ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
INTEGRATED METHOD AND SYSTEM FOR PROCESSING WASTE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США № 62/060150, поданной 6 октября 2014 года, описание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящая заявка относится в целом к способам переработки отходов, включающим макулатуру, в полезную продукцию. Более конкретно, данное изобретение относится к способу и системе переработки отходов, которые интегрированы в целлюлозно-бумажный завод.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Переработанная макулатура является основным источником сырья для производства бумажной продукции. Переработанная макулатура может быть получена из различных источников отходов, которые часто содержат другие утилизируемые и перерабатываемые материалы. Например, распространенные источники отходов часто содержат полимерные материалы, такие как пластик и металлы, такие как алюминий.
[0004] Хотя эти утилизируемые и перерабатываемые материалы могут быть получены из различных источников отходов и использованы в качестве сырья для производства различной продукции, существующие способы извлечение этих материалов являются неэффективными и обусловлены экономическими аспектами трудоемкости извлечения, отсортировки и процессов очистки. Например, многие существующие способы извлечения этих повторно используемых материалов требуют отсортировки материалов у источника или на промежуточном объекте до начала последующей технологической обработки материалов в полезную продукцию. Таким образом, существует потребность в более эффективных способах технологической обработки отходов с целью увеличения извлечения и переработки большего количества отходов в ходе более экономичного процесса.
Сущность изобретения
[0005] Варианты осуществления настоящей заявки решают описанные выше потребности путем предоставления способов и систем для переработки отходов, включающих макулатуру.
[0006] В одном аспекте представлен способ, который включает введение отходов в сосуд высокого давления; обработку отходов в сосуде высокого давления при повышенной температуре технологической обработки и повышенном давлении технологической обработки с образованием обработанных отходов, содержащих по существу превращенную в волокнистую массу макулатуру; выгрузку обработанных отходов из сосуда высокого давления; и последующее разделение обработанных отходов с помощью устройства для просеивания на первую часть и вторую часть. Первая часть может содержать по существу превращенную в волокнистую массу макулатуру, а вторая часть может содержать крупный мусор. Этап разделения может дополнительно включать промывание первой части посредством устройства для просеивания достаточным количеством воды с разбавлением первой части до содержания твердых веществ от приблизительно 1% по массе до приблизительно 20% по массе.
[0007] В другом аспекте предусматривается интегрированная система переработки отходов, включающих макулатуру. Интегрированная система может содержать сосуд высокого давления, выполненный с возможностью приема и обработки отходов в сосуде высокого давления при повышенной температуре технологической обработки и повышенном давлении технологической обработки с образованием обработанных отходов, включающих по существу превращенную в волокнистую массу макулатуру; устройство для просеивания для приема обработанных отходов, выполненное с возможностью разделения обработанных отходов на первую часть и вторую часть, причем первая часть содержит по существу превращенную в волокнистую массу макулатуру, а вторая часть включает крупный мусор; и устройство подачи воды, выполненное с возможностью промывания первой части посредством устройства для просеивания достаточным количеством воды с разбавлением первой части до содержания твердых веществ от приблизительно 1% по массе до приблизительно 20% по массе.
[0008] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения и его варианты осуществления станут более понятными из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемый графический материал, где компоненты не обязательно выполнены в масштабе, и на которых соответствующие номера позиции обозначают соответствующие части во всем графическом материале.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0009] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение системы, упаковывающей отходы в тюки, в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0010] фиг. 2a представляет собой схематическое изображение системы переработки отходов, принимающей отходы в тюках, в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0011] фиг. 2b представляет собой схематическое изображение системы переработки отходов, выгружающей обработанные отходы, в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0012] фиг. 3 представляет собой вид сбоку автоклава, используемого в одном варианте осуществления;
[0013] фиг. 4 представляет собой вид сосуда, показанного на фиг. 3, в частичном разрезе, на котором показаны вращающийся барабан и закрывающая панель автоклава в открытом положении;
[0014] фиг. 5 представляет собой вид с торца сосуда высокого давления, показанного на фиг. 3; на этом виде показаны приводной ремень и двигатель, используемые для привода барабана во вращение;
[0015] фиг. 6 представляет собой вид с торца автоклава, показанного на фиг. 3, иллюстрирующий работу закрывающей панели;
[0016] фиг. 7 представляет собой вид сбоку устройства, показанного на фиг. 3, в частичном разрезе, на котором показаны подъемные лопасти, расположенные разнесенным массивом вокруг внутренней части вращающегося барабана, причем местоположение спиральной перегородки показано пунктирными линиями;
[0017] фиг. 8a представляет собой вид в поперечном разрезе, выполненном по линии 8а-8а на фиг. 7;
[0018] фиг. 8b представляет собой вид в поперечном разрезе, выполненном по линии 8b-8b на фиг. 7;
[0019] на фиг. 9 показано взаиморасположение подъемных лопастей и спиральной перегородки, расположенных вокруг внутренней поверхности вращающегося барабана, показанного на фиг. 3-8b;
[0020] фиг. 10 представляет собой чертеж в увеличенном масштабе типичной подъемной лопасти, используемой в связи с вариантом осуществления, на котором также показана прилегающая часть барабана в разрезе, причем конец с закрывающей панелью барабана находится слева, если смотреть на этой фигуре;
[0021] фиг. 11 представляет собой схему вакуумной системы, используемой в связи с вариантом осуществления.
[0022] фиг. 12 представляет собой карту технологического процесса системы влажной технологической обработки и разделения в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0023] фиг. 13 представляет собой карту технологического процесса системы разделения для отделения не относящихся к целлюлозе твердых веществ в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0024] фиг. 14 представляет собой карту технологического процесса интегрированной системы переработки, содержащей систему для производства топлива из отходов в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0025] фиг. 15 представляет собой карту технологического процесса интегрированной системы переработки, содержащей метантенк, в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0026] фиг. 16 представляет собой карту технологического процесса интегрированной системы переработки в соответствии с одним вариантом осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0027] Настоящая заявка предусматривает системы и способы эффективной переработки отходов, включающих макулатуру. Как правило, описанные способы включают введение содержащих макулатуру отходов в сосуд высокого давления; обработку отходов в сосуде высокого давления при повышенной температуре технологической обработки и повышенном давлении технологической обработки с образованием обработанных отходов, содержащих по существу превращенную в волокнистую массу макулатуру; выгрузку обработанных отходов из сосуда высокого давления; и последующее разделение обработанных отходов посредством устройства для просеивания на первую часть и вторую часть. Первая часть может содержать по существу превращенную в волокнистую массу макулатуру, а вторая часть может содержать крупный мусор. В вариантах осуществления этап разделения двух частей дополнительно включает промывку первой части посредством устройства для просеивания достаточным количеством воды с разбавлением первой части до содержания твердых веществ от приблизительно 1% по массе до приблизительно 20% по массе.
[0028] Преимущественно, отделенные по существу превращенная в волокнистую массу макулатура и нецеллюлозные твердые вещества от обработанных отходов обеспечивают чистое сырье, которое можно использовать в качестве сырья для множества различных процессов. Например, по существу превращенная в волокнистую массу макулатура может быть использована для производства продуктов, содержащих бывшую в употреблении бумагу, или преобразована в одну или несколько органических кислот, продуктов распада органических кислот и т. п. Кроме того, промытые по существу не содержащий волокна подлежащий повторному использованию пластик и металлы могут быть извлечены из второй части и либо маркированы для продажи, либо использованы для изготовления топлива из отходов, пиролизированы с получением одного или нескольких продуктов, подходящих для использования в качестве топлива, либо преобразованы в полимерные хлопья или полимерные пленки (т.е., в хлопья или пленки из полиэтилентерефталата). В последующих процессах также могут быть использованы жидкости и растворенные органические вещества, например, в метантенке с получением биогаза.
[0029] В соответствии с вариантами осуществления отходы могут представлять собой твердые коммунально-бытовые отходы, или твердые промышленные отходы, или т. п. Термин «твердые коммунально-бытовые отходы» означает все отходы, выброшенные для утилизации домашними хозяйствами, в том числе из одно- и многоквартирных жилых домов, а также гостиниц и мотелей. Термин также включает в себя отходы, вырабатываемые коммерческими, институциональными и промышленными источниками, при условии, что такие отходы являются в основном такими же, как отходы обычно вырабатываемые домашними хозяйствами, или те отходы, которые были собраны и утилизированы с другими твердыми коммунально-бытовыми отходами службами сбора как часть обычных твердых коммунально-бытовых отходов. Примеры твердых коммунально-бытовых отходов включают пищевые и дворовые отходы, бумагу, пластик, металл, одежду, бытовую технику, упаковку потребительских товаров, одноразовые подгузники, офисные принадлежности, косметику, стеклянные и металлические контейнеры для пищевых продуктов и опасные хозяйственно-бытовые отходы.
[0030] Термин «бытовые отходы» означает отходы, образующиеся при нормальной деятельности домашних хозяйств, включая, но, не ограничиваясь ими, пищевые отходы и другой органический материал, мусор, такой как бумага, металл, пластик, зола и крупногабаритный мусор.
[0031] Термин «промышленные твердые отходы» означает все виды твердых отходов, образующихся в магазинах, офисах, ресторанах, складских помещениях, учебных и организационных объектах при других непроизводственных видах деятельности, за исключением бытовых и производственных отходов. Эти отходы по сравнению с твердыми коммунально-бытовыми отходами имеют высокое содержание бумаги и, следовательно, содержание волокон бумаги, а также содержание пластика из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Промышленные твердые отходы по сравнению с твердыми коммунально-бытовыми отходами также содержат пластик и металл, но с низким содержанием садовых отходов, пластик из поливинилхлорида (ПВХ), строительные материалы, бытовую технику, косметику, опасные хозяйственно-бытовые отходы и крупные металлические предметы. Промышленные твердые отходы обычно собираются в местах, таких как аэропорты, рестораны, офисные здания, учебные заведения и развлекательные или тематические парки.
[0032] Термин «вторично превратить в бумажную массу» означает рассоединить или, по меньшей мере, частично отделить друг от друга волокна, которые прикрепились друг к другу, связались друг с другом или перепутались между собой, такие как целлюлозные волокна в бумаге. В контексте настоящего описания выражение «вторичное превращение бумаги в бумажную массу» означает, по меньшей мере, частично отделение целлюлозных волокон бумаги друг от друга с образованием массы разрыхленного целлюлозного волокна.
1. Обработка отходов
[0033] В соответствии с одним вариантом осуществления предусматривается способ переработки отходов, в частности, содержащих смеси макулатуры и полимерных отходов, таких как пластик, использование сосуда высокого давления в целом цилиндрической формы для привода во вращение вокруг его продольной оси, причем указанный способ включает этапы: a) введения отходов и разбавляющей воды через впускное отверстие сосуда высокого давления; b) прикладывания тепловой энергии к отходам в сосуде высокого давления для придания отходам повышенной температуры технологической обработки и повышенного давление технологической обработки внутри сосуда высокого давления до уровня выше атмосферного давления; c) вращения сосуда высокого давления вокруг его продольной оси для перемешивания отходов для выполнения вторичного превращения в бумажную массу волокнистой бумажной фракции; d) снижения давления в сосуде путем сброса пара через конденсатор посредством втягивания вакуума в конденсатор с целью начать охлаждение материала; e) последующего введения охлаждающей воды в сосуд высокого давления для охлаждения обработанных отходов в сосуде высокого давления до температуры выгрузки ниже достигнутой на предыдущем этапе и для уменьшения запаха, выделяемого переработанными отходами; и f) выгрузки обработанных отходов из сосуда высокого давления, в котором указанная бумажная фракция по существу превращается в волокнистую массу и по существу отделяется от указанных полимерных или пластиковых отходов и других загрязняющих веществ в указанных отходах. В одном варианте осуществления полимерные отходы используют для концентрации загрязняющих веществ, включая вещества, обуславливающие цветность, из отходов.
[0034] В соответствии с вариантом осуществления предлагается процесс, в котором используют вращающееся устройство, известное в области техники, к которой относится такое изобретение, как устройство Rotoclave  (выпускаемое компанией Tempico, Inc., г. Мэдисонвилл, штат Луизиана, США). Требуемое количество отходов помещают в барабан Rotoclave, запуская вращательное движение шнековых лопаток в барабане для втягивания отходов далее в барабан. Дверцу сосуда высокого давления закрывают и уплотняют, в камеру втягивают вакуум для исключения эффектов парциального давления воздуха, захваченного в сосуде, добавляют разбавляющую воду. Затем камеру Rotoclave изолируют, и через впускной паровой клапан подают пар до достижения требуемых температуры и давления технологической обработки. Барабан Rotoclave вращают, при этом отходы содержатся в барабане при требуемых температуре и давлении технологической обработки на протяжении заданного времени реакции с образованием обработанных отходов. Для поддерживания температуры и давления на протяжении всего заданного времени реакции используют пар. По истечении заданного времени реакции паровой клапан, предназначенный для подачи пара в барабан, закрывают, и барабан проветривают до атмосферного давления, что, в свою очередь, вызывает снижение температуры в камере. После этапа первого проветривания втягивают вакуум для дальнейшего снижения температуры обработанных отходов.
[0035] Затем барабан снова проветривают в атмосферу, после чего в камеру подают охлаждающую воду для дальнейшего охлаждения обработанных отходов до температуры выгрузки и разбавления одного или нескольких пахучих соединений, и камеру открывают. Затем обработанные отходы внутри барабана извлекают посредством реверсирования вращения барабана, при этом шнековые лопатки доставляют обработанные отходы в переднюю часть барабана, откуда он затем выходит на разгрузочный конвейер для дальнейшего рассева для удаления крупнозернистого материала.
Сосуд высокого давления
[0036] В соответствии с одним вариантом осуществления сосуд высокого давления автоклава в целом может представлять собой удлиненный сосуд цилиндрической формы, установленный для привода во вращение вокруг его продольной оси и оснащен средствами перемешивания, содержащими комплект закрепленных подъемных лопастей, присутствующих внутри указанного сосуда. Перемешивание отходов может включать действие подъемных лопастей в сосуде, одновременное с вращением указанного сосуда. В соответствии с одним вариантом осуществления сосуд может быть оснащен элементом спиральной формы.
[0037] В связи с настоящим изобретением может использоваться любой подходящий сосуд высокого давления, который может осуществлять необходимые эффекты при технологической обработке отходов в соответствии с настоящим изобретением. Однако в соответствии с одним вариантом осуществления для обеспечения надлежащего перемешивания отходов сосуд высокого давления может преимущественно быть оборудован подходящими средствами перемешивания. Подходящий сосуд высокого давления в соответствии с одним вариантом осуществления представляет собой сосуд высокого давления в целом цилиндрической формы, установленный для привода во вращение в наклонном положении вокруг своей продольной оси, как раскрыто в патентах США № 5119994; № 4974781; и № 6458240 и заявке на патент США серийный № 14/256652, поданной в Патентное ведомство США 14 апреля 2014 года и озаглавленной «Способ переработки отходов с пониженным выделением запаха», раскрытие которых полностью включено в данное описание посредством ссылки. Этот сосуд высокого давления оснащен подходящими средствами для перемешивания, предназначенными для перемешивания отходов и разбивки отходов, содержащих пластмассу и содержащих бумагу. Примеры подходящих средств перемешивания включают механические, гидромеханические или электрические устройства. Конкретные примеры механических устройств включают механические мешалки, шейкеры, блендеры, опрокидыватели и т. п. Установлено, что комплект закрепленных подъемных лопастей и элемент спиральной формы, установленные во внутренней части сосуда высокого давления, взаимодействуют как один пример средств перемешивания для одного варианта осуществления настоящего изобретения. В соответствии с одним вариантом осуществления средства перемешивания предусмотрены в барабане, установленном с возможностью вращения под наклоном внутри сосуда высокого давления.
[0038] Таким образом, автоклав для обработки отходов в соответствии с одним вариантом осуществления содержит в целом цилиндрический сосуд, установленный под малым углом наклона относительно горизонтальной плоскости, причем угол наклона равен приблизительно 7°, причем верхний конец сосуда имеет отверстие для приема отходов, а нижний конец сосуда закрыт. Сосуд может быть выполнен с высокоэффективным закрывающим устройством на отверстии, которое, будучи закрытым, герметически изолирует сосуд от атмосферы, чтобы обеспечить повышение давления в сосуде при его работе или, альтернативно, обеспечить поддерживание вакуума в сосуде при действии соответствующей вакуумной системы.
[0039] На фиг. 3-11 показан автоклав для осуществления процесса в соответствии с одним вариантом осуществления, раскрытым в патенте США № 6 458 240. Это устройство содержит толстостенный технологический сосуд высокого давления A, имеющий в целом цилиндрическую форму. В конструкции сосуда высокого давления A используются толстые стенки, чтобы он мог работать в условиях высокого внутреннего давления, а также иногда при вакууме, как отмечено выше. Сосуд высокого давления A устанавливается неповоротным образом на прочной стационарной опоре 26 и имеет достаточно широкое основание для придания достаточной устойчивости. В опоре 26 могут использоваться элементы из конструкционной стали, рассчитанные на эффективную передачу веса устройства для переработки и отходов на фундамент под устройством для переработки.
[0040] Вращающийся барабан, который вскоре будет описан и который используется внутри оболочки сосуда A, передает свои силы на опорные подшипники, которые в свою очередь передают эту нагрузку в оболочку сосуда A и становятся частью нагрузки, поддерживаемой конструктивными опорами оболочки, и, таким образом, передаваемой на фундамент под устройством для переработки.
[0041] Закрывающее устройство или дверца 40 куполообразной формы, снабженная уплотнением 41, подвешена на петлях рядом с впускным отверстием 30 сосуда A, благодаря чему в выбранные моменты времени внутри сосуда может устанавливаться значительное давление или вакуум, как ранее отмечалось.
[0042] Внутри не вращающегося сосуда A находится в целом цилиндрический барабан D, установленный с возможностью вращения в любом направлении вокруг своей оси, совпадающей с осью сосуда A. Барабан оснащен бандажом или опорным кольцом 12 рядом с его передним концом 50 и роликовыми подшипниками или подшипниками 58 со сферическими вкладышами, расположенными на внутренней стороне сосуда A для контакта с кольцом 12, и, таким образом, обеспечивающими опору для переднего конца 50 барабана D. Передний конец 50 барабана D открыт, а задний или нижний конец 56 барабана закрыт и водонепроницаем.
[0043] К заднему или нижнему концу 56 барабана D прикреплен приводной вал 16, предназначенный для поддержки заднего конца барабана D и привода его во вращение. Вал с возможностью вращения поддерживается роликовыми или шариковыми подшипниками 17, которые в свою очередь поддерживаются конструктивным элементом 19, прикрепленным к сосуду A. Такое опорное устройство предназначено для фиксации положения барабана D, что касается его горизонтального позиционирования в сосуде A.
[0044] Приводной вал 16 барабана D проходит через оболочку сосуда A и герметически изолируется от атмосферы уплотнением 33, позволяющим время от времени поддерживать выбранное давление или выбранный вакуум в сосуде A и, естественно, в барабане D.
[0045] Типичная частота вращения барабана D составляет 2-30 об/мин, предпочтительно, примерно 8-15 об/мин, для обеспечения равномерной нагрузки сил на приводной механизм 14, используемый для привода барабана во вращение.
[0046] Барабан D может вращаться в одном из двух направлений на своей горизонтальной оси посредством приводного механизма 14, показанного на фиг. 3, в котором могут использоваться, например, реверсивный электродвигатель 20 и подходящий редуктор 18, соединенный с приводным валом 16 барабана, для вращения барабана D в выбранном направлении. Может быть предпочтительным использование предназначенной для работы в тяжелом режиме цепи 22, проходящей по звездочкам 23 и 24, для передачи вращения электродвигателя на приводной вал, в компоновке, известной специалистам в области техники, к которой относится изобретение, как показано на фиг. 3 и 5.
[0047] При размещении барабана D внутри сосуда высокого давления A можно иметь те же преимущества беспрепятственного перемешивания материалов, как и в случае свободно стоящего вращающегося барабана. Благодаря выполнению барабана с адекватными стенками, перерабатываемые отходы и любые добавки, вводимые в эти материалы, во время технологической обработки содержатся в барабане. Поскольку в соответствии с этим вариантом осуществления барабан расположен в сосуде высокого давления, материалы конструкции барабана значительно легче, чем требуемые для свободно стоящего вращающегося барабана, который потребовал бы конструктивной прочности для выдерживания сил давления, а также сил, связанных с вакуумом, которые время от времени будут использоваться в технологическом процессе.
[0048] Во внутренней части барабана D предусмотрены несколько подъемных лопастей 70 и шнековая спираль 80, предназначенные для обеспечения перемешивания и перемещения отходов вследствие вращения барабана D. Подъемные лопасти, используемые для настоящего изобретения, и шнековая спираль подробнее описываются ниже.
[0049] Сосуд A в соответствии с одним вариантом осуществления предпочтительно работает под наклоном. Один подходящий угол наклона - 7° от горизонтали, причем передний или впускной конец 30 находится выше закрытого нижнего конца 36 сосуда. Угол наклона помогает в части перерабатываемых отходов в барабане D в том, что при вращении барабана отходы будут перемещаться через барабан D к заднему концу, по меньшей мере, частично под действием силы тяжести.
[0050] Хотя ограничений в части размера барабана D нет, следует отметить, что устройство, использующее барабан длиной примерно десять футов, имеет тот размер, который может эффективно использоваться на станции переработки. Иными словами, вариант меньшего размера установки по переработке отходов в соответствии с одним вариантом осуществления мог бы иметь вид блока, который можно было бы поместить в относительно ограниченной зоне для переработки в меньшем масштабе отходов любого специального типа, создаваемых в этой зоне.
[0051] Вместе с тем, очевидно, что возможно использовать более крупные блоки для выполнения операций большего масштаба, и вышеприведенное упоминание установки по переработке с размером для использования на площадках хранения отходов не предназначено для ограничения крупноразмерности или малоразмерности любой установки по переработке за исключением того, что диаметр сосуда должен быть достаточно большим для приема материалов, не прошедших предварительное уменьшение размеров. В соответствии с настоящим изобретением можно было бы использовать любое сочетание разумных диаметров и длин, ограниченное лишь практической целесообразностью.
[0052] Возвращаясь к деталям этого варианта осуществления, подъемные лопасти 70 установлены на внутренней стороне барабана D и расположены так, чтобы минимизировать любое препятствие потоку материалов в барабане. Подъемные лопасти распределены секциями по горизонтальной протяженности барабана, как показано на фиг. 7, и расположены в шахматном порядке с интервалами примерно 45° от одной секции к следующей.
[0053] Подъемные лопасти 70 прикреплены к внутреннему периметру барабана D перпендикулярно к корпусу барабана, как показано на фиг. 8a и 8b, и ориентированы в продольном направлении, чтобы соответствовать продольному размеру барабана, как показано на фиг. 7 и 9.
[0054] Как лучше всего видно на фиг. 10, перпендикулярная ножка 72 прикреплена к внутренней стороне боковой стенки барабана, а угловой элемент 74 прикреплен на своей средней линии 77 к радиально внутренней части перпендикулярной ножки. Угловой элемент 74 имеет наружные поверхности 75 и 76, причем поверхность 75 проходит под углом примерно 45° к перпендикулярной ножке 72 подъемной лопасти, а поверхность 76 проходит под таким углом к ножке 72. Поверхности 76 предпочтительно считаются первыми частями, а поверхности 75 лопастей считаются вторыми частями. Средняя линия 77 углового элемента 74 может проходить под углом примерно 52° относительно внутренней поверхности барабана D и как показано на фиг. 10, средняя линия 77 помещена в направлении к более высокому концу барабана D. Говоря несколько иначе, внутренние части 78 подъемных лопастей обращены к закрытому концу 56 барабана D, который находится слева, если смотреть на фиг. 10.
[0055] В одном варианте осуществления угол наклона барабана равен приблизительно 7° относительно горизонтали, угол наклона угловых частей 75 и 76 подъемной лопасти равен 52° относительно стенки оболочки барабана D, и это дает в результате, что угловые части 75 и 76 подъемной лопасти действуют под углом 45° относительно горизонтали.
[0056] К внутреннему периметру барабана D прикреплена шнековая спираль или спиральная перегородка 80, предназначенная для минимизации препятствия потоку отходов в барабане, и которая может быть с частотой, соответствующей одному полному циклу спирали на расстоянии, равном диаметру барабана, измеренном по длине барабана. Наклон спиральной перегородки является таким, что когда барабан D вращается в том, что называется первым направлением вращения, обрабатываемые отходы перемещаются вперед, к закрытому нижнему концу 56 барабана, а вращение барабана во втором направлении вращения вызывает перемещение материалов назад к впускному отверстию 50 барабана. Шнековая спираль является непрерывной, т. е. в некоторых местах попадающиеся подъемные лопасти 70 должны быть убраны, чтобы сделать изготовление спирали возможным.
[0057] Размер и частота подъемных лопастей, угол наклона барабана и частота вращения барабана являются переменными и представляют собой функцию требуемой скорости перемещения материалов в барабане и количества материала, которое должно быть переработано за данное количество времени.
[0058] Диаметр барабана должен быть достаточным для приема выбранного количества отходов, подлежащих переработке, с дополнительным пространством примерно 40% объема внутреннего диаметра барабана, которое должно оставаться свободным, чтобы позволить материалу падать и перемешиваться в барабане при его вращении. При разработке этого типа устройства установке по переработке добавлена дополнительная технологическая способность посредством увеличения ее длины. Отношение диаметра к длине является переменным и зависит от количества материала, подлежащего переработке за данное количество времени, с учетом размера и частоты мешальных механизмов барабана для обеспечения полного перемешивания отходов и воды.
[0059] Устройства для контроля процесса и управления им включают, например, трубопроводы для воды, трубопроводы для пара, трубопроводы вакуумной установки, регуляторы давления и другие необходимые приборы. При использовании свободно стоящего вращающегося барабана каждое из этих устройств может крепиться к центральной линии оси вращения вращающегося барабана, что усложняет закрывающие устройства на таком сосуде и требует размещения этих устройств на концах барабана. В случае регуляторов давления, вакуумных соединений и приборов регулирования температуры это не подходящее место. Напротив, устройства этого типа могут лучше контролировать технологический процесс и управлять им из места, которое ближе к точке в технологическом процессе, где происходит реакция, а не рядом с местом введения добавок в процесс или на противоположном конце от него. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления используется сосуд высокого давления, в котором используется вращающийся барабан.
[0060] Использование свободно стоящего вращающегося барабана дополнительно усложняется необходимостью создания давления и вакуума. Вакуум, в частности, требует, чтобы устройство обладало значительной прочностью во избежание смятия, и это обычно приравнивается к массивным компонентам, требующим значительной мощности, если эти компоненты необходимо привести во вращение.
[0061] В некоторых вариантах осуществления, в которых отходы вводятся в виде обернутых пластиковой пленкой тюков отходов, закрывающее устройство сосуда высокого давления может потребовать, чтобы закрывающее устройство было большого размера. Из-за их большого размера и условий давления и вакуума в процессе закрывающие устройства было бы очень трудно открывать и закрывать вручную. Автоматические устройства управления закрывающими устройствами, которые крепились бы к свободно стоящему вращающемуся барабану, могут быть сложными. В этом варианте осуществления барабан вращается в течение периода времени, в котором закрывающее устройство открыто, и, таким образом, закрывающее устройство и его оператор не должны мешать способности барабана вращаться при этих условиях.
[0062] Как показано на фиг. 3, сосуд A оборудован трубопроводом 90, предназначенным для избирательного добавления пара, и трубопроводом 92, предназначенным для избирательного добавления разбавляющей и охлаждающей воды, с соответствующими клапанами, используемыми для регулирования расхода. Трубопровод для пара и трубопровод для воды объединяются в одну подающую трубу 94, как показано на фиг. 3, позволяющую пару и воде проходить через боковую стенку сосуда A, а затем подаваться в открытый конец барабана D по искривленной неподвижной трубе 95.
[0063] На протяжении одной фазы работы устройства в сосуде А может быть создан вакуум вакуумной системой, такой как вакуумая система типа, выпускаемого компанией Nash Engineering Company, г. Норволк, штат Коннектикут, США, или компанией Croll-Reynolds Company, Inc., г. Уэстфилд, штат Нью-Джерси, США, соединенной с сосудом вакуумным соединением 46; смотреть на фиг. 11, может быть создан вакуум.
Введение отходов
[0064] Отходы, подходящие для использования в вариантах осуществления, могут быть в форме твердых коммунально-бытовых отходов, промышленных твердых отходов, бытовых отходов, бытовых отходов из санузлов, производственных отходов и т.п., содержащих макулатуру. Неограничивающие примеры макулатуры, присутствующей в таких отходах, включают газеты или другие бумажные продукты с типографской краской, журналы, картонные коробки, контейнеры, чашки, тарелки, ткани, бумажные полотенца или другие впитывающие бумажные продукты, рекламные проспекты, рекламные листовки, конверты, картон, коробки, мешки, чистые и использованные для печати бумажные листы, плакаты и т. п. Отходы также могут содержать одно или несколько пахучих соединений или материал, образующий одно или несколько пахучих соединений при вторичном превращении в бумажную массу или при хранении, неограничивающие примеры которых включают органические материалы, такие как пищевые отходы и/или отходы напитков вместе с возможными полимерными отходами, такими как пластиковые стаканчики, пластиковые бутылки, пластиковые контейнеры и т. п. Органический материал означает вещество, состоящее из органических соединений или относящееся к животным или растительным компонентам или продуктам, имеющим углеродную основу, в том числе тем, которые образуются в окружающей среде из останков мертвых организмов, таких как растения и животные, и продуктов их жизнедеятельности. Неограничивающие примеры органического материала включают пищевые продукты, напитки, дворовые отходы, сельскохозяйственные отходы, отходы жизнедеятельности человека, биологические отходы, отходы учреждений здравоохранения, такие как отходы больниц или клиник, углеводороды, масла, растворители или промышленные химикаты или т. п. и их комбинации.
[0065] В вариантах осуществления сырье из отходов может содержать макулатуру и полимерные отходы, такие как покрытое сырье, имеющее латексные покрытия, наполнители и т. п. Покрытия или полимерные компоненты могут включать синтетические полимеры, такие как акрилаты и винилацетаты, или натуральные полимеры и пасты крахмала или органические пасты, а также натуральные и синтетические клеи. Полимерный материал может быть в виде покрытия, вяжущего или просто может быть связанным волокнистым компонентом бумаги, как в случае упаковки с картонным компонентом и компонентом в виде пластиковой пленки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сырье из отходов может содержать как бумагу, содержащую целлюлозные волокна, так и смоляной полимерный компонент, который в течение процесса агломерируется и действует для отделения других загрязняющих веществ от высвобожденного бумагоделательного волокна.
[0066] Дополнительные конкретные примеры трудных для переработки отходов, которые могут перерабатываться в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, включают картон, покрытый пластиком с одной или обеих сторон, имеющий смолу для улучшения механических свойств при растяжении во влажном состоянии, картон, покрытый пластиком с одной или обеих сторон, не имеющий смолу для улучшения механических свойств при растяжении во влажном состоянии, глянцевые с двух сторон обрезки печатного станка, бумаги, покрытые краской, отверждаемой ультрафиолетовым (УФ) излучением, и их смеси. Дополнительные примеры покрытых пластиком картонов включают покрытый с двух сторон (C2S) пластиком картон для пищевых продуктов, имеющий смолу для улучшения механических свойств при растяжении во влажном состоянии, такой как картонные пачки для молока или другие картонные пачки, используемые для хранения сухих пищевых продуктов, и т. п. Дополнительные примеры покрытых пластиком картонов, не имеющих смолы для улучшения механических свойств при растяжении во влажном состоянии, включают тару для мороженого, упаковки для различных других замороженных продуктов и т. п. Дополнительные примеры включают глянцевые с двух сторон обрезки фотобумаги, крышки мороженого, непечатную цветную бумагу, газеты и т. п.
[0067] Обращаясь снова к фиг. 1-9, и в соответствии с одним вариантом осуществления, отходы, содержащие макулатуру и, факультативно, отходы, содержащие пластик, вместе с пахнущими или создающими запах соединениями переносятся подходящим конвейером и вводятся через впускное отверстие 30, когда дверца 40 перемещена в открытое положение, и в открытый конец 50 барабана D. Поскольку отходы не упакованы в какой-либо конкретный размер и могут также содержать целый ассортимент материалов разного размера, формы и плотности, и не обязательно могут быть сыпучими, впускное отверстие 30 в сосуде A и отверстие 50 в барабан являются достаточно большими и без препятствий, чтобы позволить предварительно не переработанным отходам непосредственно быть введенными в установку по переработке.
[0068] При подаче отходов в барабан D он вращается в первом направлении вращения, и, благодаря наличию шнековой спирали 80 и углу наклона барабана, в барабан для технологической обработки будет загружаться достаточное количество материала, пусть даже не сыпучего.
[0069] При заполнении барабана D достаточным количеством материала, подлежащего переработке, закрывающее устройство 40 закрывается и запирается запорным кольцом 42, таким как тип кольца, выпускаемый компанией Klinge Products Company, Дания.
[0070] Как правило, массовый процент твердых отходов (т. е. не поддающихся превращению в бумажную массу) в отходах находится в пределах от приблизительно 1 массового процента до приблизительно 80% по массе от общей массы отходов в сухом состоянии; вместе с тем, массовый процент твердых отходов в отходах может быть и в пределах от приблизительно 20% по массе до приблизительно 70% по массе от общей массы отходов в сухом состоянии.
[0071] Типично, макулатура содержит не более чем приблизительно 80% по массе полимерных отходов от общей массы бумажной массы и полимерных отходов. В некоторых случаях отходы содержат менее чем приблизительно 10 процентов полимерных отходов от общей массы бумажной массы и полимерных отходов.
[0072] В значении, в каком они используются в настоящем описании и формуле изобретения, термины «полимерный», «пластик», «полимер» и подобные термины означают и включают все органические, синтетические, натуральные или переработанные натуральные полимерные материалы, такие как ацетилцеллюлоза, включая смолы, клеи, пены, пленки, листы и сплавы (композиты), формованные, отлитые, экструдированные, тянутые или ламинированные или иным образом нанесенные на или в предметах или пленках. Это нанесение может осуществляться с использованием решеток на основе воды или масла и любой из технологий, известных в области техники, к которой относится изобретение. Примеры технологий нанесения покрытия включают шаберное мелование, покрытие погружением, покрытие распылением и т. п. Конкретные примеры полимерных материалов включают ступенчато полимеризованные (аддитивные) полимеры, такие как виниловые полимеры, включая акрилаты и винилацетат, их латексы, полиолефины, конденсационные полимеры, такие как сложные полиэфиры и поликарбонаты, и т. п.
[0073] Как описано выше, в соответствии с одним вариантом осуществления подходящие отходы содержат отходы, сжатые в тюках, обернутых пластиковой пленкой, таких как твердые коммунально-бытовые отходы или промышленные твердые отходы.
[0074] Возвращаясь к фиг. 3-11, и в соответствии с одним вариантом осуществления, обернутые пластиковой пленкой тюки отходов перемещаются с помощью подходящего конвейера и вводятся через впускное отверстие 30, когда дверь 40 была перемещена в открытое положение, и в открытый конец 50 барабана D. Впускное отверстие 30 в сосуде A и отверстие 50 в барабане являются достаточно большими и не имеют препятствий для того, чтобы обеспечивать возможность непосредственного введения обернутых в полимерную пленку тюков отходов в устройство для переработки.
[0075] Барабан D вращается в первом направлении вращения, в то время как обернутые пластиковой пленкой тюки отходов транспортируются в барабан D, и, благодаря наличию шнековой спирали 80 и углу наклона барабана, в барабан для технологической обработки будет загружаться достаточное количество обернутых в полимерную пленку тюков отходов.
[0076] При заполнении барабана D достаточным количеством материала, подлежащего переработке, закрывающее устройство 40 закрывается и запирается запорным кольцом 42, таким как тип кольца, выпускаемый компанией Klinge Products Company, Дания.
Разбавляющая вода
[0077] Возвращаясь к варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 1-9, в отходы, подлежащие переработке, добавляется значительное количество охлаждающей воды. Это осуществляется посредством подачи разбавляющей воды по трубе 92, при этом достаточное количество разбавляющей воды приводится в контакт с отходами в барабане по искривленной стационарной трубе 95. Разбавляющая вода обычно добавляется в барабан D сосуда высокого давления для достижения содержания воды в барабане D от 30% по массе до 75% по массе от общего количества отходов и воды в барабане, причем примерно 70% по массе представляют собой количество в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления. В соответствии с еще одним вариантом осуществления разбавляющая вода подается в барабан D сосуда высокого давления по трубе 92 в количестве до приблизительно 3 частей по массе разбавляющей воды к приблизительно 1 части по массе отходов, или в количестве до приблизительно 7 частей по массе разбавляющей воды к приблизительно 3 частям по массе отходов, или в количестве от приблизительно 0,43 части до приблизительно 3 частей по массе разбавляющей воды к приблизительно 1 части по массе отходов.
[0078] В соответствии с вариантами осуществления разбавляющая вода может представлять собой по существу чистую воду, но может быть и питьевой или непитьевой водой. Разбавляющая вода может содержать добавки, такие как химические вспомогательные вещества, подробнее описанные ниже.
[0079] При добавлении разбавляющей воды барабан D обычно вращается в первом направлении вращения для усиления контакта отходов с разбавляющей водой.
[0080] После загрузки в сосуд всего материала дверца сосуда высокого давления закрывается и уплотняется. Затем барабан D вращается в первом направлении вращения, и при этом в камеру на короткое время, приблизительно на одну-пять минут или на пять-десять минут, может втягиваться вакуум. Одной из целей использования вакуума на этой стадии является предотвращение повышения давления захваченными не конденсирующимися газами. В конце периода втягивания вакуума вакуум отключается, и система изолируется запорным клапаном. После завершения периода втягивания вакуума в камеру барабана D добавляется разбавляющая вода.
Химические вспомогательные вещества
[0081] В соответствии с вариантами осуществления добавление подходящих химических вспомогательных веществ в течение процесса перемешивания может повысить качество фракции превращенной в волокнистую массу бумаги. При использовании химических вспомогательных веществ может повышаться степень повторного превращения в волокнистую массу. Кроме того, бумажная масса, образуемая в присутствии некоторых химических вспомогательных веществ, может быть ярче и могла бы сократить длительность дополнительных этапов технологического процесса. Химическое вспомогательное вещество может подаваться в сосуд высокого давления до или после закрытия и запирания дверцы барабана и может добавляться в сосуд высокого давления, вместе с отходами или после них или с разбавляющей водой.
[0082] Таким образом, в соответствии с одним вариантом осуществления, возможно факультативное включение по меньшей мере одного химического вспомогательного вещества, выбранного из группы, состоящей из щелочного агента, буфера, отбеливающего средства, детергентов, поверхностно-активных веществ, растворителей, дисперсантов, хелатообразующих агентов, секвестрантов и их смесей. Эти химические вспомогательные вещества либо отдельно, либо в сочетании могут использоваться в их естественном виде или в растворе, предпочтительно, в таком, как раствор в воде. Для обеспечения намеченной выгоды может использоваться любое количество этих химических вспомогательных веществ, однако ниже подробнее описаны предпочтительные химические вспомогательные вещества и количества.
[0083] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления в отходы для использования при вторичном превращении в бумажную массу могут добавляться различные другие химические вспомогательные вещества, такие как детергенты, поверхностно-активные вещества, растворители, дисперсанты, хелатообразующие агенты, секвестранты, отдельно или в сочетании. Все эти химические вспомогательные вещества, известные в настоящее время или которые будут разработаны впоследствии для этой цели, могут использоваться в количествах, достаточных для достижения намеченной выгоды. Однако эти химические вспомогательные вещества могут использоваться лишь в том случае, если бумажная масса, образованная из них, обладает приемлемыми качествами.
[0084] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления предпочтительными химическими вспомогательными веществами являются гидроксид натрия отдельно или в сочетании с перекисью водорода.
Условия вторичного превращения в бумажную массу
[0085] В соответствии с вариантами осуществления технологической обработки отходов, содержащих макулатуру, осуществляется с добавлением тепла и механической энергии, чтобы в достаточной степени выполнить вторичное превращение в бумажную массу и попутно стерилизовать отходы. Благодаря добавленной разбавляющей воде, повышающей теплопроводность в перерабатываемые отходы, в отходы, которые иначе могли оказывать изолирующее действие для себя и на другие материалы, полностью и быстро проникает требуемое тепло, и тем самым предотвращается создание карманов, в которых загрязняющие материалы могли бы быть защищенными от достаточного тепла, для осуществления полного вторичного превращение в бумажную массу. Из-за уменьшения размера поддающихся вторичному превращению в бумажную массу фракций отходов по мере их переработки, как описано выше, и поскольку тепло технологического процесса вызывает тепловую деформацию фракций пластика в отходах (при их присутствии) и смятие в более компактные формы, все количество отходов перемешивается полнее и, следовательно, наиболее полно контактирует с теплом.
[0086] Возвращаясь к варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 3-11, при вращении в первом направлении вращения, принимаемом по часовой стрелке, если смотреть со стороны открытого конца барабана, отходы перехватываются направленной шнековой спиралью 80 и перемещаются по барабану в сторону заднего или закрытого нижнего конца 56 барабана. Одновременно с этим двунаправленные подъемные лопасти 70благодаря угловой части каждой лопасти при контакте каждой из лопастей с материалом при вращении барабана направляют часть отходов противоточно в сторону впускного конца барабана. Это одновременное перемещение материалов в барабане назад и вперед под действием шнековой спирали 80 и поверхностей 72 и 76 предлагаемых подъемных лопастей 70 при вращении барабана D в требуемом направлении обеспечивает в итоге преимущественное и очень полное перемешивание перерабатываемых материалов. Благодаря этим действиям и добавленной разбавляющей воде вторичное превращение в бумажную массу поддающихся превращению материалов отходов осуществляется с высокой эффективностью. Таким образом, в вариантах осуществления, в которых используются обернутые пластиковой пленкой тюки отходов, тюки полностью распаковываются в этом процессе.
[0087] В некоторых вариантах осуществления устройство вращающегося барабана вращается с частотой вращения по меньшей мере приблизительно 6 оборотов в минуту (об/мин), или по меньшей мере приблизительно 8 об/мин, или по меньшей мере приблизительно 10 об/мин.
[0088] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления при технологической обработке отходов в сосуд высокого давления подается тепло. В этом случае пар может преимущественно добавляться в сосуд по трубопроводу 90 для пара и подаваться в отходы подающей трубой 94 при вращении барабана D в первом направлении вращения; смотреть на фиг. 3. Как уже отмечалось, добавление тепла вызывает размягчение пластмасс (при их присутствии) и их отделение при вращении барабана, таким образом, позволяя бумажной фракции, находящейся в тесном контакте с пластиком полностью перемешиваться и контактировать с добавленной влагой и добавленным теплом. Требуемое давление поддерживается в сосуде A соответствующим использованием клапанов системы регулирования давления, связанной с трубой 60 высокого давления и вентиляционным патрубком 62. Клапан 61a управляет трубой 60высокого давления, а клапан 61b - вентиляционной трубой 62. Труба 68 образует соединение с внутренней частью сосуда A. Химическое вспомогательное вещество, описанное выше, может дополнительно добавляться как жидкость или пар в линию для пара или, альтернативно, в линию для воды.
[0089] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления на этапе перемешивания подается достаточное количество пара для повышения внутренней температуры в диапазоне приблизительно от 212°F до приблизительно 285°F и давления в диапазоне приблизительно от 0 фунтов на кв. дюйм до приблизительно 50 фунтов на кв. дюйм или в диапазоне приблизительно от 10 до приблизительно 50 фунтов на кв. дюйм. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления для сокращения времени, требуемого для осуществления вторичного превращения в бумажную массу, предпочтительными являются температура по меньшей мере приблизительно 230°F и давление по меньшей мере приблизительно 15 фунтов на кв. дюйм.
[0090] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления условия регулируются таким образом, чтобы время, требуемое для осуществления вторичного превращения в бумажную массу, составляло в общем от приблизительно 30 до 90 минут, и обычно время, требуемое для осуществления вторичного превращения в бумажную массу, может быть приблизительно 60 минут.
[0091] В варианте осуществления, в котором на этапе перемешивания подается достаточное количество пара для повышения внутренней температуры до приблизительно 275°F и давления до приблизительно 30 фунтов на кв. дюйм для сокращения времени, требуемого для осуществления вторичного превращения в бумажную массу, которое может быть приблизительно 40-80 минут в некоторых случаях, опять-таки время, требуемое для осуществления превращения в бумажную массу, обычно составляет приблизительно 60 минут или менее. В некоторых вариантах осуществления вторично превращается в бумажную массу по меньшей мере приблизительно 80% бумаги, а в некоторых вариантах осуществления - по меньшей мере 90% бумаги превращается в волокнистую массу. В некоторых вариантах осуществления превращаются в волокнистую массу по меньшей мере 65% присутствующей бумаги.
[0092] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления отходы поддерживаются при температуре по меньшей мере приблизительно 212°F в течение по меньшей мере приблизительно 90 минут на этапе вторичного превращения в бумажную массу под давлением примерно 15 фунтов на кв. дюйм, или при температуре приблизительно 285°F в течение по меньшей мере 40 минут под давлением примерно 50 фунтов на кв. дюйм, или при других сочетаниях давления, температуры и времени, обеспечивающих полное и эффективное вторичное превращение загрязненных отходов в бумажную массу. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления в сосуд высокого давления при вращении барабана подается достаточное количество пара, и отходы перемешиваются для достижения внутренней температуры приблизительно 230°F и давления приблизительно 18 фунтов на кв. дюйм для сокращения времени, требуемого для осуществления вторичного превращения в бумажную массу, которое составляет приблизительно 40-60 минут или 60 минут. В соответствии с другими вариантами осуществления внутренняя температура равна приблизительно 275°F при давлении приблизительно 45 фунтов на кв. дюйм, при этом время, требуемое для осуществления вторичного превращения в бумажную массу, составляет приблизительно 40-80 минут или приблизительно 60 минут.
Снижение давления после вторичного превращения в бумажную массу
[0093] После переработки отходов в течение достаточного количества времени при достаточно высокой температуре подача пара в систему отключается, барабан сосуда высокого давления проветривается до атмосферного давления, и затем при продолжающемся вращении барабана в первом направлении вращения включается вакуумная система 46, показанная на фиг. 11, для создания вакуума в камере сосуда высокого давления для охлаждения обработанных отходов в сосуде высокого давления. По мере создания вакуума обработанные отходы охлаждаются с температуры технологической обработки вторичного превращения в бумажную массу до более низкой температуры. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления созданный вакуум находится в пределах от приблизительно -5 фунтов на кв. дюйм до приблизительно -15 фунтов на кв. дюйм, или приблизительно -10 фунтов на кв. дюйм и снижает температуру обработанного материала приблизительно до 170°F или приблизительно 160°F или приблизительно 150°F.
Охлаждающая вода
[0094] Охлаждающая вода подается в сосуд высокого давления для продолжения охлаждения обработанных отходов в сосуде высокого давления до температуры выгрузки, которая ниже температуры технологической обработки вторичного превращения в бумажную массу, и уменьшения запаха, издаваемого обработанными отходами. Добавление охлаждающей воды уменьшает или полностью устраняет запах, издаваемый или который иначе бы издавался при выпуске обработанных отходов. Вода и переработанные отходы в сосуде высокого давления образуют суспензию обработанных отходов в сосуде высокого давления. Безотносительно к какой-либо конкретной теории, считается, что охлаждающая вода уменьшает запах за счет снижения температуры обработанного материала и/или разведения суспензии обработанного материала. Считается также, что охлаждающая вода поглощает пахучие соединения в обработанном материале, которые иначе высвобождались бы в окружающую атмосферу. Эти пахучие соединения могут присутствовать в отходах и/или образовываться при вторичном превращении суспензии обработанных отходов в бумажную массу. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источники пахучих соединений включают отходы пищевых продуктов и/или напитков.
[0095] Возвращаясь к варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 3-11, в обработанные отходы добавляется определенное количество охлаждающей воды, что осуществляется подачей охлаждающей воды по трубе 92, при этом достаточное количество охлаждающей воды приводится в контакт с отходами в барабане D через искривленную стационарную трубу 95. Охлаждающая вода добавляется в барабан D сосуда высокого давления до доведения общего содержания воды в барабане D от 78% по массе до 95% по массе от общего количества отходов и воды в барабане, причем примерно 80% представляют собой количество в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления. В соответствии с еще одним вариантом осуществления охлаждающая вода подается в барабан D сосуда высокого давления по трубе 92 в таком количестве, что общее количество воды, присутствующей в сосуде высокого давления после этапа охлаждения составляет по меньшей мере приблизительно 3,5 части по массе к приблизительно 1 части по массе обработанных отходов или по меньшей мере приблизительно 3,8 части по массе к приблизительно 1 части по массе обработанных отходов.
[0096] В соответствии с вариантами осуществления охлаждающая вода добавляется в обработанные отходы в количестве, достаточном для снижения температуры обработанных отходов в сосуде высокого давления по меньшей мере приблизительно на 10°F, или приблизительно 10-50°F, или приблизительно на 10-30°F. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения охлаждающая вода добавляется в обработанные отходы в количестве, достаточном для снижения температуры обработанных отходов в сосуде высокого давления с температуры по меньшей мере приблизительно 170°F до температуры, не превышающей приблизительно 140°F, или с температуры по меньшей мере приблизительно 160°F до температуры, не превышающей приблизительно 140°F, или с температуры по меньшей мере приблизительно 160°F до температуры, не превышающей приблизительно 130°F.
[0097] В соответствии с вариантами осуществления охлаждающая вода добавляется в обработанные отходы при температуре до приблизительно 130°F, или до приблизительно 120°F, или от приблизительно70°F до приблизительно 130°F, или от приблизительно 70°F до приблизительно 120°F, или от приблизительно 70°F до приблизительно 115°F.
[0098] В соответствии с вариантами осуществления охлаждающая вода добавляется в обработанные отходы в количестве, достаточном для повышения общего содержания воды в сосуде высокого давления по меньшей мере приблизительно на 5% по массе от общего содержания воды и отходов сосуда высокого давления, или по меньшей мере приблизительно на 10% по массе от общего содержания воды и отходов сосуда высокого давления, или приблизительно на 5-40% по массе от общего содержания воды и отходов сосуда высокого давления.
[0099] В соответствии с вариантами осуществления охлаждающая вода может представлять собой по существу чистую воду, но может быть питьевой или непитьевой водой. Охлаждающая вода может содержать добавки, такие как модификаторы запаха и/или биоциды.
Выгрузка обработанных отходов
[00100] После охлаждения охлаждающей водой обработанные отходы выгружаются из вращающегося сосуда для извлечения превращенных в волокнистую массу материалов и пластика для повторного использования. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления выгружаемые обработанные отходы содержат твердые вещества в количестве приблизительно от 5% по массе до приблизительно 50% по массе от общей массы во влажном состоянии выгружаемых обработанных отходов. Предпочтительно, концентрация твердых веществ в выгружаемых обработанных отходах составляет приблизительно от 10% по массе до приблизительно 40% по массе от общей массы во влажном состоянии выгружаемых обработанных отходов, приблизительно от 10% по массе до приблизительно 25% по массе от общей массы во влажном состоянии выгружаемых обработанных отходов, приблизительно от 10% по массе до приблизительно 20% по массе от общей массы во влажном состоянии выгружаемых обработанных отходов или приблизительно от 30% по массе до приблизительно 40% по массе от общей массы во влажном состоянии выгружаемых обработанных отходов.
[00101] Кроме того, как указано выше, макулатура, присутствующая в обработанных отходах по существу превращается в волокнистую массу. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления макулатура претерпевает превращение в волокнистую массу по меньшей мере приблизительно на 80 процентов, или макулатура претерпевает превращение в волокнистую массу по меньшей мере приблизительно на 90 процентов.
[00102] Возвращаясь к варианту осуществления по фиг. 3-11, закрывающее устройство 40 открывается, и барабан D вращается во втором направлении вращения. Во втором направлении вращения, принимая вращение против часовой стрелки, обработанные отходы перехватываются шнековой спиралью 80 и под действием шнековой спирали 80направляются в сторону впускного конца барабана D. Поскольку барабан D продолжает вращаться, обработанные отходы также поднимаются и направляются в сторону впускного конца сосуда поверхностями 75 Y-образных подъемных лопастей 70, как описано выше.
[00103] Угловые поверхности 75 и 76с каждой стороны перпендикулярной поверхности лопастей действуют одинаково в каждом направлении вращения, в чем им в каждом случае, естественно, помогает вертикально расположенный элемент 72.
[00104] Следует отметить, что при технологической обработке подъемные лопасти 70 действуют в противотоке относительно шнековой спирали 80, причем в это время основную роль играют поверхности 76. Лишь после того как отходы полностью переработаны, направление вращения барабана D меняется на противоположное, чтобы позволить шнековой спирали 80 выгружать материал наружу через кромку 51 барабана в подходящую систему выгрузки. Во время выгрузки основную роль играют поверхности 75 лопастей 70, взаимодействующие со шнековой спиралью 80.
[00105] Таким образом, обработанные отходы выгружаются из сосуда совместным действием шнековой спирали 80 и поверхностей 72 и 75 подъемных лопастей 70 при вращении барабана D во втором направлении вращения. Поскольку наружная кромка 51 барабана D выступает за наружный обод сосуда A, выгружаемые обработанные отходы падают на расстоянии от сосуда. В результате вторичного превращения макулатуры в бумажную массу объем обработанных отходов уменьшается примерно до 1/3 их первоначального объема.
[00106] Скорость выгрузки обработанных отходов, как ясно специалистам в области техники, к которой относится изобретение, зависит от частоты вращения барабана D, размера и частоты шнековой спирали 80 и размера и числа подъемных лопастей 70, а эти переменные зависят от количества материала, подлежащего переработке за данное количество времени, и не ограничиваются каким-либо одним сочетанием этих переменных.
[00107] Сливной патрубок 64 оснащен подходящим клапаном 66, который может открываться, чтобы обеспечить слив воды из оболочки (сосуда высокого давления A) при ее излишнем скоплении.
[00108] Затем обработанные отходы направляются на сепараторы для разделения и извлечения прошедшей превращение в волокнистую массу бумажной фракции и далее для сбора отделенных пластиковых материалов, как описано ниже в данной заявке. Затем переработанные отходы направляются на сепараторы для отделения и извлечения прошедшей вторичное превращение в бумажную массу бумажной фракции и далее для сбора отделенных пластиковых материалов, как описано ниже в данном документе.
2. Влажная технологическая обработки и разделение обработанных отходов
[00109] Обработанные отходы дополнительно разводятся во время и факультативно перед разделением обработанных отходов посредством одного или нескольких по существу не разрушающих процессов разделения. Термин «по существу не разрушающий» относится к процессу, который не вызывает значительного уменьшения размеров материалов или деградации материалов. Например, процесс разделения можно охарактеризовать как по существу не разрушающий, если средний размер обработанных отходов после разделения составляет по меньшей мере 85% от обработанных отходов до разделения. Неограничивающие примеры различных процессов разделения включают разделение по плотности, разделение по размерам, оптическое разделение и отделение металла.
[00110] Иллюстративный вариант осуществления системы 100влажной технологической обработки и разделения для обработанных отходов 110, выгружаемых из автоклава 102, показан на фиг. 12. Обработанные отходы 110 разделяются на две или более частей с использованием одного или нескольких устройств 112для просеивания. Неограничивающие примеры таких устройств включают барабанный грохот, грохоты грубого рассева, грохоты тонкого рассева, вибрационные плоские грохоты, пальцевые грохоты, баллистические сепараторы, машины вторичного превращения в бумажную массу барабанного типа и т. п. Первая часть 114 может содержать те материалы, которые способны проходить через отверстия устройства для просеивания, неограничивающие примеры которых включают водную смесь превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры и мелкий мусор, такой как небольшие куски пластика, металла, стекла, песка и т. п., и жидкости и растворенные органические вещества. В вариантах осуществления твердые вещества первой части могут содержать превращенную в волокнистую массу фракцию макулатуры в количестве от приблизительно 20% по массе до приблизительно 90% по массе твердых веществ в первой части, от приблизительно 50% по массе до приблизительно 90% по массе твердых веществ в первой части, от приблизительно 50% по массе до приблизительно 80% по массе твердых веществ в первой части, от приблизительно 50% по массе до приблизительно 70% по массе твердых веществ в первой части. Например, превращенная в волокнистую массу фракция макулатуры составляет приблизительно две трети от содержания твердых веществ в первой части, и пластик составляет приблизительно одну треть от содержания твердых веществ в первой части. Вторая часть 116 разделенных обработанных отходов может содержать крупногабаритные материалы (называемые также отвалами), которые не могут проходить через барабанный грохот, неограничивающие примеры которых включают крупный мусор, такой как тряпичный утиль, консервные банки и крупные куски пластика и металлов.
[00111] В процессе разделения к обработанным отходам добавляю воду, дополнительно разбавляя обработанные отходы и промывая первую часть через отверстия устройства 112 для просеивания. В вариантах осуществления к обработанным отходам в устройстве для просеивания добавляют воду в количестве, достаточном для разбавления первой части до содержания твердых веществ от приблизительно 1% по массе до приблизительно 20% по массе, до содержания твердых веществ от приблизительно 1% по массе до приблизительно 10% по массе, до содержания твердых веществ от приблизительно 1% по массе до приблизительно 6% по массе, до содержания твердых веществ от приблизительно 2% по массе до приблизительно 5% по массе или до содержания твердых веществ от приблизительно 3% по массе до приблизительно 5% по массе.
2
[00112] Отверстия одного или нескольких устройств для просеивания могут быть регулируемыми в зависимости от желаемого размера материалов в первой части, и могут быть одинаковыми или могут отличаться по длине устройства просеивания. Например, в вариантах осуществления устройство для просеивания может содержать множество отверстий со средней площадью от приблизительно 20 до приблизительно 400 мм.
[00113] Первая часть может подвергаться дополнительной технологической обработке для отделения превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры от большей части не относящихся к целлюлозе твердых веществ. Могут быть использованы различные процессы разделения, в том числе разделение по размерам и разделение по плотности. Например, в вариантах осуществления второе устройство для просеивания, такое как второй барабанный грохот, вибрационный грохот или воздушный сепаратор, может быть использовано для отделения большей части не относящихся к целлюлозе твердых веществ от превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры первой части, чтобы произвести хорошо промытую и содержащую по существу часть, не содержащих волокна и не относящихся к целлюлозе твердых веществ, которая факультативно содержит не относящиеся к целлюлозе твердые вещества из второй части и первой части. Термин «по существу не содержащий волокна» означает, что приблизительно менее 20% по массе твердых веществ являются целлюлозными твердыми веществами, более предпочтительно приблизительно менее 5% по массе твердых веществ являются целлюлозными твердыми веществами. Например, по существу доля не содержащих волокна, не относящихся к целлюлозе твердых веществ, извлеченная из первой и/или второй части, может содержать целлюлозные твердые вещества в количестве от приблизительно 1% по массе до приблизительно 5% по массе сухой массы.
[00114] Часть не относящихся к целлюлозе твердых веществ факультативно может быть рассортирована с помощью дополнительных процессов разделения для извлечения подлежащих переработке пластика и металлов. Например, металлы могут быть разделены с помощью магнитов для извлечения черных металлов, с помощью вихревых токов для извлечения цветных металлов и алюминия и с помощью методик оптической отсортировки. Пластик может быть отделен с использованием методик оптической отсортировки для отделения подлежащих переработке пластиков, таких как полиэтилены (в том числе высокой и низкой плотности), полипропилены, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, полиамиды и полистирол. Тем не менее, могут быть использованы другие методики, если желательно уменьшить содержание воды в извлеченном подлежащем переработке материале, например, путем механического обезвоживания извлеченного подлежащего вторичной переработке материала. Неограничивающие примеры методик механического обезвоживания включают винтовой пресс и ленточный пресс.
[00115] В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 12, для удаления из первой части по меньшей мере части 114 мелких не относящихся к целлюлозе твердых веществ 122 (например, металлов, песка, стекла и т.п.) используется очиститель 118 высокой плотности. Остаток первой части 120 может затем подвергаться дальнейшей технологической обработке с использованием одного или нескольких процессов 124 рассева для отделения других не относящихся к целлюлозе твердых веществ 128 (например, пластика) от превращенной в волокнистую массу фракции 126 макулатуры. Вторично превращенная в бумажную массу фракция 126 макулатуры может быть затем механически обезвожена 130, например, с помощью винтового пресса или ленточного пресса, чтобы удалить по меньшей мере часть любых жидкостей и растворенных органических веществ 134 и обеспечить по меньшей мере частично обезвоженную превращенную в волокнистую массу фракцию 132 макулатуры, имеющую повышенную концентрацию твердых веществ. Например, обезвоженная превращенная в волокнистую массу фракция 132 макулатуры может содержать от приблизительно 50% по массе до приблизительно 90% по массе твердых веществ, причем твердые вещества содержат более чем приблизительно 30% по массе целлюлозных материалов (например, целлюлозы, гемицеллюлозы и т. п.).
[00116] Преимущественно, обезвоженная превращенная в волокнистую массу фракция макулатуры, полученная с помощью таких способов, значительно чище, чем полученная с помощью известных способов, и характеризуется содержанием согласно биохимической потребности в кислороде (БПК), составляющим менее чем приблизительно 50 фунтов на тонну сухого волокна. Кроме того, большая часть целлюлозных материалов регенерируется во превращенной в волокнистую массу фракции макулатуре, причем жидкости и растворенные органические вещества, удаленные при обезвоживании превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры, содержат менее приблизительно 0,2% по массе твердых веществ и имеют приблизительно 90% БПК растворенных веществ во превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры. В некоторых вариантах осуществления способы могут характеризоваться снижением БПК обезвоженной превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры по сравнению с необработанными отходами. Например, БПК превращенной в волокнистую массу фракции макулатуры может быть менее 50% необработанных отходов, от приблизительно 5% до приблизительно 40% необработанных отходов, от приблизительно 5% до приблизительно 20% необработанных отходов или от приблизительно 5% до приблизительно 10% необработанных отходов.
[00117] Нецеллюлозные твердые вещества, извлеченные из обработанных отходов во второй части и/или первой части, также могут подвергаться одному или нескольким процессам для извлечения подлежащих переработке пластика и металлов. В примерном варианте осуществления способ 200 отделения не относящихся к целлюлозе твердых веществ 210 от обработанных отходов изображен на фиг. 13. Например, металлы могут быть отделены от первой или второй части обработанных отходов 210 с помощью одного или нескольких магнитов 212 для отделения черных металлов 214 и с помощью вихревых токов 216 для отделения цветных металлов и алюминия 218. Пластик 222 может быть оптически отделен 220 от первой или второй части обработанных отходов для извлечяения одного или нескольких из полиэтиленов, полипропиленов, полиэтилентерефталата, поливинилхлорида, полистирола и т.п. 224. Отделенные пригодные для переработки металлы и пластик затем могут быть использованы в качестве сырья в одном или нескольких последующих процессах для получения другой полезной продукции.
3. Бумажная продукция из утиля
[00118] В вариантах осуществления превращенная в волокнистую массу бумажная фракция (либо до, либо после механического обезвоживания) может быть использована в качестве по меньшей мере части целлюлозного сырья при производстве продукции, содержащей бывшую в употреблении бумагу. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого процесса продукция, содержащая бумагу, представляет собой либо бумажные салфетки, либо бумажные полотенца. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает использование превращенной в волокнистую массу бумажной фракции для производства другой продукции, содержащей бумагу, например, картона, пригодного для изготовления бумажных тарелок, впитывающих бумажных листов, газетной бумаги или картонной продукции, в том числе бумажных продуктов из гофрированного картона.
4. Продукты реакции C5 и C6
[00119] В вариантах осуществления превращенная в волокнистую массу бумажная фракция (либо до, либо после механического обезвоживания) может подвергаться химической технологической обработке для образования одного или нескольких из фурфуролов, органических кислот, продуктов распада органических кислот и т. п. Например, превращенная в волокнистую массу бумажная фракция может быть преобразована в один или несколько фурфуролов, органических кислот, продуктов распада органических кислот или их комбинаций посредством осуществления гидролиза целлюлозы в превращенной в волокнистую массу бумажной фракции в глюкозу, и осуществление конверсии глюкозы в одно или несколько из фурфуролов, органических кислот, продуктов распада органических кислот или их комбинаций (по отдельности или совместно именуемые в дальнейшем как «соединения органических кислот»). Неограничивающие примеры соединений органических кислот включают левулиновую кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту и т. п.
[00120] Превращенная в волокнистую массу бумажная фракция может быть преобразована в соединения органических кислот в одном или нескольких реакторах с использованием либо непрерывного, либо периодического процесса. Кроме того, в технологические потоки, или один, или несколько реакторов в различных местах могут быть добавлены различные типы превращенной в волокнистую массу бумажной фракции и другие типы сырья из биомассы.
[00121] Этап осуществления гидролиза превращенной в волокнистую массу бумажной фракции может включать контактирование превращенной в волокнистую массу бумажную фракции с паром, комбинацией пара и одного или нескольких из следующего: по меньшей мере одной кислоты или по меньшей мере одного спирта. Подходящие кислоты включают минеральные кислоты, такие как соляная кислота, азотная кислота, фосфорная кислота, серная кислота и т. п., и органические кислоты, такие как уксусная кислота, муравьиная кислота и т. п. В соответствии с вариантами осуществления кислота может быть добавлена к превращенной в волокнистую массу бумажной фракции в количестве от приблизительно 0 до приблизительно 10% по массе превращенной в волокнистую массу бумажной фракции. В соответствии с одним вариантом минеральная кислота может быть образована из прекурсора, такого как диоксид серы, добавленный ко превращенной в волокнистую массу бумажной фракции. Подходящие спирты включают метанол, этанол, пропанол, бутанол и т. п.
[00122] В вариантах осуществления настоящего изобретения этап осуществления гидролиза превращенной в волокнистую массу бумажной фракции проводят при температуре в диапазоне от 150°C до приблизительно 250°C, приблизительно от 170°C до приблизительно 240°C, приблизительно от 170°C до приблизительно 230°C, приблизительно от 170°C до приблизительно 220°C или приблизительно от 180°C до приблизительно 210°C. В вариантах этап осуществления гидролиза превращенной в волокнистую массу бумажной фракции может быть проведен в первом реакторе при температуре приблизительно от 170°C до приблизительно 190°C в течение приблизительно от 35 минут до приблизительно 60 минут. В вариантах осуществления первый реактор представляет собой трубчатый реактор с осевым перемешиванием, такой как реактор непрерывного действия с механическим перемешиванием (CSTR). В некоторых вариантах осуществления желаемым продуктом может быть превращенная в волокнистую массу бумажная фракция, содержащая глюкозу, и она может быть использована, например, в различных микробиологических процессах, известных специалистам в данной области (например, в качестве корма для микроорганизмов).
[00123] Преобразование глюкозы может быть осуществлено в том же самом реакторе, что и осуществление гидролиза превращенной в волокнистую массу бумажной фракции, или во втором реакторе последовательно с первым реактором. В соответствии с одним вариантом осуществления во второй реактор добавляют кислоту, например, минеральную кислоту или органическую кислоту, чтобы преобразовать глюкозу в одно или несколько соединений органических кислот. Подходящие неорганические кислоты включают соляную кислоту, азотную кислоту, серную кислоту, фосфорную кислоту и т. п., и подходящие органические кислоты включают уксусную кислоту, муравьиную кислоту и т. п. и могут быть добавлены к гидролизованной превращенной в волокнистую массу бумажной фракции во втором реакторе в количестве от приблизительно 0 до приблизительно 10% по массе содержимого реактора или более, в зависимости от таких параметров, как тип биомассы, конкретная кислота, температура в реакторе и т. п.
[00124] Этап осуществления конверсии гидролизованной превращенной в волокнистую массу бумажной фракции в целом проводят при температуре в интервале приблизительно от приблизительно 150°C до приблизительно 250°C, что больше, чем температура, используемая для осуществления гидролиза превращенной в волокнистую массу бумажной фракции. Например, в вариантах осуществления этап осуществления конверсии гидролизованной превращенной в волокнистую массу бумажной фракции проводят при температуре приблизительно от 190°C до приблизительно 220°C в течении приблизительно от 1 минуты до приблизительно 15 минут. Хотя этап осуществления конверсии гидролизованной превращенной в волокнистую массу бумажной фракции можно проводить в том же реакторе, что и осуществление гидролиза, в вариантах осуществления преобразование проводится во втором реакторе, содержащем трубчатый реактор по существу без осевого перемешивания, такой как реактор с пульсирующим потоком (PFR).
[00125] В соответствии с одним вариантом осуществления полученный поток продукта, который может представлять собой смесь одного или нескольких соединений, органических кислот и смол, может быть перемещен в сепаратор для удаления одного или нескольких соединений органических кислот. Любая подходящая система разделения, известная специалистам в данной области, может быть использована для отделения одного или нескольких соединений органических кислот от полученного потока продукта. В соответствии с вариантами осуществления способы разделения включают экстракцию жидкости жидкостью, дегазацию, отгон паром, дистилляцию т. п. Одно или несколько соединений органических кислот затем могут быть захвачены в конденсаторе, очищены в очистителе и хранится в контейнере для хранения.
5. Топливо из отходов (RFD)
[00126] В вариантах осуществления пластик, отделенный от других не относящихся к целлюлозе твердых веществ, может быть использован для изготовления топлива из отходов, такие как топливные кубики или гранулы. Преимущественно, топливо из отходов, полученное из чистых материалов, предусматриваемых системами и способами, предложенными в данном описании, имеют более высокую энергию, чем приготовленные из подлежащего переработке пластика, полученного с использованием способов известного уровня техники. Например, топливо из отходов, произведенное с использованием пластика, извлеченного с помощью вариантов осуществления интегрированного способа переработки, предложенного в данной заявке, может иметь энергетическую ценность больше чем приблизительно 5000 британских тепловых единиц, например, от приблизительно 5000 до приблизительно 15000 британских тепловых единиц, от приблизительно 8000 до приблизительно 15000 британских тепловых единиц или от приблизительно 12000 до приблизительно 15000 британских тепловых единиц.
[00127] Иллюстративный процесс 300 показан на фиг. 14. Пластик, извлеченный из не относящихся к целлюлозе твердых веществ, может быть объединен с тряпичным утилем и другим мусором, извлеченным из второй части, чтобы обеспечить сырье 310 с содержанием твердого вещества по меньшей мере 50% по массе. Сырье 310 может быть механически обезвожено 312 (например, с помощью ленточного пресса или винтового пресса), чтобы увеличить содержание твердых веществ в обезвоженном сырье 314 до более чем приблизительно 75% по массе или более чем приблизительно 90% по массе. Обезвоженное сырье 314 может подвергаться сочетанию измельчения 316 и сжатия и/или гранулирования 318 чтобы создать топливо из отходов 320.
[00128] Полученное в результате топливо из отходов предпочтительно имеет содержание пластика больше чем приблизительно 90% по массе, больше чем приблизительно 92% по массе, или больше чем приблизительно 95% по массе, и имеет энергетическую ценность больше чем приблизительно 12000 британских тепловых единиц. В некоторых вариантах осуществления топливо из отходов затем может быть использовано для совместной выработки электроэнергии, используемой для процессов и систем, описанных в данном документе.
6. Пиролиз
[00129] В вариантах осуществления пластик (с полиолефиновыми полимерами или без них), отделенный от других не относящихся к целлюлозе твердых веществ, может быть пиролизирован с получением одного или нескольких продуктов, подходящих для использования в качестве топлива. Такие системы обычно содержат пиролизер, выполненный с возможностью пиролиза пластикового сырья. В вариантах осуществления могут быть добавлены добавки, такие как зола, непосредственно в пиролизер через другое впускное отверстие, чем то, которое используется для введения пластикового сырья, или могут быть добавлены непосредственно к пластиковому сырью перед введением в пиролизер. Пиролизер преобразует пластиковое сырье в один или несколько продуктов, подходящих для повторного использования, или промежуточных продуктов, подходящих для получения более ценных продуктов. Например, пиролизер преобразует пластик в топливо, мономеры и другое ценное сырье и промежуточные продукты с помощью процессов термического и каталитического крекинга, известных в данной области техники. Такие процессы могут привести к получению полезных жидких углеводородов, таких как сырая нефть, дизельное топливо и т. п.
7. ПЭТ-хлопья или ПЭТ-пленка
[00130] В вариантах осуществления полиэтилентерефталат (ПЭТ), оптически отделенный от других не относящихся к целлюлозе твердых веществ, может быть использован для изготовления ПЭТ-хлопьев или ПЭТ-пленки. Например, ПЭТ может быть измельчен с использованием способов, известных в данной области техники, для производства ПЭТ-хлопьев. В качестве альтернативы, ПЭТ может быть превращен в ПЭТ-пленки с использованием способов, известных в данной области техники.
[00131] Предпочтительно, способы и системы, представленные в данном документе, устраняют необходимость в предварительной технологической обработке для разделения, что, как правило, требуется в известном уровне техники. Например, в способах известного уровня техники требуются процессы удаления этикеток, стерилизации, удаления колпачка и уплотнителя прежде, чем ПЭТ будет пригоден для дальнейшей технологической обработки.
8. Анаэробное сбраживание
[00132] В вариантах осуществления изобретения по меньшей мере часть жидкостей и растворенных органических веществ, отделенных от обработанных отходов, может быть введена в метантенк для получения биогаза, который подходит для совместной выработки электрической энергии. Неограничивающие примеры биогазов, которые могут быть получены посредством метантенка, включают диоксид углерода и метан. Метантенк также может привести к появлению остаточного материала, пригодного для использования в качестве твердого топлива и/или компоста.
[00133] Иллюстративная система 400,содержащая метантенк 428, изображена на фиг. 15. Отходы 410 обрабатываются в автоклаве 412 для получения обработанных отходов 414, которые разделяется в устройстве 416 для просеивания, предназначенное для приема первой части 418, содержащей превращенную в волокнистую массу бумажную фракцию, жидкости и растворенные органические вещества, и второй части 420. Первая часть 418 затем подвергается дальнейшей переработке 422, при которой превращенная в волокнистую массу бумажная фракция 424 отделяется для последующей технологической обработки, имеющей результатом фильтрат 426, содержащий жидкие и растворенные органические вещества. Фильтрат 426 вводится в метантенк 428 для получения биогаза 430. Выходящий продукт 432 из метантенка 428 затем может быть переработан и использован повторно, например, в качестве разбавителя для автоклава 412 или для влажной технологической обработки 416 обработанных отходов 414.
[00134] Метантенк преимущественно производит биогаз, который можно использовать для совместной выработки электроэнергии для функционирования процессов переработки и систем, описанных в данном документе. В вариантах осуществления настоящего изобретения количество биогаза, который генерируется, является достаточным для получения до 70% потребностей в энергии системы переработки.
9. Интегрированные системы
[00135] Различные аспекты описанных выше систем и процессов могут комбинироваться для обеспечения интегрированных систем переработки для обработки отходов. Эти системы и процессы особенно подходят для использования в промышленных установках, уже имеющих локальные водоочистные установки. Например, интегрированные системы переработки могут быть совместно расположены на водоочистной установке или любом другом промышленном объекте с локальной водоочистной установкой, таком как целлюлозно-бумажный завод.
[00136] Иллюстративный вариант интегрированной системы переработки изображен на фиг. 16. Система содержит сосуд высокого давления 512, выполненный с возможностью приема и обработки отходов 510 при повышенных температуре и давлении технологической обработки. Обработанные отходы 514 могут подвергаться влажной технологической обработке и разделению на двух устройствах 516, 517 для просеивания последовательно на три части - первую часть 520, содержащую превращенную в волокнистую массу фракцию макулатуры, вторую часть 518, содержащую нецеллюлозные твердые вещества, и третью часть 522, содержащую крупный мусор.
[00137] Первая часть 520 может подвергаться одному или нескольким последующим разделениям 522 для удаления большей части любых не относящихся к целлюлозе твердых веществ (не показаны), присутствующих в первой части 520и может быть механически обезвожена для отделения жидкостей и растворенных органических веществ 524 из первой части 520, обеспечивая превращенную в волокнистую массу бумажную фракцию 526 содержащую целлюлозу, присутствующую в количестве большем чем приблизительно 50% по массе твердого вещества. Например, твердые вещества превращенной в волокнистую массу бумажной фракции 526 первой части 520 могут содержать целлюлозу в количестве от приблизительно 50% по массе до приблизительно 90% по массе твердых веществ, от приблизительно 50% по массе до приблизительно 80% по массе твердых веществ или приблизительно от 50% по массе до приблизительно 70% по массе твердых веществ. Превращенная в волокнистую массу фракция 526 макулатуры затем может быть использована в одном или нескольких процессах для получения полезных продуктов, таких как продукты, содержащие бывшую в употреблении бумагу, или соединения органических кислот.
[00138] Вторая часть 518 также может подвергаться одному или нескольким последующим разделениям 528 для извлечения высоко очищенных и по существу не содержащих волокна подлежащих повторному использованию пластика и металлов 530. Пластик может быть использован в одном или нескольких процессах для производства топлива из отходов, одного или нескольких продуктов, подходящих для использования в качестве топлива или ПЭТ-хлопьев или пленок.
[00139] Жидкости и растворенные органические вещества 524, отделенные от обработанных отходов, могут быть введены в метантенк 534 для получения биогаза 536, и вытекающий продукт 538 может быть переработан и использован повторно при переработке отходов, в качестве разбавителя или охлаждающей воды в сосуде высокого давления 512 или разбавитель для влажной технологической обработки и разделения 516. Топливо из отходов, продукты, подходящие для использования в качестве топлива, и биогаз также могут быть повторно использованы в процессах и системах, например, для получения энергии, необходимой для функционирования интегрированной системы переработки и процесса.
[00140] Таким образом, интегрированные система и процесс переработки могут преимущественно быть по меньшей мере нейтральным энергетическим процессом, не требующим никаких источников дополнительной энергии сверх той, которая производится в процессе переработки. В некоторых случаях интегрированная система и процесс переработки могут быть энергопроизводящим процессом, производящим больше энергии, чем требуется в процессе переработки. Такой избыток энергии может затем быть использован для уменьшения внешних потребностей в энергии для промышленных объектов, в которых системы расположены совместно, например, для целлюлозно-бумажного завода.
[00141] Таким образом, интегрированные системы и способы переработки, описанные в вариантах осуществления, обеспечивают многочисленные преимущества, уменьшая количество отходов, которые направляются на свалки или мусоросжигательные заводы, и эффективно перерабатывая материалы в полезные продукцию и приспосабливая их для другой цели.
[00142] В целях описания и определения представленных идей следует отметить, что термин «по существу» используется в настоящем документе для представления присущей степени неопределенности, которую можно отнести к любому количественному сравнению, значению, измерению или иному представлению. Кроме того, термин «по существу» используется в настоящем документе для представления степени, в какой количественное представление может варьировать от приведенного упоминания, не вызывая при этом изменения базовой функции рассматриваемого предмета.
[00143] Хотя идеи изобретения описаны в отношении различных вариантов осуществления, следует понимать, что эти идеи охватывают самые разные дополнительные и другие варианты осуществления в пределах сущности и объема приложенного раскрытия, определенных прилагаемой формулой изобретения.