專利名稱：從纖維素廢料制備均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及再生利用，特別是涉及將各種漿料和紙質(zhì)材料轉(zhuǎn)換成多元應(yīng)用的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的再生利用。本發(fā)明還涉及到減少各種漿料、紙質(zhì)材料、以及包括城市固體廢物(MSW)和有生物危害性的廢物的混雜廢物中其它成分(如塑料)的量，有利于對這種廢物中含有的各種成分，包括均質(zhì)纖維素和塑料進行分離、回收和再生利用。本發(fā)明還涉及到對含有多種漿料和紙質(zhì)材料和塑料的、并被微生物沾染的廢物，例如有生物危害性的實驗室廢物和醫(yī)療廢物進行凈化和消毒，生成對環(huán)境安全的適于再生利用和/或處置的產(chǎn)品。上述的所有方面都涉及到對處理后的材料的空氣污染物，例如揮發(fā)性有機化合物(VOC)的清除、捕捉和處理，使它們對環(huán)境無害。
背景技術(shù)：
含碳的化石原料是有限的自然資源，這些原料正在迅速地被消耗。目前全世界正在面臨著由于能源和石化生產(chǎn)所用的礦產(chǎn)原料的耗盡，尤其是石油所引發(fā)的許多重大環(huán)境問題。石油提取、運輸、提煉和制造中所產(chǎn)生的各種固體的、液體的和揮發(fā)性有機化合物已經(jīng)并正在繼續(xù)排放到環(huán)境中。
然而在化石燃料燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳排放到大氣中是一個最大的環(huán)境問題。
化石燃料的使用使大氣中增加了大量的二氧化碳和有機化合物。因為二氧化碳是從化石礦物釋放出來的，長期以來又一直有效地從生物界中被消除，但是目前地球上沒有足夠的植物群消耗掉正在產(chǎn)生的二氧化碳。因此大氣中二氧化碳的比例正在增加。
二氧化碳和有機化合物(例如揮發(fā)性有機物)，我們稱之為“溫室氣體”，使高能量、短波長的太陽輻射穿透大氣，使地球表面變熱，但是這些相同氣體也阻礙低能量、長波長的輻射，而這些輻射是將來自地球吸收的熱量發(fā)散掉。因此，熱量被積聚在地球的大氣層中，這就稱為“溫室效應(yīng)”。減少使用或不使用含碳的化石原料如燃燒燃料和化學(xué)原料可以阻止，并且可能還會逆轉(zhuǎn)當前生物界變化的趨勢。使用可再生的生物質(zhì)來代替化石燃料是一項棘手的任務(wù)，但也是一項對環(huán)境有益的任務(wù)，值得為此付出努力，尤其是當我們考慮到當前的趨勢持續(xù)下去后的長期效應(yīng)問題時。
當今地球所面臨的另一個環(huán)境問題是廢物的產(chǎn)生和處置，包括城市固體廢物(MSW)和生物危害性廢物。對大量城市固體廢物(MSW)進行生產(chǎn)性的和有效的再生利用能大大減少目前廢棄物的量。在城市固體廢物中含有的多種漿料和紙質(zhì)材料也能提供大量的可替代化石燃料和化學(xué)原料的可再生生物質(zhì)。減少有生物危害性廢物量、并對它進行凈化消毒，就能以環(huán)境安全的方法對這種原料進行再生利用和/或處置。
城市固體廢物(MSW)包括，但不限于下列一些纖維素材料和非纖維素材料，例如辦公室廢物、商業(yè)廢物、公共機構(gòu)中的廢物、工業(yè)廢物、住宅區(qū)生活廢物、多種漿料和紙質(zhì)材料、墨水、膠、塑料、玻璃、金屬、食品廢物和落葉枯草廢物。纖維素成分(例如多種漿料和紙質(zhì)材料)從重量上，特別是從體積上占了城市固體廢物中相當大的比例。因此無論是從重量上還是從體積上，特別需要循環(huán)利用纖維素成分，來減少城市固體廢物的處置量。
作了多次嘗試將城市固體廢物用在所謂的“資源回收設(shè)施”中來生產(chǎn)能量。這些設(shè)施是焚燒城市固體廢物來產(chǎn)生蒸汽和/或發(fā)電，但事先沒有分離出可以再生利用的物料，或者也可能進行一些很粗略的或少量的資源回收。這些設(shè)施稱為“大肚子”(mass-bum)焚燒爐，這種焚燒爐的選址、審批許可、建造和運行都非常昂貴，除此以外，還產(chǎn)生大量有害氣體或有毒氣體和粒子，還產(chǎn)生大量有害有毒的飛灰，有時候還有底灰，這些都必須填埋到特殊設(shè)計和監(jiān)控的“單填埋”場中。
其它有些設(shè)施是將城市固體廢物粉碎后并去除了不燃物后進行焚燒，從而回收能量，這稱為“廢物衍生燃料”(“RDF”)焚燒爐。RDF焚燒爐比起“大肚子”燃燒爐來釋放較少量的有害有毒空氣污染物，產(chǎn)生較少的有毒有害飛灰。還有一些設(shè)施將手工勞動與機械裝置相結(jié)合，從城市固體廢物中分離出可再生利用的物料，這些稱為城市固體廢物料回收設(shè)備(廢物MRF)。這些設(shè)備中出來的不可再生利用的物料通常被粉碎，在現(xiàn)場內(nèi)或現(xiàn)場外焚燒用于能量回收。
廢物物料回收設(shè)備中(MRF)的焚燒爐燃料產(chǎn)生的空氣污染物和飛灰比“大肚子”焚燒爐或RDF焚燒爐的少。
又做了多次嘗試來封住或回收城市固體廢物填埋場的氣體，用于能量生產(chǎn)?；厥蘸屠锰盥駡龅臍怏w能減少排放到大氣中去的溫室氣體，特別是城市固體廢物中所含的家用和工業(yè)化學(xué)品中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物以及城市固體廢物埋入填埋場后腐敗物料的厭氧菌分解處理時產(chǎn)生的沼氣和二氧化碳。不經(jīng)過化學(xué)變化的生物質(zhì)(如木頭、落葉枯草和食物廢物)以及經(jīng)過化學(xué)變化的生物質(zhì)(如多種漿料、紙質(zhì)材料、皮革、橡膠、以及其它的植物聚合物)燃燒產(chǎn)生的二氧化碳不會使大氣中二氧化碳的濃度產(chǎn)生凈增值，這與變成化石的生物質(zhì)是不同的。近期的生物質(zhì)與化石化的生物質(zhì)不同，它是可以再生的，因為生長中的植物放出足夠數(shù)量的二氧化碳給新的生物質(zhì)，它們最終腐爛或燃燒生成的排放到大氣中的二氧化碳發(fā)生循環(huán)。正如先前指出的，變成化石的生物質(zhì)(如石油、煤等)燃燒時會使大氣中的二氧化碳產(chǎn)生凈增值。
利用可再生的植物生物質(zhì)，包括城市固體廢物中的多種漿料和紙質(zhì)材料，除了直接燃燒產(chǎn)生能量以外，還產(chǎn)生固態(tài)、液態(tài)和氣體燃料、化學(xué)品、肥料和其它有用產(chǎn)品，還包括組合材料和鉆井液，這樣就能減少或消除對化石化生物質(zhì)的依賴性，并消除或減少由于其使用所帶來的不希望有的二次效應(yīng)，同時減少了廢棄物的量。
為了能充分利用可再生的植物生物質(zhì)，來取代含碳的化石物料，(除了那些不需要進一步改變就可作為固體燃料的以外)，必須要將植物生物質(zhì)，特別是木材生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能被各種化學(xué)品、酶和/或微生物處理的形態(tài)，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成希望得到的終端產(chǎn)品。自然生物降解作用是將植物生物質(zhì)分解成基本取代基的最佳的、并且是對環(huán)境安全的方法，但是過程太慢，無法滿足工業(yè)化社會對原料的需求。
因此如果要有效利用植物生物質(zhì)，就必須迅速降解。
木材生物質(zhì)是一種堅硬的物質(zhì)。化學(xué)品、酶和微生物很難進入復(fù)合分子。紙漿和造紙工業(yè)已經(jīng)使用了一些方法，通過機械上縮小尺寸和化學(xué)處理，至少部分地分解了木材生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，但是這個行業(yè)想要得到的終端產(chǎn)品必須具有纖維緊密性，具有一定的抗拉強度和剛性。必須要進行額外處理使這些漿料和紙質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成適合用于各種復(fù)合材料(如纖維板、混凝土骨料、塑料板等)以及鉆井液的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，或?qū)?fù)合分子最終分解成其它的有用產(chǎn)品，如液態(tài)、氣態(tài)燃料、化學(xué)品和肥料。
植物生物質(zhì)中最主要和最多的有機物料是叫做木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)成分。這種物料主要是由三種不同的生物聚合物(biopolymers)組成纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。這些復(fù)合分子是可再生能量和碳質(zhì)材料的主要來源，最終可以取代化石化的含碳材料，用于生產(chǎn)燃料、化學(xué)品、肥料、復(fù)合材料、鉆井液，并產(chǎn)生能量。
先前曾作過嘗試，開發(fā)幾種從混雜的廢物中分離出多種漿料和紙質(zhì)材料，并將它們分解用于多種用途的方法。原先的方法主要是將這些材料進行物理剪切，以便減少顆粒大小。有幾種稱為“干加工”的方法，是將這些物料放到高速錘擊磨碎機或低速磨碎機中產(chǎn)生一種粒度非常均勻的產(chǎn)品，叫做“蓬松料”。這種蓬松料通常是用混雜的廢物(如城市固體廢料)，分離掉密實材料(如玻璃、石英砂、鐵金屬)，含水量很高的污染物已經(jīng)在粉碎過程中減小粒度大小后制得的，干的“蓬松料”用作“廢物衍生燃料”(RDF)，直接燃燒產(chǎn)生能量。
另一種叫做“濕加工”方法是用一種水力碎漿機設(shè)備，這種設(shè)備相當于一臺大型的廚房用攪碎機，將懸浮在大量水中的物料粉碎。這是造紙工業(yè)常用的方法，用來將這種材料的粒度減小，以便可以循環(huán)利用，制造出新的紙漿和紙質(zhì)產(chǎn)品。
這些方法產(chǎn)生的紙漿和紙質(zhì)產(chǎn)品具有均勻的粒度，但不打算，也不會改變它們木質(zhì)纖維素成分的基本物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此不能作為復(fù)合材料和鉆井液的添加料或加入化學(xué)品、酶、微生物等使纖維組織的聚合分子更有效地進行分解。
有生物危害性的廢物，如實驗室廢物和醫(yī)療廢物等，也含有大量的漿料和紙質(zhì)材料，與其它各種成分混雜在一起，如食品、塑料、玻璃、紡織品、橡膠、粘合劑、藥品、化學(xué)品、金屬尖銳物、實驗室的動物遺骸、以及/或者動物或人類的血肉、流體和廢物等。這種混雜的廢物在過去是現(xiàn)場就地焚燒的。
但是小型的醫(yī)療廢物現(xiàn)場焚燒爐受到嚴格的環(huán)保管理條例的控制，許多這樣的設(shè)施已經(jīng)關(guān)掉了?，F(xiàn)在用幾種不同的方法對這些有害廢物的各種成分進行分離處置。廢物通常收集和保存在帶有專門標記的塑料箱或塑料袋中。然后由得到許可的運輸人收集運送到遙遠的場所處置。
有些馬馬虎虎的運輸工和處置場的操作員偶然也會非法地傾倒這些廢物，污染了地面和水面的特性。因為大型的醫(yī)療廢物場外焚燒爐也已經(jīng)納入嚴格的環(huán)保許可管理中，處理的主要方法是消毒后填埋在衛(wèi)生填埋場中。消毒過程是在大型壓熱釜中進行，使廢物容器放在消毒條件中，最低條件是在溫度為121℃，壓力為103.5Kpa的飽和蒸汽中消毒15分鐘，不攪拌。雖然管理機關(guān)認為這種方法是足夠的，但是更嚴格的蒸汽處理方法(例如在更高的壓力和溫度下消毒更長時間，并攪動使廢物的熱傳遞更均勻)使廢物在進行衛(wèi)生填埋前的消毒處理更充分和更徹底。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種改進的工藝將多種漿料和紙質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成均質(zhì)的纖維素產(chǎn)品。
發(fā)明的另一個目的是減少多種漿料和紙質(zhì)材料，以及混雜廢物(例如城市固體廢物及有生物危害性的廢物)中含有的如塑料等其它成分的量，以便對混雜廢物中含有的各種成分(包括均質(zhì)纖維素和塑料)進行分離、回收和再生利用。本發(fā)明進一步的目的是在減少城市固體廢物和生物有害廢物的同時能產(chǎn)生取代化石化生物質(zhì)的成分。
發(fā)明的還有一個目的是提供一種改進的工藝將多種漿料和紙質(zhì)材料，包括在城市固體廢物和有生物危害性的廢物中含有的這種材料轉(zhuǎn)化成可以用于能源生產(chǎn)、添加到復(fù)合材料和鉆井液中的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，而且/或者轉(zhuǎn)化成燃料、化學(xué)品、肥料、和其它有用的產(chǎn)品。
另一個目的是提供一種工藝，使含有多種漿料和紙質(zhì)材料的廢物(包括城市固體廢物和有害廢物)中的揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物蒸發(fā)，并將它們收集起來加以處理，使它們對環(huán)境無害，從而減少了這些污染物的排放量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對含有漿料和紙質(zhì)材料的廢紙和混合廢物(包括城市固體廢物和有生物危害性的廢物)中的多種漿料和紙質(zhì)材料加以處理得到均質(zhì)纖維素的一種方法，該均質(zhì)纖維素不經(jīng)改良就可用作固體燃料，或加工成添加劑加入到復(fù)合材料和鉆井液，也可轉(zhuǎn)化成其它固體、液體或氣體燃料、化學(xué)制品、肥料和其它有用產(chǎn)品。尤其是用本發(fā)明得到均質(zhì)纖維素不但改變化石化的生物質(zhì)有限來源的消耗速度并減少化石原料燃燒和消耗所產(chǎn)生的過量二氧化碳和有機化學(xué)物質(zhì)，而且可以減少廢棄的城市固體廢物和有生物危害性的廢物的量。
本發(fā)明能在各方面提供改進漿料和紙質(zhì)材料以及城市固體廢物和有生物危害性的廢物中含有的這種材料的處理工藝的方法，用于能源生產(chǎn)、作為復(fù)合材料和鉆井液的添加劑，并作為用化學(xué)品、酶、微生物轉(zhuǎn)化為燃料、化學(xué)品和肥料的原料。本發(fā)明還可以除去含有多種漿料和紙質(zhì)材料的廢物，比如城市固體廢物和有生物危害性的廢物中存在的揮發(fā)性空氣污染物。當揮發(fā)性空氣污染物從處理過程中排放出來時，經(jīng)過收集并處理以免對環(huán)境造成危害。
與本發(fā)明有關(guān)的多種漿料和紙質(zhì)材料是指任何及所有眾所周知的在紙漿和造紙工業(yè)中對木質(zhì)生物質(zhì)和植物纖維進行機械和化學(xué)處理，將其轉(zhuǎn)化成再生產(chǎn)品的材料。此類多種漿料和紙質(zhì)材料包括但不限于牛皮紙、亞硫酸鹽紙(sulfite paper)、證券紙、帳簿紙、靜電感光復(fù)印紙、各種打印紙、特殊文件原料、壓縮板、箱盒板、硬紙板、瓦楞紙板和包裝材料及組分。
多種漿料和紙質(zhì)材料的最豐富且最廉價的原料為廢紙和城市固體廢物，城市固體廢物常常含有50％或更多重量和體積的漿料和紙質(zhì)材料。雖然本發(fā)明主要設(shè)計是用廢紙，但也可以用城市固體廢物和有生物危害性的廢物作為多種漿料和造紙的原料，轉(zhuǎn)化為均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，用作固體燃料、作為復(fù)合材料和鉆井液的添加劑，并由化學(xué)品、酶和微生物轉(zhuǎn)化生成燃料、化學(xué)品和/或肥料。
本發(fā)明考慮把多種漿料和紙質(zhì)材料，包括含有這種原料的廢物轉(zhuǎn)化成均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，而均質(zhì)纖維素產(chǎn)品是復(fù)合材料和鉆井液的理想添加劑并且也是化學(xué)、生物和/熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)生各種燃料、化學(xué)品、肥料和/或能量的理想原料。
多種漿料和紙質(zhì)材料是木質(zhì)生物質(zhì)經(jīng)過對其木質(zhì)纖維素全面的機械和化學(xué)降解后做的豐富、廉價且可再生的原料。但是本發(fā)明準備進一步轉(zhuǎn)化為均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，表面積大、質(zhì)軟多孔，便于燃燒也便于添加到復(fù)合材料和鉆井液，并在化學(xué)作用、酶和微生物的作用下能快速有效地轉(zhuǎn)化成主要的化學(xué)成分。
纖維素和半纖維素的主要化學(xué)成分，特別是糖、葡萄糖、甘露糖、木糖通過生物發(fā)酵就可以轉(zhuǎn)化成有用的燃料和化學(xué)藥品。其它的化學(xué)成分，主要是木質(zhì)素中的化學(xué)成分通過化學(xué)和熱化學(xué)分解可以轉(zhuǎn)化成多種碳氫化合物。
根據(jù)本發(fā)明的一個具體轉(zhuǎn)化過程包括下列步驟(a)把多種漿料和紙質(zhì)材料投入到一個容器里；(b)注入蒸汽，同時攪動這些原料；(c)攪動這些原料的同時對容器里散發(fā)出來的氣體進行凈化；(d)把上述氣體收集起來經(jīng)過處理使氣體中的揮發(fā)性空氣污染物變得對環(huán)境無害；(e)把容器密封起來以確保其氣密性；(f)在足夠的溫度和壓力下使物料達到蒸汽飽和以膨脹其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；(g)降低容器的壓力進一步膨脹其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；(h)最后出料。
本發(fā)明的工藝過程具有環(huán)保意識，它用一種控制方式對揮發(fā)性有機化合物(VOC)、空氣污染化合物和其它與多種漿料和紙質(zhì)材料、城市固體廢物或有生物危害性的廢物有關(guān)的廢氣，從容器中加以凈化、收集，并使之無害。而且該過程能經(jīng)過物理和化學(xué)處理將多種漿料和紙質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成理想的終端產(chǎn)品，即均質(zhì)纖維素產(chǎn)品。它可以作為燃料、經(jīng)精煉作為復(fù)合材料或鉆井液的添加劑以及/或轉(zhuǎn)化成其它燃料、化學(xué)品、肥料和其它有用產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明的其中一個目的就是改善從埋在廢物填埋場里的城市固體廢物中散發(fā)出來的揮發(fā)性有機化合物、有害空氣污染物和任何其它廢氣，特別是在本發(fā)明的轉(zhuǎn)化工藝過程中排放出來的此類物質(zhì)的控制和收集。
本發(fā)明的另一種轉(zhuǎn)化過程包括下列步驟
(a)把多種漿料和紙質(zhì)材料投入到一個容器里；(b)把容器密封起來以確保其氣密性；(c)邊注入蒸汽邊攪動物料；(d)在140℃到160℃的溫度范圍內(nèi)和275kPa到450kPa壓力范圍內(nèi)用蒸汽使這些原料盡可能浸透以膨脹其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；(e)降低容器的壓力以使原料在物理和化學(xué)方面更加膨脹；(f)把上述降壓過程中釋放的所有氣體收集起來并經(jīng)過處理使氣體中存在的揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物變得對環(huán)境無害；(g)最后出料。
象前面的轉(zhuǎn)化過程一樣，本過程還包括基于上述原因?qū)祲翰襟E之前的過程中的任何時候從容器里散發(fā)出來的氣體進行凈化。凈化步驟的時間安排可以有一定的靈活性，不僅可以在高溫時收集揮發(fā)性空氣污染物，而且還可以除去正在處理中的廢物中過多的水分以生成含水量更均勻更低的均質(zhì)纖維素原料。
在任一工藝過程中，都需要在降壓過程中收集所有殘余的揮發(fā)性有機化合物和其它污染物。然后在排放到大氣中之前對該揮發(fā)性有機化合物和其它污染物進行處理。實際上，容器里揮發(fā)性有機化合物和其它污染物的收集可分成可冷凝的和非冷凝的，其處理是不同的。例如可以用冷凝管在產(chǎn)品蒸煮之前用來冷凝一些凈化氣體，并冷凝減壓蒸汽，其中可能含有一些在高于100℃時所揮發(fā)出來的揮發(fā)性有機化合物和/或其它污染物。在減壓過程中收集可冷凝的和非冷凝的成分有助于對處理產(chǎn)品的冷卻和干燥。揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物可以經(jīng)過收集后在任何一種使用熱氧化劑、吸附劑等熟知工藝的裝置中進行處理。
如果是以城市固體廢物為原料，最后的出料過程最好包括對出料產(chǎn)品進行篩分的步驟，這樣可以分離出較大的纖維素并將其回爐進行第二次相似的轉(zhuǎn)化過程。也要通過合適的工藝(包括篩分、磁鐵、渦流、風(fēng)選等)從纖維素產(chǎn)品中分離出任何殘余的非纖維素成分。
如果以包括針、手術(shù)刀(即“尖銳物”)等的有生物危害性的廢物為原料時，含有上述尖銳物的纖維素產(chǎn)品在使用之前最好經(jīng)過精細的碾碎裝置，以免對后道工序造成危害，因為后道工序可能需要工作人員直接接觸到上述纖維素產(chǎn)品。
但是在另一轉(zhuǎn)化過程中，能處理含有多種漿料和紙質(zhì)材料廢物的大多數(shù)處理容器是通過其各自的排氣閥相互連接到一根公共歧管上的，該歧管上有用來連接上述兩個容器的裝置，使高壓容器中的減壓蒸汽傳送到其它已準備好凈化處理的容器。因此，一個容器的減壓蒸汽可以用來進行任何其它容器的凈化處理。
高壓蒸汽和熱量從一個高壓容器傳送到一個處于環(huán)境溫度和大氣壓力且裝有廢物的容器里時，不僅保存了能量，而且便于高壓容器的減壓。因為進入低壓容器和廢物的蒸汽中大多數(shù)水汽被冷凝，造成壓差而促使蒸汽從高壓容器流入低壓容器。這個效應(yīng)為業(yè)內(nèi)工藝界人士所熟知，因為水汽一經(jīng)冷凝其體積就縮減為原來的1/22。
經(jīng)幾個容器處理過的加工產(chǎn)品從上述每個容器里排放出來并輸送到一個公共分離系統(tǒng)以回收各種非纖維素成分，除均質(zhì)纖維素以外，進行再生利用(處理城市固體廢物或有生物危害性的廢物時)。
較大的纖維素成分也要進行分離、回收并進行二次處理，以達到理想的轉(zhuǎn)化狀態(tài)。
因此，本發(fā)明一方面能提供把多種漿料和紙質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成均質(zhì)纖維的處理工藝，能提供可再生的替代燃料，降低對化石燃料的依賴性并相應(yīng)地減少因燃燒化石燃料而排放的二氧化碳；并減少廢物和廢物量；另一方面還能收集廢物中的揮發(fā)性有機化合物和其它對環(huán)境有害的氣體。


圖1是依據(jù)本發(fā)明所采用的處理容器的示意圖；圖2是圖1中沿2-2線截取的局部剖面圖；圖3是位于加料位置的處理容器的示意圖；圖4是位于排放位置的處理容器的示意圖；圖5是本發(fā)明具體化的一個流程圖。
具體實施例方式
處理各種漿料和紙質(zhì)材料以及含有這些材料的廢物，以生產(chǎn)均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的方法，一般可以和任何熟知的合適容器一起使用。但是，有關(guān)本發(fā)明的方法的討論，將與圖1所示的處理容器有關(guān)。
如圖1所示，處理容器(通常標為10)包括一個圓柱形外殼12，外殼上有一個封閉端14，但是有一個集中處置的滲透口16連接到蒸汽注入和/或降壓的旋轉(zhuǎn)接頭18上。容器10的對端20上有一個入口22，用于將待處理的材料引入容器內(nèi)層24，并送出處理后的產(chǎn)品。入口孔22的直徑可以和圓柱形外殼12的直徑相同。
另外一種可選方案，由于考慮到與門封及其重量有關(guān)的經(jīng)濟和力學(xué)方面的原因，圓柱形外殼12的直徑可成錐形進入大直徑容器的較小直徑端26。門28最好可與容器10完全分開，這樣，容器10可以繞其水平軸(線2-2)沿順時針或逆時針方向自由旋轉(zhuǎn)，其上的門28一般可以如圖1所示相連并關(guān)閉，也可以打開并脫開(圖上未標出)。門28上有一個第二滲透口30，也連接到旋轉(zhuǎn)接頭(圖上未標出，但類似于18)上，用于加入通氣閥(圖上未標出)。容器10有一個過壓釋放閥(圖上未標出)。
如圖2所示，容器內(nèi)層24最好裝兩個或多個螺旋形刮板32，刮板的往返移動行程為容器10的整個長度，包括封閉端14和錐形端20(如果有)。刮板數(shù)量根據(jù)容器的直徑確定，并且各個刮板在容器內(nèi)層24的圓周上等距離分布，例如，如果是兩塊刮板，應(yīng)互相間隔180度，而四塊刮板就要互相間隔90度。
刮板裝在圓柱形外殼12、封閉端14以及錐形端26(如果有)的內(nèi)壁上，并向水平軸(線22)輻射。從內(nèi)壁到水平軸的刮板最佳高度以及螺旋線在長度方向的間距都根據(jù)經(jīng)驗確定。根據(jù)圓柱形外殼12的長度，至少有兩個經(jīng)相同處理的噴射管(圖上未標出)連接到圓柱形外殼12的內(nèi)壁上，或者連接到圓柱形外殼12的外壁上，再通過滲透口進入圓柱形外殼12的內(nèi)壁上，蒸汽通過這個滲透口進入外殼12。
噴射管可平行于水平軸，也可以與螺旋刮板組合在一起。噴射管內(nèi)要有孔或其它滲透口，以便當壓差很大時提供高速蒸汽噴射。
容器10安裝在一個底座(通常標為33)上，這個底座可使容器繞其水平軸(線2-2)沿順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
底座可以在樞軸上旋轉(zhuǎn)，以使容器10的門端20升高，這樣容器10可以水平向上傾斜一個預(yù)定角度，如圖3所示，用于裝載待處理的廢物，或者將門端降低使容器水平向下傾斜一個預(yù)定角度，如圖4所示，用于排出處理后的材料，此時則要在兩個旋轉(zhuǎn)方向上同時旋轉(zhuǎn)容器。容器10旋轉(zhuǎn)同時使之傾斜的方法在工藝上是熟知的。在水平線上下的最大和最佳傾斜角根據(jù)經(jīng)驗確定。
另外，安裝在底座的容器10可以在水平方向或相對于水平軸(線2-2)成一固定的靜止角設(shè)置，因此，封閉端14低于門端20，最佳固定角度根據(jù)經(jīng)驗確定。
容器10還包括使之在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向上旋轉(zhuǎn)的支撐裝置(一般標為33)，以防止容器10沿其水平軸線(線2-2)彎曲。
容器10還包括使裝置在水平線以上或以下傾斜的支撐裝置(圖上未標出)，或者讓容器在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向旋轉(zhuǎn)的同時，使裝置水平安裝或以與上述水平線成固定角度安裝的支撐裝置。容器10還包括在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向上旋轉(zhuǎn)的裝置，旋轉(zhuǎn)速度可從0到10rpm之間連續(xù)變化，處理期間的最佳旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)經(jīng)驗確定。
容器10的門28應(yīng)使容器10在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向上旋轉(zhuǎn)，門28可以打開也可以關(guān)閉。門封元件28最好可與容器外殼12完全分開。
容器10的封閉端14有一個集中處置的滲透口16，它與一個旋轉(zhuǎn)接頭18在外部連接起來，當此旋轉(zhuǎn)接頭連接到一個用于傳輸蒸汽或為容器10通氣的固定導(dǎo)管時，容器10可以在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向上旋轉(zhuǎn)。固定導(dǎo)管可以是具有彈性的高壓管，當容器10連接到固定導(dǎo)管時，使容器傾斜。
封閉端14上的滲透口16可在內(nèi)部與噴射管相連接，以使蒸汽通過高速入口注入容器內(nèi)層24。
入口22可與圓柱形外殼12具有相同直徑，或者對于大直徑的容器，入口22的直徑可較小，在這種情況下，圓柱形外殼12的門端20成錐形逐漸變細。較小的入口更經(jīng)濟、更輕便，易于取下門封元件28。入口22經(jīng)集中處置，其直徑不小于3英尺。門封元件28最好能與容器10完全脫開，這樣容器10可在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向上旋轉(zhuǎn)，門封元件28可以是關(guān)閉的也可以是拆下的。滲透口16在門封元件28中經(jīng)集中處置，用于連接通氣閥，一般標為30。一個旋轉(zhuǎn)接頭(圖上未標出，但類似于18)也可以連接到滲透口16，使得容器10在連接到固定導(dǎo)管時可以在兩個旋轉(zhuǎn)方向中的任何一個方向上旋轉(zhuǎn)，固定導(dǎo)管用于收集通過通氣閥30釋放的蒸汽。
如要將待處理的材料引入容器10，則將容器門28打開，或者最好拆下，容器10可以保持水平靜止，或者最好可以固定或水平向上地傾斜一個預(yù)定角度，此時，入口孔22在升高端位置上，如圖3所示。在容器10的旋轉(zhuǎn)方向上，螺旋刮板32使材料離開入口22，并傳送到容器10的封閉端14。
如果認為有必要，可以將預(yù)定的水量引入容器10，既可以在待處理的材料引入前進行，也可以在引入待處理材料的同時進行。加入的水量取決于待處理材料的水分含量。加入的水不需要是飲用水，因此受到污染的水甚至污水泥漿都可以用作濕潤劑。然后，當在上述方向轉(zhuǎn)動容器10時，將預(yù)定重量的待處理固體材料同時引入到容器10中。在將材料引入到容器10的同時，將低流量的蒸汽同時通過滲透口16注入，以使旋轉(zhuǎn)閥18得到潤滑，而且滲透口16將熱量和額外水分作為蒸汽冷凝物都引入到待處理的材料中。
因此，蒸汽使容器及其物料得到預(yù)熱，此物料與容器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的攪動作用，以及螺旋刮板32向容器的封閉端14輸送材料所產(chǎn)生的作用一起，使固體材料被壓實，且均勻濕潤。在上述將材料引入容器進行處理的過程中，將蒸汽(可從打開的入口處逸出)收集到一個高架的排氣罩中，并通過此排氣罩通氣，此排氣罩用于捕捉和處理蒸汽，這個工藝已為大家所知。
在引入到容器10之前，待處理的固體材料中的水分含量應(yīng)至少為20％(重量)，最好在20％到60％(重量)的范圍內(nèi)。不斷引入固體材料，直到引入到容器10中的材料量達到預(yù)定重量。充滿了廢物或被廢物占滿了的容器內(nèi)層24的容積將隨著材料的密度而變化。然后，蒸汽的引入和容器的旋轉(zhuǎn)暫停，接著重新裝好并密封門封元件28。
門28上的通氣口30打開，并連接到合適的裝置，以便收集要逸出的蒸汽和冷凝物。容器10可以保持水平靜止，或者最好容器的傾斜角度調(diào)節(jié)或固定在水平方向上方的一個預(yù)定的傾斜角度上，以進行處理。容器的旋轉(zhuǎn)和蒸汽的引入重新開始。
蒸汽通過封閉端14中的滲透口16引入，并通過噴射管(如果有)內(nèi)的高速入口引入到容器內(nèi)層24中。當蒸汽引入到容器內(nèi)層24時，蒸汽同時將熱量和水分傳遞到容器10的物料(廢物)中，飽和蒸汽清洗并/或取代容器10及其物料內(nèi)的空氣、蒸汽和其它氣體。這個加熱和清洗凈化步驟連續(xù)進行，直到被凈化的、逸到通氣口30的氣體溫度高于100攝氏度，然后通氣口30關(guān)閉。容器10連續(xù)旋轉(zhuǎn)，蒸汽通過蒸汽壓力調(diào)節(jié)器不斷引入，蒸汽壓力調(diào)節(jié)器的工作壓力和溫度已預(yù)設(shè)到容器10范圍內(nèi)的合適值，以便各種漿料和紙質(zhì)材料開始進行物理和化學(xué)膨脹。
在初次引入蒸汽的過程中，當通氣口30打開，并且達到有效的內(nèi)蒸汽壓力前，由于壓差的存在，飽和蒸汽高速沖入。這種高速蒸汽連同容器的旋轉(zhuǎn)，使物料承受剪切力，蒸汽還會熔化或撕裂任何薄膜塑料容器，從而使其中的物料涌出。高速蒸汽也會將水分和熱量壓入各種漿料和紙質(zhì)材料以及其它生物質(zhì)或吸水物質(zhì)中。
這樣，蒸汽開始進行物理和化學(xué)膨脹，當容器中發(fā)生的混合和剪切作用使各種漿料和紙質(zhì)材料尺寸變小的同時，其結(jié)構(gòu)基質(zhì)使它們更易碎。
容器內(nèi)層24內(nèi)的理想的混合作用是使螺旋刮板32將容器壁附近的物質(zhì)向上輸送到容器10的封閉端14，但當容器10旋轉(zhuǎn)時，這些物料也會滾動，并從刮板邊緣溢出然后由于重力作用而落入飽和蒸汽中，從而使這些物料與熱量和水分相混合。螺旋刮板的理想角度以及容器的傾斜角度(如果有)都根據(jù)經(jīng)驗確定。
在凈化和加熱過程中，各種待轉(zhuǎn)化的漿料和紙質(zhì)材料內(nèi)被吸收的水分，以及注射蒸汽的冷凝物的額外水分取代了滯留氣體，并起到了熱量傳輸導(dǎo)管的作用。當清洗通氣口關(guān)閉后，蒸汽注射過程繼續(xù)進行，物質(zhì)中的水溫升高，超過水的沸點(100℃)。最后，水完成了從液體到水蒸汽的變化，這使得受熱的水膨脹成為與之等重量的氣體，氣體的體積大約是原來的水的22倍，物料被打開，并且材料的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)大大膨脹，因此，產(chǎn)生表面積很大的纖維素原料產(chǎn)品，將其露天放置可以更快更徹底地燃燒，在液體中可以加入到復(fù)合材料和鉆井液，通過化學(xué)藥品、酶和微生物作用后，可生產(chǎn)燃料、化學(xué)制品、化肥以及其它有用產(chǎn)品。
因此，各種漿料和紙質(zhì)材料就變成了均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，這類產(chǎn)品比用其它工藝生產(chǎn)的材料具有更好的可處理性。由于各種漿料和紙質(zhì)材料變成了均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，因此，可以很容易地從各種大顆粒的纖維素產(chǎn)品和各種共處理的非纖維素材料中分離出滿意的產(chǎn)品。
容器10及其物料受熱，壓力增大到最大約450kPa或最小約275kPa，含有飽和蒸汽，最好大約為380kPa。一旦達到工作壓力，旋轉(zhuǎn)容器使材料連續(xù)混合，同時保持此壓力至少30分鐘，最長可達1小時。容器10的旋轉(zhuǎn)速度最好在0到10rpm范圍內(nèi)，最佳值根據(jù)經(jīng)驗確定。
另一種方法是，采用一個適當保溫的容器可以繼續(xù)噴射蒸汽，直至達到大約450kPa最高壓力，然后可以停止噴射蒸汽，但仍按要求的時間繼續(xù)攪拌。在這個繼續(xù)攪拌階段可連續(xù)或不連續(xù)噴汽，其目的是使容器內(nèi)的物料達到平衡或成分均勻。這樣，通過攪拌和加進水份熱量，使容器內(nèi)物料達到均勻攪拌狀態(tài)并轉(zhuǎn)變成一種所要的產(chǎn)品。一旦達到所需的平衡階段之后，就通過門28上的通氣孔30對容器減壓，同時繼續(xù)攪拌物料，盡可能多地使熱量和蒸氣散發(fā)。當容器中蒸氣氣氛排出時，容器內(nèi)層24物料表面的游離水份和物料內(nèi)部所吸收的水份至少有一部分也會汽化，這樣，既使物料冷卻又能部分干燥。由于液態(tài)水轉(zhuǎn)變成氣態(tài)水其體積增大22倍，因此，這種纖維狀物料中的蜂窩狀面積和毛細管狀面積內(nèi)所含水份的汽化，導(dǎo)致物料的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)進一步膨脹，這樣，就進一步增強了多種漿料和紙質(zhì)原料向均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。
當減壓達到大氣壓力后，處理過的物料仍然是熱的濕的?？蓪θ萜?0抽氣，同時繼續(xù)攪拌，以求進一步冷卻物料，并利用潛熱使物料中的水份揮發(fā)，從而使物料干燥。一旦物料冷卻干燥到需要的程度，便使容器10恢復(fù)到大氣壓力。打開門封28，最好將它從容器上卸下。最好將容器10上的門端20接頭放低，使容器10朝水平方向向下傾斜預(yù)定的角度(圖4)，然后再將容器反向轉(zhuǎn)動，從而將處理好的產(chǎn)品送向敞開的入口22。就這樣放出容器10的物料。如果無機械裝置將容器10降到水平線之下，或者容器10按固定的傾角安裝在水平線之上，那么，在容器10反向轉(zhuǎn)動時，利用螺旋刮板32也會將物料從容器中排出，不過出料過程通常相當長。
如圖5所示，譬如，最好將處理過的物料卸到轉(zhuǎn)送裝置上，如皮帶輸送機，送至篩分設(shè)備，如振動篩或轉(zhuǎn)筒篩，按顆粒大小篩分。纖維素產(chǎn)品的顆粒大小可根據(jù)纖維素生物質(zhì)的要求用途而按經(jīng)驗確定。在處理好的物料中，除棉花織物、木質(zhì)植物生物質(zhì)或者鋸木雜質(zhì)外，還發(fā)現(xiàn)顆粒大小大于5厘米的極少數(shù)纖維素材料。典型的是，大約80％的纖維素生物質(zhì)來自顆粒尺寸小于2.5厘米的篩分等級。在篩分過程中，最好在物料上方吹熱蒸汽流，以求進一步干燥物料。在封閉的轉(zhuǎn)筒篩中貫吹熱蒸汽流特別有效。來自混合廢物流的污染材料，如城市固體廢物或生物危險性廢物，它們的顆粒尺寸大于5厘米，典型的包括黑色金屬、廢料和有色金屬廢料及罐頭，聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料容器(PETE)、聚丙烯(PP)塑料薄膜和模塑產(chǎn)品，各種紡織織物、橡膠、皮革和木頭，這些材料可以手工或機械分揀后循環(huán)再生利用。
如果是小于5厘米而大于1.3厘米的中等篩分等級廢料，那么，這種篩分等級中會包含小部分與在大于5厘米等級中發(fā)現(xiàn)的廢料相同的混合廢料(見上面所述)；但是，1.3-5厘米篩分等級中多半包括了碎玻璃、各種各樣的塑料小物件，其中有各種非晶塑料聚合料，它們是在加工溫度下熔融，但在容器減壓過程中隨著溫度低于熔點而固化成混合塑料材料，和不完全轉(zhuǎn)化的纖維素材料(包括那些各種紙漿狀材料)。這些材料也可以分揀出可循環(huán)利用的材料。譬如所要的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的顆粒尺寸等級小于1.3厘米，那么，對1.3-5厘米的紙漿狀材料可用各種方法如吹拂器，與非纖維素成分相分離，然后或者將這些材料歸入下一批處理材料或者將幾批處理后揀出的篩分等級相類似的材料組成單獨一批后再處理回收。從該步驟得到非纖維素混合組成物可以采用各種分揀方法分揀出可再生利用的產(chǎn)品，如黑色金屬、有色金屬、混合塑料、混合彩色碎玻璃等，或者因它們體積很小且成份復(fù)雜，所有或部分非纖維素材料可能廢棄而作為惰性廢物填埋。
從混雜廢物(如城市固體廢物和有生物危害性的廢物)中篩分獲得的最小顆粒尺寸等級的典型值小于5厘米，最好小于1.3厘米，這部分通常摻雜了相當數(shù)量的碎玻璃、陶瓷、塑料物品、混合塑料的非晶形聚集體和少量黑色金屬和有色金屬?？捎酶鞣N手段除去大多數(shù)摻雜物，譬如，采用除石機或風(fēng)力分級器，最好采用熱氣流烘干均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，并使之懸浮在氣流中。從這一步出來的粗重廢物也可分揀出可再生利用的產(chǎn)品，如黑色金屬、有色金屬、混合塑料、混合彩色碎玻璃等，或者因體積小且成分復(fù)雜而作為惰性廢物廢棄填埋。從被處理材料初期篩分中獲得的最小顆粒尺寸的生物質(zhì)廢料為均質(zhì)纖維素產(chǎn)品，最好作進一步處理，以除去非纖維素摻雜材料。
另一種轉(zhuǎn)化處理方法是采用與圖1類似的處理容器，但不絕對要求在處理前凈化從容器中排出的氣體及其物料這一步驟。不過，在減壓前可將這一個凈化步驟隨時在處理過程中選擇使用，而且特別多的是選擇在容器及其物料已達到需求的壓力和溫度后，即通常約為380kPa和約150℃時應(yīng)用。通過在高溫下引入這種選擇的凈化步驟，使得揮發(fā)性有機化合物及其它殘存氣體更完全地揮發(fā)，最終讓處理材料中所含有的全部揮發(fā)性有機化合物的極大部分排出。此外，在高溫下，相當數(shù)量的水汽和揮發(fā)性空氣污染物也會同時排出，這樣就形成含水量低的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品。這種替代處理方法的處理步驟基本上與前述處理方法相同，只是這種替代處理是在特定的溫度和壓力范圍下發(fā)生的。如果從這種替代轉(zhuǎn)化處理中完全略去選擇的凈化步驟，可選擇在減壓階段對早期凈化階段捕集的揮發(fā)性有機化合物及其它可能有的空氣污染物進行捕集處理。
處理過的纖維素材料中的剩余水份含量最好小于65％(重量計)，更好的是小于50％(重量計)。
高含水量對于物料從容器中排出后許多可能的處理步驟來講都有不利的影響。作為一個例子來講，如果纖維素產(chǎn)品的含水量大于65％(重量計)，多少會有點“自粘結(jié)”并容易形成密實的難以干燥和氣力分選的小球，而不會保持一種松散“蓬松”的結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)就是處理工藝的優(yōu)選目標。外，當含水量大于65％(重量計)，較小尺寸的纖維素顆粒容易與其它纖維素顆粒粘結(jié)在一起，結(jié)果形成大于篩分要求的顆粒尺寸。高含水量的纖維素還與混雜廢物中存在的非纖維素成分粘結(jié)起來，如城市固體廢物和有生物危害性的廢物，結(jié)果使這類材料較難獲得再生利用。
處理過程中保持一定含水量的主要意圖是確保多種漿料和紙質(zhì)材料中的傳熱和熱量分布均勻，從而有助于實現(xiàn)希望的轉(zhuǎn)化。不過，在平衡階段之后，在處理工藝中可以增加幾步操作，以盡可能多地排出被處理材料中的水份，其中包括在替代處理工藝中選擇增加凈化步驟，在比加熱階段凈化更高的溫度和壓力下捕集處理揮發(fā)性有機化合物及其它可能的空氣污染物，這樣，也會吹掃出大量水氣；并減壓和連續(xù)強力攪拌，促進水份從纖維素材料的外表面、蜂窩狀空腔和毛細空腔向外揮發(fā)；減壓和連續(xù)強力攪拌后抽氣，促進多余的水份在溫度低于100℃下?lián)]發(fā)；在熱氣流下篩分；利用熱空氣進行氣力分選等等。
處理后殘留水份的揮發(fā)還能增強纖維素材料向表面積很大的蓬松材料轉(zhuǎn)變，同時又冷卻了產(chǎn)品。此外，冷卻了的干燥產(chǎn)品(含水量小于10％(重量計))可以長時期存放，壓模或混合后無臭味或明顯的生物降解現(xiàn)象。
采用此處作為例子的與上述情況類似的原型處理容器，并按本發(fā)明所披露的條件進行操作，實驗說明來自住宅源頭和公眾設(shè)施源頭的城市固體廢物中含有多種多樣的揮發(fā)性有機化合物。這些實驗還說明在采用本發(fā)明方法處理時能夠除去這類廢物中的相當多數(shù)量的揮發(fā)性空氣污染物并加以捕集處理。
譬如，在一個系列處理幾批住宅城市固體廢物的實驗中，通過處理從每公噸城市固體廢物中大約回收了總量為3,503至15,294毫克的揮發(fā)性有機化合物(即PPM)(美國環(huán)保局，方法8260)。最終每公噸的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品只含不到5毫克的揮發(fā)性有機化合物，這樣就表明了城市固體廢物中所含的99％以上的揮發(fā)性有機化合物都已被清除了。當在處理工藝的加熱階段加入了凈化步驟時，凈化階段每公噸廢物大約回收約674至5,678毫克的揮發(fā)性有機化合物(即約占回收總量的19％到37％)。在減壓階段回收余下的揮發(fā)性有機化合物(即約總量的63％至81％)。在回收的揮發(fā)性有機化合物總量中，每公噸891.5毫克(約21.2％)。被美國環(huán)保局列為有危害性物質(zhì)。盡管在減壓階段回收了揮發(fā)性有機化合物總量的66％左右，但幾乎91％的有危害性揮發(fā)性有機化合物是在這一步中回收的。這就清楚表明處理溫度較高(譬如約150℃)比加熱階段凈化步驟所采用的較低溫度(譬如約100℃)更能有效地清除城市固體廢物中的揮發(fā)性有機化合物，而這一點對于除去有危害性的揮發(fā)性有機化合物來講更為如此。
作為另外一個例子來講，在第2個系列處理幾批公共設(shè)施城市固體廢物的實驗中，通過處理從每公噸城市固體廢物中回收了總量大約為3,126至85,763毫克的揮發(fā)性有機化合物(即PPM)。(美國環(huán)保局，方法8260)。最終每公噸的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品只含不到100毫克的揮發(fā)性有機化合物，這樣就表明城市固體廢物中所含的96％以上的揮發(fā)性有機化合物已被清除了。當在處理工藝的加熱階段加入了凈化步驟時，凈化階段每公噸廢物大約回收約275至1,483毫克的揮發(fā)性有機化合物(即約占回收總量的1.7％至8.8％)在減壓階段又回收了余下的揮發(fā)性有機化合物(約91％至98％)。在所回收的揮發(fā)性有機化合物總量中，每公噸6,201毫克(約18.5％)被美國環(huán)保局列為有危害性物質(zhì)。在減壓階段幾乎回收揮發(fā)性有機化合物總量98％，而在本階段所回收的危害性揮發(fā)性有機化合物超過總量的88％。這又清楚地表明較高的處理溫度(譬如約150℃)比加熱階段凈化步驟中采用的較低溫度(譬如約100℃)更能有效地清除揮發(fā)性有機化合物，而這一點對于除去有危害性的揮發(fā)性有機化合物來講更為如此。
在其它試驗系列中，使用此處上述舉例的方法類似的原型處理容器并按本發(fā)明所披露的條件操作，已表明該方法對于生物危險性實驗室廢物和醫(yī)療廢物消毒也是有效的。微生物處理效能已根據(jù)技術(shù)援助手冊“醫(yī)療廢物處理技術(shù)的國家監(jiān)督規(guī)程(美國)”對可供選擇的醫(yī)療廢物處理技術(shù)所建議的4級(消毒)微生物滅活準則進行了驗證。大于對數(shù)6(＞6Log，0)的細菌牙孢微生物滅活已按照有傳染性的醫(yī)療廢物的典型的復(fù)雜條件進行了驗證。本發(fā)明的工藝對傳統(tǒng)的蒸汽消毒工藝也是一種改進，因為在靜電高壓釜中熱量的傳輸主要是依靠傳導(dǎo)而不是直接的蒸汽接觸。這是由于諸如裝載和廢物密度、容器包裝和起蒸汽滲透屏障作用的負載構(gòu)型等因素，因此直接影響了處理效能。蒸汽通過廢物負載的滲透程度對消毒時間也有直接影響(幾小時而不是幾分鐘)。在本發(fā)明的情況下，這種對廢物蒸汽滲透的屏障已消除，因為廢物(尤其是漿料和紙質(zhì)材料)被細致的浸漬，薄膜塑料被熔化，致使廢物的所有組分在處理過程由于連續(xù)的攪拌而直接暴露在蒸汽中。本發(fā)明對傳統(tǒng)的蒸汽消毒系統(tǒng)也提供了額外的改進，傳統(tǒng)的蒸汽消毒系統(tǒng)在操作期間和操作以后通常釋放蒸汽、熱量和難聞的惡臭。本發(fā)明消除了這種釋放，尤其是由于使用通風(fēng)系統(tǒng)將廢氣導(dǎo)入處理過程，從而消除了臭味(揮發(fā)性有機化合物與其他空氣污染物)。
詳細描述了本發(fā)明并通過參考附圖后，很明顯地看到在不偏離下述權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下，改進和變化都是可以的。
權(quán)利要求
1.一種處理各種漿料和紙質(zhì)材料生產(chǎn)均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的方法包括下列步驟投入各種漿紙質(zhì)材料到容器；把蒸汽引入容器，同時攪拌這些材料；來自容器的清洗氣體通過通氣閥，同時攪拌這些材料；捕集并處理上述氣體使一些揮發(fā)性有機化合物和一些在氣體中存在的其它空氣污染物變得無害；密封該容器以使容器受壓密封；使材料在足夠的溫度和壓力下用蒸汽飽和以膨脹材料的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時攪拌該材料；使容器減壓以進一步膨脹材料的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；從容器中排放已加工的產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中進一步包括將已處理產(chǎn)品中的纖維素成分與其他成分分類處理的步驟。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中分類步驟包括根據(jù)顆粒尺寸來分離纖維素組分的步驟。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中分類步驟包括根據(jù)密度分離纖維素組分的步驟。
5.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中分類步驟包括既根據(jù)粒子尺寸又根據(jù)密度分離纖維素組分的步驟。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中還進一步包括分離已處理產(chǎn)品的較大尺寸組分，并把較大尺寸的組分通過容器再循環(huán)以作進一步處理的步驟。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中還進一步包括從減壓容器把蒸汽引入到包含有各種漿料和紙質(zhì)材料的第二個容器，以便在第二個容器內(nèi)為處理材料而密封容器之前從第二個容器凈化氣體。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其中還進一步包括下列步驟從許多容器的每一個把已加工產(chǎn)品卸料到共用輸送流中，從該流中將較小組分與較大的組分分離，較大組分至少通過容器中的一個進行循環(huán)。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中飽和的步驟發(fā)生在溫度為140℃到160℃的范圍內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中飽和的步驟發(fā)生在壓力為275kPa到450kPa范圍內(nèi)。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中漿料和紙質(zhì)材料在引入蒸汽的步驟之前水分含量為20％到60％重量百分比。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中溫度和壓力應(yīng)保持足夠時間以使產(chǎn)品均勻混合并轉(zhuǎn)換成均質(zhì)纖維素產(chǎn)品。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其中時間是在30到60分鐘范圍內(nèi)。
14.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中容器包含有一個作為進口和出口的共用開口，并包括把各種漿料和紙質(zhì)材料投入到容器以及從容器排出已加工產(chǎn)品，這二個步驟都是通過共用開口來完成。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中容器包括二個或更多的內(nèi)裝螺旋刮板，螺旋刮板旋轉(zhuǎn)以攪拌漿料和紙質(zhì)產(chǎn)品。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其中螺旋刮板以一個方向旋轉(zhuǎn)使產(chǎn)品移離共用開口。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中螺旋刮板以另一個方向旋轉(zhuǎn)使產(chǎn)品移向共用開口。
18.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中容器是能傾斜的，以使共用開口被定位成不讓產(chǎn)品從容器掉下來。
19.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中容器是能傾斜的，以使共用開口被定位成使已加工產(chǎn)品從容器掉中下來。
20.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中容器減壓的步驟包括回收留在容器的任何蒸汽的步驟。
21.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中回收蒸汽的步驟進一步包括冷凝該蒸汽并處理任何可冷凝的污染物使它們變成無害。
22.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中回收蒸汽的步驟包括蒸汽再循環(huán)。
23.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中使容器減壓的步驟包括冷卻和干燥已處理的產(chǎn)品，以及捕集任何揮發(fā)性有機化合物或留在容器中的任何其它空氣污染物。
24.按照權(quán)利要求23所述的方法，其中捕集揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物的步驟進一步包括處理揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物使揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物變成無害。
25.按照權(quán)利要求23所述的方法，其中冷卻和干燥的步驟進一步包括抽真空。
26.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中上述已處理產(chǎn)品被運輸用作燃料或肥料。
27.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中上述各種漿料和紙質(zhì)產(chǎn)品來源于廢紙、城市固體廢物，或包括醫(yī)療廢物和實驗室廢物的有生物危險性的廢物。
28.一種處理含有各種漿料和紙質(zhì)產(chǎn)品的實驗室和醫(yī)療廢物等有生物危害性材料生產(chǎn)無菌的均質(zhì)纖維素產(chǎn)品的方法，其步驟包括(a)把有生物危害性的材料投入容器；(b)密封該容器以使容器受壓密封；(c)把蒸汽注入到容器，同時攪拌這些材料；(d)使材料處于溫度140℃到160℃范圍，壓力處于275kPa到450kPa范圍的蒸汽飽和，以膨脹材料的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；(e)把容器減壓以進一步膨脹材料的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；(f)捕集在上述減壓期間所釋放的任何氣體，并處理上述氣體使任何揮發(fā)性有機化合物和氣體中存在的任何其它氣體污染物變成無害；(g)從容器排出已加工產(chǎn)品。
29.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中進一步包括對已加工產(chǎn)品的纖維素組分與其它組分進行分類處理的步驟。
30.按照權(quán)利要求29所述的方法，其中分類步驟包括根據(jù)粒子尺寸分離纖維素組分。
31.按照權(quán)利要求29所述的方法，其中分類步驟包括根據(jù)密度分離纖維素組分。
32.按照權(quán)利要求29所述的方法，其中分類步驟包括既根據(jù)粒子尺寸又根據(jù)密度分離纖維素組分。
33.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中進一步包括分離已加工產(chǎn)品的較大尺寸組分，并通過容器對較大尺寸組分再循環(huán)以進行進一步處理。
34.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中漿料和紙質(zhì)材料在引入蒸汽的步驟之前水份含量約為20％到60％重量百分比。
35.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中溫度和壓力應(yīng)保持足夠時間以使產(chǎn)品均勻混合并轉(zhuǎn)換成均勻的纖維素原料。
36.按照權(quán)利要求35所述的方法，其中時間是在30到60分鐘范圍內(nèi)。
37.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中容器包含一個作為進口和出口的共用開口，并包括把各種漿料和紙質(zhì)材料投入容器以及從容器排出各種漿料和紙質(zhì)材料的步驟，這二個步驟都是通過共用開口來完成。
38.按照權(quán)利要求37所述的方法，其中容器包括二個或更多的內(nèi)裝螺旋刮板，螺旋刮板旋轉(zhuǎn)以攪拌漿料和紙質(zhì)產(chǎn)品。
39.按照權(quán)利要求38所述的方法，其中螺旋刮板以一個方向旋轉(zhuǎn)使產(chǎn)品移離共用開口。
40.按照權(quán)利要求38所述的方法，其中螺旋刮板以另一個方向旋轉(zhuǎn)使產(chǎn)品移向共用開口。
41.按照權(quán)利要求38所述的方法，其中容器是能傾斜的，以使共用開口被定位成不讓產(chǎn)品從容器掉下來。
42.按照權(quán)利要求38所述的方法，其中容器是能傾斜的，以使共用開口被定位成使已處理產(chǎn)品從容器掉下來。
43.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中捕集揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物的步驟進一步包括處理揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物，使揮發(fā)性有機化合物和其它空氣污染物變成無害。
44.按照權(quán)利要求43所述的方法，其中捕集和處理任何揮發(fā)性有機化合物或任何其它空氣污染物包括熱氧化劑。
45.按照權(quán)利要求43所述的方法，其中捕集和處理任何揮發(fā)性有機化合物或任何其它空氣污染物包括吸收性過濾器。
46.按照權(quán)利要求29所述的方法，其中分類已處理產(chǎn)品的纖維素組分還進一步包括磨碎步驟以使任何尖銳物變成無害。
47.按照權(quán)利要求28所述的方法，其中所說的已處理產(chǎn)品是無菌的。
全文摘要
本發(fā)明方法對包含城市固體廢物和有生物危害性的廢物的多種漿料和紙質(zhì)材料加以處理，得到均質(zhì)纖維素產(chǎn)物，該方法步驟包括把多種漿料和紙質(zhì)材料投入到一個容器里；注入蒸汽，同時攪拌這些原料；攪動這些原料的同時對容器里散發(fā)出來的氣體進行凈化；把容器密封起來以確保其氣密性；在足夠的溫度和壓力下使物料達到蒸汽飽和以膨脹其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；攪拌原料的同時，降低容器的壓力進一步膨脹其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)；最后出料。如果在140℃到160℃的溫度范圍內(nèi)和275KPa到450KPa壓力范圍內(nèi)，本發(fā)明方法的進行無需凈化氣體，而在上述凈化，降壓，和抽真空步驟中，把釋放的有機化合物和其它空氣污染物收集起來并經(jīng)過處理，所利用的溫度，壓力和處理時間將足夠凈化和消毒試驗室和醫(yī)療上所產(chǎn)生的有生物危害性的廢物。
文檔編號D21B1/12GK1541291SQ01823517
公開日2004年10月27日 申請日期2001年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月22日
發(fā)明者邁克爾·H·埃利, 邁克爾 H 埃利 申請人:亨廷頓阿拉巴馬州立大學(xué)