するようにドラム回転を反転することによって取り出され、ドラムの前部で処理済み材料は、粗材料を取り除くためのさらなる選別のために排出コンベヤ上に出る。
【００２０】
圧力容器
ある実施形態によれば、オートクレーブ圧力容器は一般に、その長手軸の周囲を回転する間に駆動されるように取り付けられた円筒構造の細長い容器であり得、および、前記容器の内側に存在する固定された持上げパドルの配列を含む撹拌手段が備えられている。廃棄材料の撹拌は、前記容器の回転と同時である容器内の持上げパドルの動作を含み得る。ある実施形態によれば、容器には螺旋状構成部材が備えられ得る。
【００２１】
廃棄材料を処理する際に必要な効果をもたらすことができるいずれかの適切な圧力容器が、本明細書に提供されるシステムおよび方法に関連して使用され得る。しかしながら、ある実施形態によれば、圧力容器は、廃棄材料の適切な撹拌を容易にする適切な撹拌手段が有利に装備され得る。ある実施形態による適切な圧力容器は、その長手軸の周りを傾斜回転する間に駆動されるように取り付けられた略円筒構造の圧力容器であり、それは米国特許第５，１１９，９９４号明細書、同４，９７４，７８１号明細書、および同６，４５８，２４０号明細書、および２０１４年４月１４日に米国特許庁に出願され“Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  Ｗａｓｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｏｄｏｒ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ”と題された米国特許出願第１４／２５６，６５２号明細書に開示されるようなものであり、それらの開示内容は完全な形で参照により本明細書に援用される。そのような圧力容器は、廃棄材料を均一に混合し、プラスチック含有廃棄材料および紙含有廃棄材料を細かく砕くために適切な撹拌手段が装備される。適切な撹拌手段の例は、機械式、油圧機械式、または電気式装置を含む。機械式装置の具体例は、機械式かき混ぜ装置、振とう装置、混合装置、回転装置等を含む。圧力容器の内側部分に取り付けられた固定持上げパドルの配列および螺旋状構成部材は、本発明のある実施形態用の撹拌手段の一例として協働することが分かっている。ある実施形態によれば、撹拌手段はドラム内に設けられ、ドラムは圧力容器の内側に傾斜した状態で回転可能に取り付けられる。
【００２２】
従って、ある実施形態による廃棄材料処理用のオートクレーブは、水平面に対してわずかな傾斜角度で取り付けられた略円筒状の容器を必要とし、その傾斜角度は約７°の実施形態のものであり、容器の上端部は廃棄材料を受け入れるための開口を有し、容器の下端部は閉鎖される。容器は、開口に非常に効果的な閉鎖装置を備えて設計され得、その閉鎖装置は閉鎖されるとき容器を大気から密閉し、作動中、圧力の蓄積が容器内に発生することを可能にし、または、その代わりに、適切な真空システムの機能により真空が容器内に維持されることを可能にする。
【００２３】
図３〜１１を参照すると、米国特許第６，４５８，２４０号明細書に開示されているような、ある実施形態によるプロセスを実行するためのオートクレーブが示されている。この装置は、構造が略円筒状である重厚な壁で囲まれた処理用圧力容器Ａを含む。重厚な壁は、圧力容器Ａを製作する際に使用され、それにより、それが高い内部圧力の条件下に、ならびに時に上に記載したような真空条件下に作動できるようにする。圧力容器Ａは、頑丈な静止支持体２６の上に回転不能に取り付けられ、十分な安定性を与えるようにかなり幅広い基礎部分を有する。支持体２６は、処理装置および廃棄材料の重量を処理装置の下の土台に効果的に移すように設計された構造的鋼部材を使用し得る。
【００２４】
容器Ａの外殻内で使用される、記載する回転ドラムは、その力を担持および支持ベアリングに移し、担持および支持ベアリングが今度はその荷重を容器Ａの外殻の中へ移し、外殻の構造的支持体によって支持される、従って処理装置の下の土台に移される荷重の一部になる。
【００２５】
閉鎖装置またはドーム状ドア４０は、シール４１を設けられ、容器Ａの入口３０に隣接してヒンジ式に取り付けられ、その結果、上に記載したように、かなりの圧力または真空を容器の内側に選択された時に作り出すことができる。
【００２６】
非回転容器Ａの内側に配置されているのは、その軸上でどちらかの方向に回転できるように取り付けられた略円筒状ドラムＤであり、その軸は容器Ａの軸と一致する。ドラムＤは、その前端部５０に隣接して載置リングまたは支持リング１２が備えられ、リング１２と接触するように従ってドラムＤの前端部５０に支持を提供するようにローラまたはトラニオンベアリング５８が容器Ａの内側に配置されている。ドラムＤの前端部５０は開放されているが、ドラムの後端部または下端部５６は閉鎖され、水密性である。
【００２７】
ドラムＤの後端部または下端部５６に固定されるのは駆動シャフト１６であり、これはドラムＤの後端部を支持しそれを回転式に駆動するように構成されている。シャフトはローラまたはボールベアリング１７によって回転可能に支持され、ローラまたはボールベアリング１７は容器Ａに取り付けられた構造部材１９から支持される。この支持構成は、容器Ａ内のその水平位置決めが懸念される限りにおいてドラムＤの位置を固定するように設計される。
【００２８】
ドラムＤの駆動シャフト１６は、容器Ａの外殻を貫通し、シール３３によって大気から密閉されるが、それは、容器Ａ内で、および当然のことながらドラムＤ内で、選択された圧力または選択された真空を時々維持することができるようにするためである。
【００２９】
ドラムＤの典型的な回転速度は、２〜３０ｒｐｍの間であり、好ましくは、ドラムを回転式に駆動するために使用される駆動機構１４への均一な力の負荷を促すように約８〜１５ｒｐｍである。
【００３０】
ドラムＤは、図３に示される駆動アセンブリ１４によってその水平軸上でどちらかの方向に回転されることができる。図３は、例えば、ドラムＤを選択された方向に回転させるために、反転可能な電気モータ２０と、ドラムの駆動シャフト１６に接続された適切な減速ギヤ１８とを使用し得る。図３および５に示されるような、当業者に知られた構成において、モータの回転を駆動シャフトに伝えるためにスプロケット２３および２４を通過する重厚なデューティーチェーン２２を使用することが好ましい。
【００３１】
ドラムＤを圧力容器Ａ内に配置することによって、自立型回転式ドラムの中でそれが有していただろう材料の妨害されない撹拌という同じ利点を有することが可能である。適切な包含壁を有するようにドラムを設計することによって、処理される廃棄材料およびそのような廃棄材料に導入される任意の添加剤は、処理の間、ドラム内に包含される。この実施形態によれば、ドラムは圧力容器内に配置されるので、ドラムの構成材料は、圧力の力ならびにプロセスにおいて時々使用される真空に関連する力に耐えるように構造的一体性を必要としたであろう自立型回転式ドラムに必要とされる構成材料よりもかなり軽量である。
【００３２】
ドラムＤの内側は、ドラムＤの回転の結果として廃棄材料の撹拌および移動を促進するために、一連の持上げパドル７０および螺旋ねじ山（ｈｅｌｉｃａｌ  ｆｌｉｇｈｔｉｎｇ）８０が装備される。本発明に使用される持上げパドルおよびねじ山は、以下でより詳細に記載する。
【００３３】
容器Ａは、一実施形態によれば、好ましくは傾斜した状態で作動される。１つの適切な傾斜角度は水平から７°であり、その前端部または入口端部３０が、容器の閉鎖された下端部３６よりも高い。この傾斜角度は、ドラムが回転されるとき少なくとも部分的に重力の影響下に廃棄材料がドラムＤを通って後端部に向かって移動されるという点で、処理される廃棄材料をドラムＤ内に包含するのに一役買う。
【００３４】
ドラムＤの寸法に制限はないが、約１０フィート長さのドラムを使用する装置は再生ステーションで効率的に使用できる寸法の装置であるということに注意すべきである。換言すると、一実施形態による廃棄物処理装置のより小さい寸法の形態は、その中で生成されるより小規模ないずれかの特別な種類の廃棄材料を取り扱うために、比較的限定的な面積内に配置できるユニットの形態をとることができる。
【００３５】
同時に、大規模作業を実行するためにより大きなユニットを使用することが当然のことながら可能であり、廃棄処理施設内で使用される寸法に関する処理装置の先行の記載によって、いずれの処理装置の大きさも小ささも制限するつもりはないが、容器の直径は、それ以前の寸法の縮減が起こらなかった材料を受け入れるのに十分な大きさであるべきである。合理的な直径および長さのどのような組合せも本発明に従って使用可能であり、それは実用性によってのみ制限されることができる。
【００３６】
本実施形態の詳細に戻ると、持上げパドル７０は、ドラムＤの内側に取り付けられ、ドラム内の材料の流れのあらゆる妨害を最小化するように配置される。持上げパドルは、図７に示されるように、ドラムの水平方向寸法に沿っていくつかのセクションに分散され、１つのセクションから次のセクションまで約４５°の間隔でジグザグに配置される。
【００３７】
持上げパドル７０は、図８ａおよび８ｂに示されるように、ドラムの外殻に対して垂直にドラムＤの内側周囲に固定され、図７および９に示されるように、ドラムの長手方向の寸法と一致するように縦方向に方向付けられる。
【００３８】
図１０で最良に見ることができるように、垂直脚部７２は、ドラムの内側側壁に固定され、傾斜部材７４は、その中間線７７で垂直脚部の半径方向内側部分に固定される。傾斜部材７４は外側表面７５および７６を有し、表面７５は持上げパドルの垂直脚部７２から約４５°の角度で存在し、表面７６は脚部７２に対して同様の角度で存在する。表面７６は好ましくは第１部分と見なされ、パドルの表面７５は第２部分と見なされる。傾斜部材７４の中間線７７は、ドラムＤの内側表面に対して約５２°の角度で存在し得、図１０に示されるように、中間線７７はドラムＤの高い方の端部に向かう方向に配置される。いくらか違った風に述べると、持上げパドルの内側部分７８はドラムＤの閉鎖端部５６に面し、それは図１０の視界に基づいて見た場合左側である。
【００３９】
ある実施形態において、ドラムの傾斜の角度は、水平に対して約７°であり、持上げパドルの傾斜部分７５および７６の傾斜角度は、ドラムＤの外殻壁に対して５２°であり、その結果として、持上げパドルの傾斜部分７５および７６は、水平に対して４５°の角度で作動する。
【００４０】
螺旋ねじ山またはバッフル８０は、ドラム内の廃棄材料の流れの妨害を最小化するようにドラムＤの内側周囲に固定され、および、ドラムの長さに沿って測定される、ドラムの直径に等しい距離において、螺旋の１つの完全なサイクルに一致する頻度であり得る。螺旋ねじ山の傾斜度は、第１回転方向と称される方向にドラムＤが回転されるとき、処理される廃棄材料が前方に、ドラムの閉鎖された下端部５６の方へ移動されるが、第２の回転方向におけるドラムの回転は、材料をドラムの入口開口５０の方へ後方へ移動するようなものである。螺旋ねじ山は連続的であり、これは作製を可能にするために持上げパドル７０を特定の位置で時折排除する必要があるということを意味する。
【００４１】
持上げパドルの寸法および頻度、ドラムの傾斜角度、およびドラムの回転速度は、変更可能であり、ドラム内の材料の要求される移動速度、および所与の時間量で処理すべき材料の量に応じる。
【００４２】
ドラムの直径は、処理すべき廃棄材料の選択された量を受け入れるのに十分なものであり得、ここで、ドラムが回転するとき材料がドラム内で落下して混合することを可能にするために、ドラムの内径の容量の約４０％の追加の空間が空き部分を残すために必要とされる。この種類の装置の設計において、追加の処理能力は、その長さを増大することによって処理装置に追加される。直径対長さの比は可変であり、廃棄材料および水を確実に完全に混合するべく、ドラムの撹拌機構の寸法および頻度に呼応して、所与の時間量で処理すべき材料の量に依存する。
【００４３】
プロセスを監視し制御するための装置は、例えば、水管、蒸気管、真空管、圧力制御器および他の必要な計器を含む。自立型回転式ドラムを使用する際、これらの装置のそれぞれは、回転式ドラムの回転軸の中心線に固定され得、これは、そのような容器の閉鎖装置を複雑にし、および必然的にこれらの装置をドラムの端部に配置する。圧力制御器、真空接続点、および温度制御計器の場合、これは適切な場所でない。むしろ、この種の装置は、そこで反応が起こるプロセス中の地点により近い場所であってプロセスへの添加剤の注入に隣接せずまたその反対側の端部でもない場所からプロセスをより良く監視しかつ制御し得る。従って、一部の実施形態は、回転ドラムがその中で使用される圧力容器を使用する。
【００４４】
圧力および真空を誘起することはさらに、自立型回転式ドラムの使用を複雑にする。真空は、特に、潰れないように相当の強度を装置が有することを必要とし、これは一般に、大質量の構成要素と同等であり、そのような構成要素を回転しながら駆動する場合、相当の馬力を必要とする。
【００４５】
廃棄材料がプラスチックで包まれた廃棄材料の包みとして導入されるいくつかの実施形態において、圧力容器の閉鎖装置は、閉鎖装置が大型の寸法のものであることを要求し得る。それらの大型の寸法のために、およびプロセスの圧力および真空条件のために、閉鎖装置は手動での扱いが非常に難しくなる可能性がある。自立型回転式ドラムに固定され得る自動閉鎖装置オペレータは複雑にされる可能性がある。この実施形態では、ドラムは、閉鎖装置が開放される期間の間回転され、従って、閉鎖装置およびそのオペレータは、これらの環境下に回転するドラムの能力と干渉しない。
【００４６】
図３を参照すると、容器Ａは、蒸気を選択的に追加するための管９０と、希釈水および冷却水の両方を選択的に追加するための管９２とが装備され、ここでは適切な弁が、流れを制御するために使用される。蒸気管および水管は図３に示されるように１つの注入管９４に組み合わされ、蒸気および水を容器Ａの側壁を介して導き、続いて、湾曲固定管９５を介してドラムＤの開放端部に注入することを可能にする。
【００４７】
装置の１つの動作局面の間、真空は、Ｎａｓｈ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｎｏｒｗａｌｋ，Ｃｏｎｎ．）またはＣｒｏｌｌ−Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｗｅｓｔｆｉｅｌｄ，Ｎ．Ｊ．）によって製造される型などの真空システムによって容器Ａ中に誘起され得る。これら真空システムは真空接続部４６によって容器に接続される（図１１に注目）。
【００４８】
廃棄材料の導入
各実施形態での使用に適切な廃棄材料は、古紙を含む、都市ごみ、商業ごみ、住宅廃棄物、衛生施設廃棄物、産業廃棄物等の形態であり得る。そのような廃棄材料中に存在する古紙の非限定的な例は、新聞紙または他の墨入り紙製品、雑誌、カートン、容器、カップ、プレート、ティッシュ、ペーパータオルまたは他の吸収紙製品、チラシ、フライヤー、封筒、ボール紙、箱、袋、印刷済みおよび未印刷紙シート、ポスター等を含む。廃棄材料はまた、１種または複数種の臭気化合物、または、再パルプ化の間または保管される間に１種または複数種の臭気化合物を生成する材料を含み得、その非限定的な例は、食品廃棄物および飲料廃棄物またはその両方などの有機物質を、プラスチックカップ、プラスチックボトル、プラスチック容器等などの存在し得る高分子廃棄材料とともに含む。有機物質は、環境中の植物および動物などの死んだ有機体およびそれらの老廃物の残存物に由来するものを含む、炭素主成分を有する動物または植物性成分または食品のまたはそれに関連する有機化合物から構成される物体を意味する。有機物質の非限定的な例は、食品、野菜、庭ごみ、農業廃棄物、人間の糞尿、生物学的廃棄物、病院または診療所廃棄物など保健医療施設廃棄物、炭水化物、油、溶媒、または産業化学物質等およびそれらの組合せを含む。
【００４９】
複数の実施形態では、廃棄材料フィードストックは、ラテックスコーティング、フィラー等を提供されたコーテッドフィードストックなど、古紙および高分子廃棄物を含み得る。コーティングまたは高分子成分は、アクリレートおよびビニルアセテートなどの合成ポリマー、または天然ポリマーおよびデンプンのペーストまたは有機ペースト、ならびに天然および合成接着剤を含み得る。高分子材料は、コーティング、バインダの形態であり得、または、板紙構成要素およびプラスチックフィルム構成要素を有する包装材の場合のように、もっぱら紙繊維構成要素に関連付けられ得る。特定の実施形態によれば、廃棄材料フィードストックは、セルロース繊維含有紙と、プロセス中に凝集され、遊離した製紙繊維から他の汚染物質を分離するように働く樹脂の高分子成分との両方を含み得る。
【００５０】
幾つかの実施形態により処理可能な難処理廃棄材料のさらなる特定の例は、湿潤強度樹脂を有する片面および両面プラスチックコーテッド厚紙、湿潤強度樹脂を含まない片面および両面プラスチックコーテッド厚紙、両面に光沢のあるプリンターの断裁部分、紫外線（ＵＶ）硬化性インクコーテッドストック、およびそれらの混合物を含む。プラスチックコーテッド厚紙のさらなる例は、牛乳カートンまたは乾燥食品貯蔵等に使用される他のカートンなど、湿潤強度樹脂を有する両面コーテッド（Ｃ２Ｓ）プラスチック食品用厚紙を含む。湿潤強度樹脂を有さないプラスチックコーテッド厚紙のさらなる例は、アイスクリーム容器、様々な他の冷凍食品包装材等を含む。なおもさらなる例は、両面に光沢のある写真の断裁部分、アイスクリームの蓋、未印刷着色紙、新聞紙等を含む。
【００５１】
図１〜９を参照し返すと、および一実施形態によれば、古紙、および任意選択的にプラスチック含有廃棄物を、臭気化合物または臭気生成化合物とともに含む廃棄材料は、適切なコンベヤによって運ばれ、入口開口３０を介して（この時、ドア４０は開放位置へ移動されている）、ドラムＤの開放端部５０に導入される。廃棄物はいずれの特定の寸法にもまとめられておらず、また寸法、形状および密度が変わる材料の分類を含有し得るので、およびそれは必ずしも自由に流れない場合があるので、容器Ａの入口開口３０およびドラムへの開口５０は、前に処理されなかった廃棄物が直接処理装置に導入されることを可能にするように十分な大きさでありかつ妨害物がない。
【００５２】
廃棄物がドラム内に搬送される間、ドラムＤは第１回転方向に回転され、螺旋ねじ山８０およびドラムの傾斜角度のおかげで、十分な量の材料が、自由に流れないけれども、処理のためにドラムに装入される。
【００５３】
ドラムＤが処理されるべき十分な量の材料で充填されると、閉鎖装置４０は閉鎖され、Ｋｌｉｎｇｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｄｅｎｍａｒｋ）によって製造される種類などのロックリング４２によって固定される。
【００５４】
一般に、廃棄材料中の廃棄固形物（すなわちパルプ化できない材料）の重量パーセントは、廃棄材料の合計乾燥重量を基準にして、約１重量パーセント〜約８０重量％の範囲内であるが、廃棄材料中の廃棄固形物の重量％は、廃棄材料の合計乾燥重量を基準にして、約２０重量％〜約７０重量％の範囲内である場合がある。
【００５５】
典型的に、古紙は、紙パルプおよび高分子廃棄材料の合計重量を基準にして、約８０重量％以下の高分子廃棄材料を含有する。場合によっては、廃棄材料は、パルプおよび高分子廃棄材料の合計重量を基準にして、約１０パーセント未満の高分子廃棄材料を含有する。
【００５６】
本明細書で使用される際、専門用語「高分子」、「プラスチック」、「ポリマー」および同様の用語は、樹脂、接着剤、発泡材、フィルム、シートおよび物体またはフィルム上にまたはその中に成形、鋳造、押出し、引抜き、または積層あるいはその他の方法で適用された合金（複合体）を含む、セルロースアセテートなど、あらゆる有機、合成、天然または加工された天然高分子材料を意味し、それらを含む。そのような適用は、水または油ベース格子（ｌａｔｔｉｃｅｓ）のいずれかを使用して、および当該技術分野で知られている技術のいずれかによって、実行され得る。コーティング技術の例は、ブレードコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング等を含む。高分子材料の特定の例は、アクリレートおよびビニルアセテート、それらのラテックス、ポリオレフィンを含む、ビニルポリマーなどの付加ポリマー、ポリエステルまたはポリカーボネートなどの縮合ポリマー等を含む。
【００５７】
上に記載したように、ある実施形態によれば、適切な廃棄材料は、都市ごみまたは商業ごみなど、プラスチックで包まれた圧縮された包状の廃棄材料を含む。
【００５８】
図３〜１１を参照し返すと、およびある実施形態によれば、プラスチックで包まれた廃棄材料の包みは、適切なコンベヤによって運ばれ、ドア４０が開放位置に移動されているとき、入口開口３０を介して、およびドラムＤの開放端部５０へ導入される。容器Ａの入口開口３０およびドラムへの開口５０は、十分に広くおよび妨害物がなく、その結果、プラスチックで包まれた廃棄材料の包みを処理装置に直接導入することが可能になる。
【００５９】
プラスチックで包まれた廃棄材料の包みがドラムＤ内に搬送される間、ドラムＤは第１回転方向に回転され、螺旋ねじ山８０およびドラムの傾斜角度のおかげで、十分な量のプラスチックで包まれた廃棄材料の包みが、処理のためにドラムに装入される。
【００６０】
ドラムＤが、処理されるべき十分な量のプラスチックで包まれた廃棄材料の包みで充填されると、閉鎖装置４０は閉鎖され、Ｋｌｉｎｇｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｄｅｎｍａｒｋ）によって製造される種類などのロックリング４２によって固定される。
【００６１】
希釈水
図１〜９に示される実施形態に目を戻すと、相当量の希釈水が、処理される廃棄材料に添加され、これは希釈水を管９２を介して注入することによって達成され、その結果、十分な希釈水が、湾曲静止管９５を介して、ドラム中の廃棄材料と接触される。通常、希釈水は、ドラム中の廃棄材料および水の合計の３０重量％〜７５重量％の間のドラムＤ中の水含有量を達成するように圧力容器ドラムＤに添加され、ここで約７０重量％が特定の実施形態に従う量である。別の実施形態によれば、希釈水は、約１重量部の廃棄材料に対し最大約３重量部の希釈水の量で、または、約３重量部の廃棄材料に対し最大約７重量部の希釈水の量で、または、約１重量部の廃棄材料に対し約０．４３重量部〜約３重量部の希釈水の量で、管９２を介して圧力容器ドラムＤに導入される。
【００６２】
複数の実施形態によれば、希釈水は実質的に純水であり得るが、飲用水または非飲用水であり得る。希釈水は、以下でより詳細に記載される化学助剤などの添加剤を含有し得る。
【００６３】
ドラムＤは通常、廃棄材料と希釈水の接触を高めるために、希釈水添加の間、第１回転方向に回転される。
【００６４】
いったん全ての材料が容器に装入されると、圧力容器ドアが閉鎖され密閉される。ドラムＤは続いて第１回転方向に回転され、その間、真空が短時間、約１〜５分間または５〜１０分間、チャンバ内に引かれてもよい。この段階で真空を適用する目的の１つは、捕捉された非凝縮性ガスによる圧力の蓄積を防止するためである。真空引き期間の最後に、真空は遮断され、システムは弁を閉鎖することによって隔絶される。真空引き期間が終了した後、希釈水がドラムＤチャンバに添加される。
【００６５】
化学助剤
複数の実施形態によれば、撹拌プロセス中の適切な化学助剤の添加により、パルプ化された紙画分の質が改善され得る。再パルプ化の範囲は、化学助剤の使用により増大され得る。加えて、特定の化学助剤の存在下に形成されたパルプは、より明るい場合があり、追加プロセスステップの範囲を縮小することができる。化学助剤は、ドラムドアが閉鎖かつロックされる前または後、圧力容器に導入され得、廃棄材料の前、一緒、または後で、あるいは希釈材と一緒に、圧力容器に添加され得る。
【００６６】
従って、一実施形態によれば、アルカリ剤、緩衝剤、漂白剤、洗剤、界面活性剤、溶剤、分散剤、キレート剤、金属イオン封鎖剤、およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種類の化学助剤が任意選択的に含まれ得る。これらの化学助剤は、単独でまたはそれらの組合せで、バルクの形態でまたは溶液で、好ましくは水溶液として、使用され得る。意図した有利性をもたらすためにこれらの化学助剤はどのような量で使用されてもよいが、好ましい化学助剤および量を以下でより詳細に記載する。
【００６７】
幾つかの実施形態によれば、洗剤、界面活性剤、溶剤、分散剤、キレート剤、金属イオン封鎖剤などの様々な他の化学助剤が、単独でまたはそれらの組合せにおいて、再パルプ化の間に使用するために廃棄材料に添加され得る。そのような目的のための現在知られているまたは以下で展開されるこれらの化学助剤の全ては、意図した有利性をもたらすのに十分な量で使用される。しかしながら、これらの化学助剤は、それから形成されたパルプが許容可能な品質を示す場合に限り、使用される。
【００６８】
幾つかの実施形態によれば、好ましい化学助剤は、単独のまたは過酸化水素と組み合わせた水酸化ナトリウムである。
【００６９】
再パルプ化条件
複数の実施形態によれば、古紙を含む廃棄材料の処理は、廃棄材料を十分に再パルプ化し付随的に滅菌するように熱および機械的エネルギーを加えることによって達成される。処理されている廃棄材料への熱の伝導を高める添加希釈水のおかげで、通常であればそれ自体におよび他の材料に絶縁効果をもたらし得る廃棄材料は、必要な熱によって完全におよび迅速に貫かれ、従って、完全な再パルプ化を達成するために十分な熱から汚染物質がその中で保護され得るポケットの形成を回避する。先に記載したように、廃棄材が処理されるときそのパルプ化可能な画分の寸法が低減するので、および、プロセスの熱が、存在する場合廃棄材のプラスチック画分を熱で歪ませ、よりコンパクトな形態に崩壊させるので、廃棄材の全量がより完全に撹拌され、従ってより完全に熱に接触される。
【００７０】
図３〜１１に示される実施形態に戻ると、ドラムの開放端部から見た場合に時計回りであると考えられる第１回転方向において、廃棄材料は、方向性のあるねじ山８０によって遮られ、ドラムの後端部または閉鎖下端部５６に向かってドラムを通して移動される。同時に、二方向性のある持上げパドル７０は、ドラムが回転する間パドルのそれぞれが材料と接触するとき、各パドルの角度部分のおかげで、廃棄材料の一部をドラムの入口端部に向かって流れに逆らうように方向付ける。所望の方向におけるドラムＤの回転の間、螺旋ねじ山８０および新規持上げパドル７０の表面７２および７６の作用によるドラム内のこの材料の前方および後方同時移動により、処理される材料の有利で非常に完全な撹拌がもたらされる。これらの作用および添加希釈水のために、廃棄材料のパルプ化可能材料の再パルプ化が、非常に効果的に達成される。このようにして、プラスチックで包まれた廃棄材料の包みが使用される実施形態において、このプロセスにおいて包みは完全に開梱される。
【００７１】
一部の実施形態において、回転式ドラム装置は、１分あたり少なくとも約６回転（ｒｐｍ）、または１分あたり少なくとも約８ｒｐｍ、または少なくとも約１０ｒｐｍの速度で回転される。
【００７２】
幾つかの実施形態によれば、熱は廃棄材料の処理中に圧力容器に加えられる。この場合、ドラムＤが第１回転方向に回転される間、蒸気が蒸気管９０によって容器に有利に加えられ、注入管９４によって廃棄材料に注入され得る（図３に注目）。先に記載したように、熱を加えることにより、存在する場合プラスチック材料は軟化され、ドラムが回転される間に分離され、従って、プラスチックと密に接触する紙画分が完全に撹拌され、追加された水分および追加された熱と接触されることを可能にする。圧力管６０およびベント接続部分６２と結合される圧力制御システムの弁の適切な使用によって、所望の圧力が容器Ａ内に維持される。弁６１ａは圧力管６０を制御し、弁６１ｂはベント管６２を制御する。管６８は容器Ａの内側に至る接続を形成する。先に記載したような化学助剤は、液体または蒸気として、蒸気ラインにまたは代替的に水ラインに、追加的に添加することができる。
【００７３】
一部の実施形態によれば、約２１２°Ｆ〜約２８５°Ｆの範囲内の内部温度および約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでの範囲内または約１０ｐｓｉｇ〜約５０ｐｓｉｇの範囲内の圧力がもたらされるように十分な量の蒸気が撹拌ステップの間に導入される。一部の実施形態によれば、パルプ化を達成するのに必要な時間を短縮する少なくとも約２３０°Ｆの温度および少なくとも約１５ｐｓｉｇの圧力が好ましい。
【００７４】
一部の実施形態によれば、条件は、再パルプ化を達成するために必要な時間が概ね約３０から９０分であるように、典型的には再パルプ化を達成するために必要な時間が約６０分であり得るように制御される。
【００７５】
場合によっては約４０〜８０分であり得る再パルプ化を達成するために必要な時間を短縮するために約２７５°Ｆの内部温度および約３０ｐｓｉｇの圧力をもたらすように十分な量の蒸気が撹拌ステップの間に導入される実施形態において、この場合もパルプ化を達成するために必要な時間は典型的に約６０分以下である。一部の実施形態において、紙の少なくとも約８０％が再パルプ化され、一部の実施形態において、紙の少なくとも９０％が再パルプ化される。一部の実施形態において、存在する紙の少なくとも６５％が再パルプ化される。
【００７６】
一部の実施形態によれば、廃棄材料は、少なくとも約２１２°Ｆの温度で、再パルプ化ステップの間少なくとも約９０分の期間、約１５ｐｓｉｇの圧力で、または、約２８５°Ｆの温度で少なくとも４０分の期間、約５０ｐｓｉｇの圧力で、あるいは、汚染された廃棄材の完全かつ効率的な再パルプ化を達成するために示されたような他の圧力、温度および時間の組合せで、保持される。一部の実施形態によれば、ドラムが回転する間に十分な量の蒸気が圧力容器に導入され、この間、廃棄材料は、約４０〜６０分、または６０分である再パルプ化を達成するために必要な時間を短縮するために約２３０°Ｆの内部温度および圧力約１８ｐｓｉｇをもたらすように撹拌される。他の実施形態によれば、内部温度は、約４５ｐｓｉｇの圧力で約２７５°Ｆであり、再パルプ化を達成するための時間は約４０〜８０分、または約６０分である。
【００７７】
再パルプ化後の圧力の低減
廃棄材料が十分な高温で十分な時間量にわたり処理されたあと、システムへの蒸気の注入は遮断され、圧力容器ドラムは大気にガス抜きされ、続いて、ドラムを第１回転方向に回転し続ける間に図１１に示される真空システム４６がオンに切り換わり、圧力容器チャンバ内に真空を誘起して圧力容器内の処理済み廃棄材料を冷却する。真空が誘起されるので、処理済み廃棄材料は、再パルプ化処理温度からより低温へ冷却される。一部の実施形態によれば、誘起される真空は、約−５ｐｓｉｇから約−１５ｐｓｉｇまたは約−１０ｐｓｉｇまでの範囲であり、処理済み材料の温度を約１７０°Ｆまたは約１６０°Ｆの低さまでまたは約１５０°Ｆの低さまで低減する。
【００７８】
冷却水
冷却水は、圧力容器内の処理済み廃棄材料を高い再パルプ化処理温度未満の排出温度まで冷却し続けるために、および処理済み廃棄材料から放出される臭気を低減するために、圧力容器に導入される。冷却水の添加により、処理済み廃棄材料が排出されるときに放出されるまたは通常であれば放出され得る臭気が低減または消去される。圧力容器内の水および処理済み廃棄材料は、圧力容器内に処理済み廃棄材料スラリーを形成する。理論に縛られることを望まないが、冷却水は、処理済み材料の温度を低減することによって、または、処理済み材料スラリーを希釈することによって、あるいはその両方によって、臭気を低減すると考えられている。同じく、冷却水は、通常であれば周囲大気に放たれるであろう処理済み材料中の臭気化合物を吸収すると考えられている。そのような臭気化合物は、廃棄材料中に存在し得る、または処理済み廃棄材料スラリーの再パルプ化の間に生成される、あるいはその両方である。本発明の一部の実施形態において、臭気化合物源は、食品廃棄物または飲料廃棄物あるいはその両方を含む。
【００７９】
図３〜１１に示される実施形態に戻ると、ある量の冷却水が処理済み廃棄材料に添加され、これは、冷却水を管９２を介して注入することによって達成され、その結果、十分な冷却水が、湾曲静止管９５を経由してドラムＤ内の廃棄材料と接触される。冷却水は、ドラム内の廃棄材料と水の合計の７８重量％〜９５重量％の間のドラムＤ内の合計水含有量を達成するように圧力容器ドラムＤに添加され、ここで、約８０％が特定の実施形態に従う量である。別の実施形態によれば、冷却水は、冷却ステップ後の圧力容器内に存在する水の合計量が、約１重量部の処理済み廃棄材料に対し少なくとも約３．５重量部であるような量で、または約１重量部の処理済み廃棄材料に対し少なくとも約３．８重量部であるような量で管９２を介して圧力容器ドラムＤに導入される。
【００８０】
複数の実施形態によれば、冷却水は、圧力容器内の処理済み廃棄材料の温度を、少なくとも約１０°Ｆ、または約１０°Ｆ〜約５０°Ｆ、または約１０°Ｆ〜約３０°Ｆ低減するのに十分な量で、処理済み廃棄材料に添加される。本発明の実施形態によれば、冷却水は、圧力容器内の処理済み廃棄材料の温度を、少なくとも約１７０°Ｆの温度から約１４０°Ｆ以下の温度へ、または少なくとも約１６０°Ｆの温度から約１４０°Ｆ以下の温度へ、または少なくとも約１６０°Ｆの温度から約１３０°Ｆ以下の温度へ低減するのに十分な量で処理済み廃棄材料に添加される。
【００８１】
複数の実施形態によれば、冷却水は、約１３０°Ｆまで、または約１２０°Ｆまで、または約７０°Ｆから約１３０°Ｆまで、または約７０°Ｆから約１２０°Ｆまで、または約７０°Ｆから約１１５°Ｆまでの温度で処理済み廃棄材料に添加される。
【００８２】
複数の実施形態によれば、冷却水は、圧力容器内の合計水含有量を、圧力容器の水および廃棄材料の合計含有量の少なくとも約５重量％、または、圧力容器の水および廃棄材料の合計含有量の少なくとも約１０重量％、または、圧力容器の水および廃棄材料の合計含有量の約５重量％〜約４０重量％増大するのに十分な量で処理済み廃棄材料に添加される。
【００８３】
複数の実施形態によれば、冷却水は実質的に純粋であり得るが、飲用水または非飲用水であり得る。冷却水は、臭気調整剤および／または殺生剤などの添加剤を含有し得る。
【００８４】
処理済み廃棄材の排出
冷却水による冷却の後、処理済み廃棄材料は、再生用に再パルプ化された材料およびプラスチックを回収するために、回転容器から排出される。いくつかの実施形態によれば、排出される処理済み廃棄材料は、排出される処理済み廃棄材料の合計湿量に基づいて約５重量パーセント〜約５０重量パーセントの量の固体を含有する。好ましくは、排出される処理済み廃棄材料の固体濃度は、排出される処理済み廃棄材料の合計湿量に基づいて約１０重量パーセント〜約４０重量パーセントの量、排出される処理済み廃棄材料の合計湿量に基づいて約１０重量パーセント〜約２５重量パーセントの量、排出される処理済み廃棄材料の合計湿量に基づいて約１０重量パーセント〜約２０重量パーセントの量、または排出される処理済み廃棄材料の合計湿量に基づいて約３０重量パーセント〜約４０重量パーセントの量である。
【００８５】
さらに、上に記載したように、処理済み廃棄材料中に存在する古紙は実質的に再パルプ化される。いくつかの実施形態によれば、古紙は、少なくとも約８０パーセント再パルプ化される、または古紙は少なくとも約９０パーセント再パルプ化される。
【００８６】
図３〜１１の実施形態に戻ると、閉鎖装置４０は開放され、ドラムＤは第２回転方向に回転される。反時計回り回転と仮定される第２回転方向において、処理済み廃棄材料は、螺旋ねじ山８０によって遮られ、螺旋ねじ山８０の作用によりドラムＤの入口端部の方へ方向付けられる。ドラムＤが回転し続けるとき、処理済み廃棄材料は同じく持ち上げられ、先に記載したように、「Ｙ」字形持上げパドル７０の表面７５によって容器の入口端部の方へ方向付けられる。
【００８７】
パドルの垂直表面の両側の角度表面７５および７６は、当然のことながらそれぞれ垂直に配置された部材７２によって補助されながら、いずれの回転方向においても同じように機能する。
【００８８】
持上げパドル７０は処理の間、螺旋ねじ山８０に対して流れに逆らうようにすなわち逆流式に機能し、表面７６はそのような時に原始的な方法で働くことに注意すべきである。廃棄材料が完全に処理されて初めて、ドラムＤの回転方向は、螺旋ねじ山８０が材料をドラムのリップ５１を越えて適切な排出システムへ排出することを可能にするように反転される。この排出時に、パドル７０の表面７５は、螺旋ねじ山８０の作用と効果的に協働しながら、原始的な方法で働く。
【００８９】
そのようにして処理済み材料は、ドラムＤが第２回転方向に回転する間、螺旋ねじ山８０と持上げパドル７０の表面７２および７５との組み合された作用によって容器から排出される。ドラムＤの外側リップ５１は容器Ａの外側リムを越えて突出しているので、排出される処理済み材料は、容器から離れて落下する。紙材料の再パルプ化のおかげで、処理済み廃棄材料の体積は、その元の体積の約１／３まで低減される。
【００９０】
処理済み材料の排出速度は、当業者には明らかなように、ドラムＤの回転速度と、螺旋ねじ山８０の寸法および頻度と、持上げパドル７０の寸法および数とに依存し、これらの変数は、所与の時間量で処理すべき材料の量に依存し、これら変数の１つの組合せに限定されない。
【００９１】
ドレーン接続部６４には適切な弁６６が装備され、これは水分が過剰に蓄積されると水分を外殻（圧力容器Ａ）から排出することを可能にするために開放することができる。
【００９２】
次に処理済み廃棄材料は、再パルプ化された紙画分を分離および回収するために、さらに以下に記載されるように分離されたプラスチック材料を収集するために、分離装置に方向付けられる。本出願の一体化された再生システムおよび方法での使用に適した圧力容器の上に記載した実施形態はバッチプロセスであるが、当業者であれば、連続使用用に構成された圧力容器が同じく使用されてもよいことを認識するであろう。
【００９３】
２．処理済み廃棄材料の湿潤処理および分離
処理済み廃棄材料はさらに、処理済み廃棄材料の分離の間、および任意選択的にその前、１つまたは複数の実質的に非破壊的なプロセスによって希釈される。「実質的に非破壊的な」は、材料の著しい寸法の低減も材料の劣化も引き起こさないプロセスを指す。例えば、分離プロセスは、分離後の処理済み廃棄材料の中央値の寸法が分離前の処理済み廃棄材料の少なくとも８５％であるとき、実質的に非破壊的として特徴づけられ得る。様々な分離プロセスの非限定的な例は、密度分離、寸法分離、光学的分離および金属分離を含む。
【００９４】
オートクレーブ１０２から放出された処理済み廃棄材料１１０の湿潤処理および分離プロセスのある例示的な実施形態が、図１２に示されている。処理済み廃棄材料１１０は、１つまたは複数の選別装置１１２を用いて２つ以上の部分に分離される。そのような選別装置の非限定的な例は、回転ふるい、粗選スクリーン、精選スクリーン、振動フラットスクリーン、フィンガースクリーン、衝撃分離装置、ドラムリパルパ（ｄｒｕｍ  ｒｅ−ｐｕｌｐｅｒｓ）等を含む。第１部分１１４は、選別装置のアパーチュアを通過できるそれらの材料を含み得、その非限定的な例は、再パルプ化された古紙画分と、プラスチック、金属、ガラス、砂等の小片など小さなデブリとの水性混合物、および液体および可溶化有機体を含む。実施形態において、第１部分の固体は、第１部分の固体の約２０〜約９０重量％まで、第１部分の固体の約５０〜約９０重量％まで、第１部分の固体の約５０〜約８０重量％まで、第１部分の固体の約５０〜約７０重量％まで量の再パルプ化された古紙画分を含み得る。例えば、再パルプ化された古紙画分は、第１部分の固体の約３分の２を構成し、プラスチックは第１部分の固体の約３分の１を構成する。分離された処理済み廃棄材料の第２部分１１６は、回転ふるいを通過できない（拒絶とも称される）大き目の材料を含み得、その非限定的な例は、ぼろ切れ、缶、ならびにプラスチックおよび金属の大きな片などの大型のデブリを含む。
【００９５】
分離の間、水が処理済み廃棄材料に添加され、処理済み廃棄材料をさらに希釈し、選別装置１１２のアパーチュアを通る第１部分を洗浄する。実施形態において、第１部分を固体分率約１〜約２０重量％に、固体分率約１〜約１０重量％に、固体分率約１〜約６重量％に、固体分率約２〜約５重量％に、または固体分率約３〜約５重量％に希釈するのに十分な量で水が選別装置内の処理済み廃棄材料に添加される。
【００９６】
１つまたは複数の選別装置のアパーチュアは、第１部分内の所望の材料の寸法に依存して調整され得、選別装置の長さに沿って同じでも異なっていてもよい。例えば、実施形態において、選別装置は、複数の穴／開口を有し得、その平均面積は約２０〜約４００ｍｍ２である。
【００９７】
第１部分は、再パルプ化された古紙画分を非セルロース系固体の大部分から分離するために、さらなる処理を経る場合がある。様々な分離プロセスを用いることができ、それらには寸法分離および密度分離が含まれる。例えば、実施形態において、第２の回転ふるい、振動ふるい、またはエアセパレータなどの第２選別装置が、非セルロース系固体の大部分を、第１部分の再パルプ化された古紙画分から分離し、第２部分および第１部分からの非セルロース系固体を任意選択的に含む高度に洗浄されかつ実質的に繊維を含まない非セルロース系固体を生成するために使用され得る。「実質的に繊維を含まない（substantially fiber-free）」は、固体の約２０重量％未満がセルロース系固体であることを、より好ましくは固体の約５重量％未満がセルロース系固体であることを意味する。例えば、第１および／または第２部分から回収された実質的に繊維を含まない非セルロース系固体は、乾燥ベースで約１〜約５重量％の量のセルロース系固体を含み得る。
【００９８】
非セルロース系固体部分は任意選択的に、再生可能なプラスチックおよび金属を回収するためにさらなる分離プロセスを用いて分離されてもよい。例えば、金属は、鉄金属（ferrous metal）を回収するために磁石を用いることによって、非鉄金属（non-ferrous metal）およびアルミニウムを回収するために渦電流を用いることによって、および光学的仕分け技術を用いることによって、分離され得る。プラスチックは、ポリエチレン（高密度および低密度の両方を含む）、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリアミドおよびポリスチレンなどの再生可能プラスチックを分離するために光学的仕分け技術を用いて分離され得る。例えば、回収された再生可能材料を機械的に脱水することによって、回収された再生可能材料の水含有量を低減することが望ましいとき、さらに他の技術が使用され得る。機械的に脱水するための技術の非限定的な例は、スクリュープレスまたはベルトプレスを含む。
【００９９】
図１２に示される例示的な実施形態において、高密度クリーナ１１８が、小さい非セルロース系固体１２２（例えば金属、砂、ガラス等）の少なくとも一部を第１部分１１４から取り出すために使用される。第１部分の残り１２０は次いで、他の非セルロース系固体１２８（例えばプラスチック）を再パルプ化された古紙画分１２６から分離するために、１つまたは複数の選別プロセス１２４を用いてさらなる処理を経る可能性がある。再パルプ化された古紙画分１２６は次いで、例えばスクリュープレスまたはベルトプレスを用いて機械的に脱水され得１３０、あらゆる液体および可溶化有機体１３４の少なくとも一部を除去し、増大された固体濃度を有する少なくとも部分的に脱水された再パルプ化された古紙画分１３２を提供する。例えば、脱水された再パルプ化された古紙画分１３２は、固体分率約５０〜９０重量％であり得、固体は約３０重量％を超えるセルロース系材料（例えばセルロース、ヘミセルロース等）を含む。
【０１００】
有利に、そのような方法によって生成された、脱水された再パルプ化された古紙画分は、従来技術の方法によって生成されたものよりもかなりきれいであり、乾燥繊維１トンあたり約５０ｌｂ未満の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）含量によって特徴付けられる。加えて、セルロース系材料の大部分は、再パルプ化された古紙画分の中に回収され、ここで再パルプ化された古紙画分を脱水する間に除去された液体および／または可溶化有機体は、約０．２重量％未満の懸濁された固体を含みかつ再パルプ化された古紙画分中の溶解性ＢＯＤの約９０％を有する。いくつかの実施形態において、方法は、未処理の廃棄材料と比べて、脱水された再パルプ化された古紙画分のＢＯＤの低減によって特徴付けられ得る。例えば、再パルプ化された古紙画分のＢＯＤは、未処理の廃棄材料の５０％未満のＢＯＤ、未処理の廃棄材料の約５％〜約４０％のＢＯＤ、未処理の廃棄材料の約５％〜約２０％のＢＯＤ、または未処理の廃棄材料の約５％〜約１０％のＢＯＤであり得る。
【０１０１】
第２部分および／または第１部分中の処理済み廃棄材料から回収された非セルロース系固体はまた、再生可能なプラスチックおよび金属を回収するために１つまたは複数のプロセスを経る可能性がある。例示的な実施形態において、非セルロース系固体２１０を処理済み廃棄材料から分離するプロセス２００が、図１３に示されている。例えば、金属は、鉄金属２１４を分離するために１つまたは複数の磁石２１２を用いることによって、および非鉄金属およびアルミニウム２１８を分離するために渦電流２１６を用いることによって、処理済み廃棄材料２１０の第１または第２部分から分離され得る。プラスチック２２２は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンおよび同様のもの２２４のうちの１種または複数種を回収するために、処理済み廃棄材料の第１または第２部分から光学的に分離され得る２２０。分離された再生可能な金属およびプラスチックは次いで、他の有用な製品を製造する１つまたは複数の後続プロセスでフィードストックとして使用され得る。
【０１０２】
３．再生された紙製品
実施形態において、再パルプ化された紙画分（機械的脱水の前または後のどちらか）は、再生紙含有製品の製造においてセルロース系フィードストックの少なくとも一部として使用され得る。いくつかの実施形態において、紙含有製品は、ペーパーティッシュまたはペーパータオル製品のどちらかである。いくつかの実施形態において、プロセスはさらに、再パルプ化された紙画分を、紙皿、吸収紙シート、新聞紙、または段ボール紙製品を含むボール紙製品を作製するのに適した板紙などの他の紙含有製品の製造に利用する。
【０１０３】
４．Ｃ５およびＣ６反応生成物
実施形態において、再パルプ化された紙画分（機械的脱水の前または後のどちらか）は、１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物等を形成するために、化学的処理を経る場合がある。例えば、再パルプ化された紙画分は、再パルプ化された紙画分中のセルロースをグルコースに加水分解し、グルコースを１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物またはそれらの組合せ（個々にまたは集合的に以後「有機酸化合物」と称する）に変換することによって、１種または複数種のフルアルデヒド、有機酸、有機酸分解生成物またはそれらの組合せに変換され得る。有機酸化合物の非限定的な例は、レブリン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等を含む。
【０１０４】
再パルプ化された紙画分は、連続またはパッチプロセスを用いて、１つまたは複数の反応器内で有機酸化合物に変換され得る。加えて、様々な種類の再パルプ化された紙画分および他の種類のバイオマスフィードが、様々な場所においてプロセスストリームまたは１つまたは複数の反応器に添加され得る。
【０１０５】
再パルプ化された紙画分を加水分解するステップは、再パルプ化された紙画分を、蒸気、蒸気と少なくとも１種の酸または少なくとも１種のアルコールの１つまたは複数との組み合わせとを接触させるステップを含み得る。適切な酸は、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸等などの鉱酸、および酢酸、ギ酸等などの有機酸を含む。実施形態によれば、酸は、再パルプ化された紙画分の約０〜約１０重量％の量で再パルプ化された紙画分に添加され得る。ある実施形態によれば、鉱酸は、再パルプ化された紙画分に添加される、二酸化硫黄などの前駆体から形成され得る。適切なアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等を含む。
【０１０６】
実施形態において、再パルプ化された紙画分を加水分解するステップは、１５０℃〜約２５０℃、約１７０℃〜約２４０℃、約１７０℃〜約２３０℃、約１７０℃〜約２２０℃、または約１８０℃〜約２１０℃の範囲内で実行される。実施形態において、再パルプ化された紙画分を加水分解するステップは、第１反応器において、約１７０℃〜約１９０℃の温度で、約３５分〜約６０分にわたり実行され得る。実施形態において、第１反応器は、連続撹拌タンク反応器（ＣＳＴＲ）などの軸方向混合式管状反応器である。特定の実施形態において、グルコースを含む再パルプ化された紙画分は、望ましい生成物であり得、例えば、当業者に知られる様々な細菌学的プロセスにおいて（例えば微生物用フィードとして）使用され得る。
【０１０７】
グルコースの変換は、再パルプ化された紙画分の加水分解と同じ反応器内で、または第１反応器と直列の第２反応器内で実行され得る。ある実施形態によれば、鉱酸または有機酸などの酸が、グルコースを１種または複数種の有機酸化合物に変換するために第２反応器に添加される。適切な鉱酸は、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等を含み、適切な有機酸は、酢酸、ギ酸等などの有機酸を含み、第２反応器内の加水分解された再パルプ化された紙画分に、バイオマスの種類、特定の酸、反応器内の温度等のパラメータに依存して、反応器含量の約０〜約１０重量％またはそれ以上の量で、添加され得る。
【０１０８】
加水分解された再パルプ化された紙画分を変換するステップは一般に、再パルプ化された紙画分を加水分解するために使用された温度よりも高い約１５０℃〜約２５０℃の範囲の温度で実行される。例えば、実施形態において、加水分解された再パルプ化された紙画分を変換するステップは、約１９０℃〜約２２０℃の温度で、約１分〜約１５分の間、実行される。加水分解された再パルプ化された紙画分を変換するステップが加水分解と同じ反応器内で実行され得る一方で、実施形態において、変換はピストン型反応器（ＰＦＲ）など、実質的に軸方向混合でない管状反応器を含む第２反応器内で実行される。
【０１０９】
ある実施形態によれば、得られた生成物ストリームは、１種または複数種の有機酸化合物とタールとの混合物であり得るが、１種または複数種の有機酸化合物の除去のため、分離装置に移送され得る。得られ得た生成物ストリームから１種または複数種の有機酸化合物を分離するために、当業者に知られるいずれかの適切な分離システムを使用可能である。実施形態によれば、分離方法は、液体−液体抽出、ガスストリッピング、水蒸気ストリッピング、蒸留等などの方法を含む。次いで１種または複数種の有機酸化合物を凝縮器に捕捉し、精製器内で精製し、貯蔵容器内に貯蔵することができる。
【０１１０】
５．ごみ由来燃料（ＲＦＤ）
実施形態において、他の非セルロース系固体から分離されたプラスチックが、燃料キューブまたはペレットなどの拒絶された由来燃料を製造するために使用され得る。有利に、本明細書に提供されるシステムおよび方法によってもたらされたきれいな材料から生成されたごみ由来燃料は、従来技術の方法を用いて生成された再生可能なプラスチックを用いて製造されたものよりも高いエネルギーを有する。例えば、本明細書に提供される一体化された再生方法の実施形態によって回収されたプラスチックを用いて生成されたごみ由来燃料は、約５，０００〜約１５，０００ＢＴＵ、約８，０００〜約１５，０００ＢＴＵ、または約１２，０００ＢＴＵ〜約１５，０００ＢＴＵなど、約５，０００ＢＴＵを超えるエネルギー値を有し得る。
【０１１１】
例示的なプロセス３００が図１４に示されている。非セルロース系固体から回収されたプラスチックは、少なくとも５０重量％の固体含有量を有するフィードストック３１０を提供するために、第２部分から回収されたぼろ切れおよび他の廃物と組み合され得る。フィードストック３１０は、脱水されたフィードストック３１４の固体含有量を約７５重量％超、または約９０重量％超まで増大するために、（例えばベルトプレスまたはスクリュープレスによって）機械的に脱水され得る３１２。脱水されたフィードストック３１４は、ごみ由来燃料３２０を形成するために、破砕３１６ならびに圧縮および／またはペレット化３１８の組合せを経る場合がある。
【０１１２】
得られたごみ由来燃料は好ましくは、約９０重量％超、約９２重量％超、または約９５重量％超のプラスチック含有量を有し、および約１２，０００ＢＴＵを超えるエネルギー値を有する。いくつかの実施形態において、ごみ由来燃料は次いで、本明細書に記載されるプロセスおよびシステムに使用される電気を熱電供給するために使用され得る。
【０１１３】
６．熱分解
実施形態において、他の非セルロース系固体から分離されたプラスチック（ポリオレフィンポリマーありまたはなし）は、燃料として使用するのに適した１種または複数種の生成物を生成するために熱分解され得る。そのようなシステムは一般に、プラスチックフィードストックを熱分解するように構成された熱分解装置を含む。実施形態において、灰などの添加材が、プラスチックフィードストックを導入するために使用されるものと異なる入口を介して熱分解装置に直接添加され得るか、または熱分解装置に入る前、プラスチックフィードストックに直接添加され得る。熱分解装置は、プラスチックフィードストックを、再利用に適した１種または複数種の生成物に、またはさらに価値のある生成物を生成するのに適した中間物に変換する。例えば、熱分解装置は、当該技術分野で知られる熱および触媒分解プロセスによって、プラスチックを、燃料、モノマー、および他の価値のあるフィードストックおよび中間物に変換する。そのようなプロセスは、原油、ディーゼル燃料等など、有用な炭化水素液体の製造をもたらすことができる。
【０１１４】
７．ＰＥＴフレークまたはフィルム
実施形態において、他の非セルロース系固体から光学的に分離されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、ＰＥＴフレークまたはフィルムを製造するために使用され得る。例えば、ＰＥＴは、ＰＥＴフレークを製造するための当該技術分野で知られた方法を用いて破断され得る。代替的に、ＰＥＴは当該技術分野で知られる方法を用いてＰＥＴフィルムに形成され得る。
【０１１５】
有利に、本明細書に提供される方法およびシステムは、従来技術において一般的に必要とされる分離予備処理の必要性を排除する。例えば、従来技術の方法は、ＰＥＴがさらなる処理に適する前に、ラベル除去、殺菌、キャップ除去、および緻密化のプロセスを必要とする。
【０１１６】
８．嫌気性消化
実施形態において、処理済み廃棄材料から分離された液体および可溶化された有機体の少なくとも一部は、電気コージェネレーションに適したバイオガスを生成するために嫌気性消化装置に導入され得る。嫌気性消化装置によって生成され得るバイオガスの非限定的な例は、二酸化炭素およびメタンを含む。嫌気性消化装置はまた、固体燃料および／または堆肥としての使用に適した残留物質を生成し得る。
【０１１７】
嫌気性消化装置４２８を含む例示的なシステム４００が、図１５に示されている。廃棄材料４１０は処理済み廃棄材料４１４を得るためにオートクレーブ４１２内で処理され、処理済み廃棄材料４１４は選別装置４１６内で分離され、再パルプ化された紙画分、液体、および可溶化有機体を含む第１部分４１８と、第２部分４２０とがもたらされる。次いで第１部分４１８はさらなる処理４２２を経て、そこで再パルプ化された紙画分４２４は、後続プロセスのために分離され、液体および可溶化有機体を含むろ液４２６を得る。ろ液４２６はバイオガス４３０を生成するために嫌気性消化装置４２８に導入される。嫌気性消化装置４２８に由来する排出液４３２が次いで、例えばオートクレーブ４１２用のまたは処理済み廃棄材料４１４の湿潤処理４１６用の希釈液として、再生または再利用可能である。
【０１１８】
嫌気性消化装置は有利に、本明細書に記載される再生プロセスおよびシステムを実行するための電気を熱電供給するために使用可能である。実施形態において、生成されるバイオガスの量は、再生システムのエネルギー必要量の７０％までを生成するのに十分なものである。
【０１１９】
９．一体システム
上に記載したシステムおよびプロセスの様々な態様は、廃棄材料を処理するための一体化された再生システムを提供するために組み合わされてもよい。これらのシステムおよびプロセスは、水処理施設をあるべき位置に既に有する工場プラントでの使用に特に適している。例えば、一体化再生システムは、水処理施設、またはパルプおよび製紙工場など、現場水処理施設を有する他のいずれかの産業施設において、共通に配置されてもよい。
【０１２０】
一体化再生システムの例示的な実施形態が図１６に示されている。システムは、廃棄材料５１０を受け入れて、高い処理温度および圧力で処理するように構成された圧力容器５１２を含む。処理済み廃棄材料５１４は、２つの直列の選別装置５１６、５１７において湿潤処理と、３つの部分−再パルプ化された古紙画分を含む第１部分５２０、非セルロース系固体を含む第２部分５１８、および大きなデブリを含む第３部分５２２への分離とを経る場合がある。
【０１２１】
第１部分５２０は、第１部分５２０内に存在するあらゆる非セルロース系固体（不図示）の大部分を除去するために、１つまたは複数の後続の分離５２２を経る場合があり、および液体および可溶化有機体５２４を第１部分５２０から分離するために機械的に脱水され得、それにより固体の約５０重量％を超える量で存在するセルロースを含む再パルプ化された紙画分５２６を提供する。例えば、第１部分５２０の再パルプ化された紙画分５２６の固体は、固体の約５０〜約９０重量％の、固体の約５０〜約８０重量％の、固体の約５０〜約７０重量％の量のセルロースを含み得る。再パルプ化された古紙画分５２６は、次いで、再生紙含有製品または有機酸化合物など、有用な製品を製造するために１つまたは複数の処理において使用され得る。
【０１２２】
第２部分５１８はまた、高度に浄化されかつ実質的に繊維を含まない再生可能プラスチックおよび金属５３０を回収するために、１つまたは複数の後続の分離５２８を経る場合がある。プラスチックは、ごみ由来燃料、燃料としての使用に適した１つまたは複数の生成物、あるいはＰＥＴフレークまたはフィルムを生成するために１つまたは複数のプロセスにおいて使用され得る。
【０１２３】
処理済み廃棄材料から分離された液体および可溶化有機体５２４は、バイオガス５３６および排出液５３８を生成するために嫌気性消化装置５３４に導入され得、排出液５３８は、圧力容器５１２内の希釈液または冷却水、または湿潤処理および分離５１６における希釈液など、廃棄材料の処理においてリサイクルされかつ再利用され得る。ごみ由来燃料、燃料としての使用に適した生成物、およびバイオガスはまた、例えば一体化再生システムおよびプロセスを実行するために必要なエネルギーを生成するために、本プロセスおよびシステムにおいて再利用され得る。
【０１２４】
従って、一体化再生システムおよびプロセスは有利に、少なくともエネルギー中立プロセスであり得、再生プロセスにおいて生成されるものを超えて追加のエネルギー源を必要としない。いくつかの例において、一体化再生システムおよびプロセスは、エネルギー生成プロセスであり得、再生プロセスにおいて必要とされるよりも多くのエネルギーを生成する。そのような余剰エネルギーは、その後、パルプおよび製紙工場など、システムが共通に配置される産業施設の外部エネルギー必要量を低減するために使用され得る。
【０１２５】
このように、実施形態に記載される一体化再生システムおよびプロセスは、多数の利点を提供し、埋め立てまたは焼却炉に送られる廃棄材料の量を低減し、材料を有用な製品へ効率的に再生し、および材料を有用な製品にすることを再び目的とする。
【０１２６】
本教示を記載および定義するために、用語「実質的に」は、いずれかの量的な比較、値、測定値または他の表現に起因すると考えられ得る不確実性の固有の程度を表すために本明細書において使用されることが注目される。用語「実質的に」は同じく、それによって量的な表現が論争中の主題の基本的な機能の変化をもたらすことなく記載された基準値から変化し得る程度を表現するために本明細書において使用される。
【０１２７】
様々な実施形態に関連して本教示を記載してきたが、これらの教示は、付随する開示内容の趣旨および範囲内で多様なさらなるおよび他の実施形態を受け入れる余地もあることを理解すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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