CN106460323A - 以减少的气味排放再循环利用废料的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于再循环利用包括废纸的废料的方法包括以下步骤：将该废料引入到压力容器中，在升高的加工温度和压力下使在该压力容器中的该废纸再制浆以便形成包括基本上再制浆的废纸的处理过的废料，其后将冷却水引入到该压力容器中以便将在该压力容器中的该处理过的废料冷却至低于该升高的加工温度的排出温度并且减少由该处理过的废料排放的气味，并且其后将该处理过的废料从该压力容器中排出。该回收的纸浆部分适合作为在制造包括薄纸和纸巾产品的多种纸产品中的原料。

Description

以减少的气味排放再循环利用废料的方法

发明领域

本发明总体上涉及处理废纸供再生纸产品使用。更确切地说，本发明涉及一种用于从废料制备再生纸浆的方法，该废料包括有气味的化合物或在加工过程中形成有气味的化合物。

发明背景

再生废纸是用于制造纸产品的主要的原料来源。一些废料，例如市政、商业和住宅废物，包括除了废纸之外的有气味的化合物或可以在该废纸材料的加工过程中形成有气味的化合物、或二者，并且由此类有气味的化合物排放的气味可能是不希望的或令人讨厌的。因此，对于用于以减少的气味排放再循环利用废料(包括废纸)的方法存在需求。

发明概述

前述需求通过本发明得以满足，本发明提供了一种用于再循环利用废料(包括废纸)的方法，该方法包括以下步骤：将该废料引入到压力容器中，在升高的加工温度和压力下使在该压力容器中的该废纸再制浆以便形成包括基本上再制浆的废纸的处理过的废料，其后将冷却水引入到该压力容器中以便将在该压力容器中的该处理过的废料冷却至低于该升高的加工温度的排出温度并且减少由该处理过的废料排放的气味，并且其后将该处理过的废料从该压力容器中排出。该回收的纸浆部分适合作为在制造多种纸产品(包括但不限于薄纸、纸巾和包装产品)中的原料。

这些以及其他目的、特征和优点将从以下提供的说明中变得更明显。

附图简要说明

以下结合许多实施例和附图详细地描述了本发明。在这些附图中：

图1是在本发明的优选实施例之一中使用的压力容器的侧视图；

图2是图1的容器的部分截面的视图，示出了旋转滚筒，并且示出了该容器的处于打开位置的闭合板；

图3是图1的压力容器的正视的端视图；此视图示出了用于旋转驱动该滚筒的传动皮带和发动机；

图4是图1的容器的端视图，展示了该闭合板的操作。

图5是图1的设备的部分截面的侧面正视图，示出了围绕该旋转滚筒的内部以间隔阵列布置的升降桨，其中螺旋状的折流板的位置通过利用短划线指示；

图6a是沿图5的线6a--6a截取的截面图；

图6b是沿图5的线6b--6b截取的截面图；

图7指示围绕图1-6b的旋转滚筒的内表面布置的这些升降桨与螺旋状折流板的关系；

图8是结合本发明使用的典型的升降桨的放大比例图，还示出了该滚筒的相邻部分的截面，该滚筒的闭合板端是朝向左，如在此图中所观察的；

图9是结合本发明使用的真空系统的示意图。

发明详细说明

仅出于说明的目的结合不同的实施例详细地描述了本发明。这些实施例的不同步骤、组分和特征的参数分别进行了描述，但是可以与本说明书和权利要求书一致地结合以便使得其他实施例能够同样地被本领域技术人员理解。如在此使用的不同术语同样在以下的说明中定义。呈百分比的浓度是呈重量百分比，除非上下文另外指明。

如以上概述的，本发明提供了一种用于再循环利用废料(包括废纸)的方法，该方法包括以下步骤：将该废料引入到压力容器中，在升高的加工温度和升高的加工压力下使在该压力容器中的该废纸再制浆以便形成包括基本上再制浆的废纸的处理过的废料，其后将冷却水引入到该压力容器中以便将在该压力容器中的该处理过的废料冷却至低于该升高的加工温度的排出温度并且减少由该处理过的废料排放的气味，并且其后将该处理过的废料从该压力容器中排出。该回收的纸浆部分适合作为在制造多种纸产品(包括但不限于薄纸、纸巾和包装产品)中的原料。

添加冷却水减少或消除了气味，该气味否则当排出该处理过的废料时被或将被排放。在该压力容器中的水和处理过的废料在该压力容器中形成处理过的废料浆料。尽管不希望被理论所束缚，但据信冷却水通过降低该处理过的材料的温度或稀释该处理过的材料浆料或二者减少了气味。还据信该冷却水吸收在该处理过的材料中的有气味的化合物。此类有气味的化合物可以存在于该废料中或在该处理过的废料浆料的再制浆过程中产生或是这两种情况。在本发明的一些实施例中，有气味的化合物的来源包括食品或饮料废物或二者。

术语“再制浆”是指纤维相互分开或至少部分地分离，这些纤维已经相互附接、结合、或缠绕，例如纸中的纤维素纤维。在本说明书的上下文中，再制浆纸是指使纸的纤维素纤维至少部分地相互分离以便形成松散的纤维素纤维浆。

根据本发明的一个实施例，提供了一种方法用于再循环利用废料(包括废纸和聚合物废料)，该方法利用总体上圆柱形构型的压力容器，该压力容器被安装成围绕其纵轴线被倾斜旋转地驱动)，所述方法包括以下步骤：a)通过该压力容器的入口引入该废料和稀释水；b)将热能添加至该压力容器中的废料中以便将升高的加工温度和升高的加工压力给予该压力容器内部的废料至高于大气压的水平；c)围绕其纵轴线旋转该压力容器，以便搅拌该废料以实现该纤维状纸部分的再制浆；d)通过经由冷凝器放出水蒸汽使该容器减压，接着在该冷凝器上抽真空以便开始该材料的冷却e)其后，将冷却水引入到该压力容器中以便将该压力容器中的处理过的废料冷却至排出温度(低于在前一步骤中可实现的温度)并且减少由该处理过的废料排放的气味；以及f)将该处理过的废料从该压力容器中排出，其中所述纸部分被基本上再制浆并且基本上与所述聚合物废料以及在所述废料中的其他污染物分开。在本发明的一个实施例中，该聚合物废料被操作以便浓缩污染物(包括来自该废料的彩色体)。

根据本发明的又另一个实施例，提供了一种方法，其中使用在本领域中称为旋转釜(Rotoclave).RTM.设备的旋转设备(从美国路易斯安那州麦迪逊维尔的Tempico有限公司可获得的)。通过允许滚筒中的螺旋(augured)叶片的转动来将该废料吸入该滚筒的腔室中将希望量的废料放入该旋转釜的滚筒中。该废料包括废纸和一种或多种有气味的化合物或在再制浆的过程中形成一种或多种有气味的化合物的材料。将压力容器门关闭并且密封，添加稀释水，并且在该腔室中抽真空以便消除在该容器中捕获的空气的分压的影响。然后将该旋转釜腔室隔离并且通过水蒸汽入口阀引入水蒸汽直到达到希望的加工温度和压力。旋转该旋转釜滚筒，同时在希望的加工温度和压力下将该废料包含在该滚筒中持续预设的反应时间以便形成处理过的废料。水蒸汽用于贯穿该预设的反应时间维持该温度和压力。在该预设的反应时间后，关闭用于将该水蒸汽引入该滚筒中的水蒸汽阀并且将该滚筒排气至大气压，这进而还降低在该腔室中的温度。在该第一排气步骤之后，抽真空以进一步降低该处理过的废料的温度。然后再次将该滚筒排气至大气压并且其后将冷却水引入到该腔室中以便进一步将该处理过的废料冷却至排出温度并且稀释该一种或多种有气味的化合物，并且打开该室。将该滚筒内部的处理过的材料然后通过反转该滚筒旋转而移出，这样使得螺旋叶片将该处理过的材料递送到该滚筒的前面，在这里该处理过的材料然后离开到排出输送机上用于进一步筛选以便移除该粗材料。

压力容器

根据本发明的一个实施例，该压力容器总体上可以是圆柱形构型的细长容器，该容器被安装成围绕其纵轴线被旋转地驱动)，该容器在一端具有入口并且在另一端具有出口，并且配备有搅拌器件，该搅拌器件包括存在于所述容器内部中的固定升降桨的阵列。废料的搅拌可以包括与所述容器的旋转同时发生的在该容器内的升降桨的活动。根据本发明的一个实施例，该容器可以配备有螺旋形配置的构件。

可以带来加工本发明的废料需要的效果的任何合适的压力容器可以结合本发明使用。然而，根据本发明的一个实施例，该压力容器可以有利地配备有合适的搅拌器件以便促进该废料的适当搅拌。根据本发明的一个实施例的合适的压力容器是总体上圆柱形构型的压力容器，该容器被安装成围绕其纵轴线被倾斜旋转地驱动，如在美国专利号5,119,994；4,974,781；和6,458,240中披露的，这些专利的披露内容通过引用以其全文结合在此。此类压力容器配备有合适的器件用于搅拌以便均匀地混合该废料并且破碎含塑料的和含纸的废料。合适的搅拌器件的实例包括机械的、流体力学的或电气装置。机械装置的具体实例包括机械的搅拌器、振动器、掺混器、滚筒以及类似物。已经发现安装在压力容器内部区段内的固定升降桨阵列和螺旋形配置的构件协作作为用于本发明的一个实施例的搅拌器件的一个实例。根据一个实施例，该搅拌器件被提供在滚筒中，该滚筒倾斜地可旋转地安装在压力容器内。

因此，根据本发明的一个实施例的设备涉及以相对于水平面轻微的倾斜角安装的总体上圆柱形容器，其中一个实施例的倾斜角是约7°，该容器的上端具有开口以接收废料并且该容器的下端是闭合的。该容器可以被设计成在该开口上具有高度有效的闭合装置，该闭合装置当闭合时密封该容器使其与大气隔离以便允许在该容器内在其操作期间发生压力积聚，或者，可替代地，通过适当的真空系统起作用允许在该容器内维持真空。

根据本发明的一个实施例，随着旋转该滚筒，据信该滚筒中的废料翻滚与该滚筒的侧壁接触，距离等于这些材料的静止角乘以这些材料的摩擦系数乘以该滚筒的旋转速率。根据一个实施例，处理过的材料的静止角是约45°并且摩擦系数是约0.2。

参考图1-9，示出用于实践根据本发明的一个实施例的方法的设备，如在美国专利号6,458,240中披露的。该设备包括总体上圆柱形构型的厚壁的加工压力容器A。厚壁用于该压力容器A的构建中以便它可以在高的内压力条件下以及有时在如以上所指出的真空条件下操作。该压力容器A以不可旋转的方式被安装在稳固的固定支架26上并且具有足够宽的底座以便给予足够的稳定性。支架26可以利用结构钢构件，这些构件被设计成将处理器和其包含的材料的重量有效地转移到该处理器下方的基座。

即将描述的旋转滚筒(用于该容器A的壳体内)将其力转移给载体和支承轴承，该载体和支承轴承进而将那种载荷转移进该容器A的壳体内并且变成由该壳体的结构支架支撑的载荷的一部分，并且因此转移给该处理器下面的基座。

闭合装置或圆顶状门40(配备有密封件41)被铰接地安装成邻近该容器A的入口30，这样使得显著的压力或真空可以在该容器内在选定的时间建立，如先前提及的。

位于不旋转的容器A内的是总体上圆柱形滚筒D，该圆柱形滚筒被安装为以便在其轴线上的任一方向上是可旋转的，该轴线与该容器A的轴线重合。滚筒D配备有骑环或支撑环12(邻近其前端50)，其中辊或耳轴轴承58被定位在容器A的内部以便接触环12，并且因此对滚筒D的前端50提供支撑。滚筒D的前端50是打开的，而该滚筒的后端或下端56是闭合的并且不透水的。

附连到滚筒D的后端或下端56上的是驱动轴16，该驱动轴被安排为支撑滚筒D的后端并且旋转地驱动其。该轴被辊或滚珠轴承17可旋转地支撑，该辊或滚珠轴承进而被来自附接于容器A上的结构构件19支撑。这种支撑安排被设计为固定滚筒D的位置，就考虑其在容器A内的水平定位而言。

滚筒D的驱动轴16穿透容器A的壳体并且通过密封件33密封与大气隔离以便使得能够在容器A内、并且当然在滚筒D内不时地维持选定的压力或选定的真空。

对于滚筒D的典型的旋转速率是在2与30rpm之间并且优选地约8-15rpm以便促进在用于旋转地驱动该滚筒的驱动机构14上的力的均匀负载。

滚筒D能够借助于图1中描绘的驱动组件14在其水平轴线上的任一方向上旋转，该驱动组件可以例如利用连接到该滚筒的驱动轴16上的可逆电动机20和合适的减速齿轮18以使该滚筒D在选定的方向上转动。优选的是使用越过链轮23和24的重载链22用于将发动机的旋转转移至该驱动轴，以本领域有丰富知识的人士熟悉的安排，如图1和3中描绘的。

通过将滚筒D置于压力容器A内，有可能具有与将在独立式可旋转的滚筒中具有的相同的无阻碍的材料搅拌的优点。通过将该滚筒设计为具有足够的容纳壁，在加工过程中，正在被加工的材料和有待插入那些材料中的添加剂被包含在该滚筒内。因为，根据此实施例，该滚筒被布置在压力容器内，所以构建该滚筒的材料显著地轻于独立式可旋转的滚筒所要求的，这将要求结构完整性以承受压力的力以及与将在该过程中不时地使用的真空相关的力。

滚筒D的内部配备有一系列升降桨70和螺旋刮板(helical flighting)80以便促进由于滚筒D的旋转的废料的搅拌和移动。以下更详细地描述用于本发明的升降桨和刮板。

容器A，根据本发明，优选地倾斜地操作。一个合适的倾斜角是离水平线7°，其中前或入口端30高于该容器的闭合的下端36。该倾斜角帮助将有待加工的材料包含在滚筒D内，因为随着该滚筒旋转，废料将被移动通过滚筒D朝向后端，至少部分地在重力的影响下。

尽管没有滚筒D的尺寸的限制，应该注意的是利用约10英尺长的滚筒的装置具有可以在再循环利用站中被有效利用的尺寸。换言之，根据本发明的废物处理器的更小尺寸版本可以采取单元的形式，该单元可以被置于相对有限的区域内，以便处理更小规模的任何具体类型的其中产生的废料。

同时，显然有可能使用更大的单元来进行大规模操作，并且前述提及具有有待用于处理设施中的尺寸的处理器不旨在限制任何处理器的大或小，除了该容器的直径应该足够大以接受材料之外，在这些材料上没有发生在先的尺寸缩减。根据本发明可以利用合理的直径和长度的任何组合，仅由实用性限制。

回到本发明的细节，这些升降桨70被安装在滚筒D的内部并且被安排为使得最小化在该滚筒内的材料流动的任何阻碍。这些升降桨分布在沿着该滚筒的水平维度的区段内，如图5中所示，并且以从一个区段到下一个区段以约45°间隔交错。

将这些升降桨70垂直于滚筒D的壳体附连到该滚筒的内周长上，如图6a和6b中所示，并且纵向地定向以便与该滚筒的纵向尺寸一致，如在图5和7中所示。

如在图8中最佳地看到的，垂直腿72附连到该滚筒的内部侧壁上，并且成角度的构件74在其中线77处附连到该垂直腿的径向内部部分上。成角度的构件74具有外表面75和76，其中表面75处于与升降桨的垂直腿72约45°的角度，并且表面76处于相对于腿72的相似的角度。这些表面76优选地被认为是第一部分，并且这些桨的表面75被认为是第二部分。成角度的构件74的中线77可以处于相对于滚筒D的内表面约52°的角度，并且如图8中所示，中线77被置于朝向滚筒D的较高端的方向上。稍微不同地陈述，这些升降桨的内部部分78面向滚筒D的闭合端56，该闭合端从图8的视角观察是向左。

在一个实施例中，该滚筒的倾斜角是相对于水平线约7°，所以升降桨的有角度的部分75和76的倾斜角是相对于该滚筒D的壳壁52°，并且这导致升降桨的有角度的部分75和76以相对于水平线的45°角操作。

螺旋刮板或折流板80被附连到滚筒D的内周长上以便最小化在该滚筒内的废料流动的阻碍，并且可以处于对应于螺旋状物的一个完整循环的频率，沿着该滚筒的长度测量，该螺旋状物处于等于该滚筒的直径的距离。该螺旋刮板的倾斜度是使得当滚筒D在所谓的第一旋转方向上旋转时，有待加工的废料向前、朝向该滚筒的闭合下端56移动，而该滚筒在第二旋转方向上的旋转引起这些材料向后朝向该滚筒的入口开口50移动。该螺旋刮板是连续的，意味着偶尔的升降桨70必须在某些位置被消除以便使得制造成为可能。

这些升降桨的尺寸和频率、该滚筒的倾斜角以及该滚筒的旋转速率是可变的并且是所要求的该滚筒内的材料的移动速率以及在给定的时间量内有待加工的材料量的函数。

该滚筒的直径可以是足以接受选定量的有待加工的废料，其中该滚筒的内径的体积的约40百分比的另外的空间需要保持空的以便允许材料落下并且在该滚筒内随着其旋转混合。在这种类型的装置的设计中，另外的加工容量通过增大其长度而增加到处理器中。直径与长度的比率是可变的并且取决于与该滚筒的搅拌机构的尺寸和频率一致的给定时间量内有待加工的材料的量以便确保废料和水的完全混合。

用于监测和控制该方法的装置包括，例如，水管道、水蒸汽管道、真空管道、压力控制器及其他需要的仪器。在使用独立式可旋转的滚筒时，这些装置各自可以附连到该可旋转的滚筒的旋转轴的中心线上，这使得在此类容器上的闭合装置复杂化并且，必然地，将这些装置放置于该滚筒的末端。在压力控制器、真空连接件和温度控制仪器的情况下，这不是适当的位置。相反，这种类型的装置可以更好地从以下位置监测并且控制该方法，该位置更接近该方法中反应发生的点，并且不邻近或处于将添加剂注入该方法中的相反端。因此，一些实施例利用其中利用旋转滚筒的压力容器。

诱导压力和真空进一步使利用独立式旋转滚筒复杂化。具体地真空要求该装置具有相当大的强度以便免于坍塌，并且这总体上相当于巨大的部件，如果此类部件要旋转地驱动则要求相当大的马力。

此外，引入大的物体(总体上不自由流动、没有在其引入到该方法中之前方便地减小尺寸)可能要求该闭合装置具有大尺寸。由于其大尺寸并且由于该方法的压力和真空条件，这些闭合装置将非常难以手动地处理。将附连到独立式旋转滚筒上的自动闭合装置操作器可以是复杂的。在此实施例中，使该滚筒旋转持续一定的时间段，在此期间该闭合装置是打开的，并且因此，该闭合装置及其操作器必须不干扰该滚筒在这些情况下旋转的能力。

参见图1，容器A配备有用于选择性添加水蒸汽的管道90以及用于选择性添加稀释和冷却水二者的管道92，其中利用合适的阀以便控制流量。将该水蒸汽管道和该水管道合并到单个注射管94中，如图1中所示，使得水蒸汽和水能够被引导通过容器A的侧壁并且然后通过弯曲的固定管95注入滚筒D的开口端中。

在操作该装置的一个阶段期间，通过真空系统(例如由康涅狄格州诺沃克的纳什工程公司(Nash Engineering Company of Norwalk,Conn.)或新泽西州韦斯特菲尔德的克罗尔-雷诺兹公司(Croll-Reynolds Company,Inc.of Westfield,N.J.)制造的类型)将真空诱导到容器A中，该真空系统通过真空连接件46连接到该容器；注意图9。

废料引入

根据本发明用于生产再生纸浆的废料至少包括废纸。根据本发明的一个实施例，合适的废纸包括但不限于报纸或其他墨水涂染的纸产品、杂志、纸箱、容器、杯子、宣传单、传单、信封、硬纸板、箱子、袋子、印刷的及未印刷的纸张、海报以及类似物。根据本发明的另一个实施例，该废料可以包括一种或多种有气味的化合物或在再制浆的过程中形成一种或多种有气味的化合物的材料。包括一种或多种有气味的化合物的材料或在再制浆的过程中形成一种或多种有气味的化合物的材料包括但不限于食品废物及饮料废物或二者，连同可能的聚合物废料例如塑料杯子、塑料瓶、塑料容器以及类似物。根据本发明的还其他实施例，该废料可以包括商业废物、住宅废物、生活废物或工业废物。

根据本发明的一个实施例，该废料原料可以包括废纸以及聚合物废物例如配备有胶乳涂料的涂布的原料、填充剂以及类似物。涂料或聚合物组分可以包括合成聚合物例如丙烯酸酯以及乙酸乙烯酯或天然聚合物以及淀粉糊剂或有机糊剂，以及天然和合成粘合剂。该聚合物材料可以呈涂料、粘结剂的形式或简单地与纸纤维组分相关联，如在用纸板组分以及塑料薄膜组分进行包装的情况下。根据某些实施例，该废料原料可以包括含纤维素纤维的纸以及树脂质聚合物组分二者，该树脂质聚合物组分在该方法过程中团聚并且被操作以便将其他污染物与释放的造纸纤维分离。

根据本发明的一些实施例可加工的难以加工的废料的另外的具体实例包括具有湿强度树脂的单侧和两侧塑料涂布的纸板、不具有湿强度树脂的单侧和两侧塑料涂布的纸板、双面光面印刷机裁纸屑、紫外线(UV)固化的墨水涂布纸、以及其混合物。塑料涂布的纸板的另外的实例包括具有湿强度树脂的两侧涂布的(C2S)塑料食品包装纸板，例如牛奶盒或用于干食品储存的其他纸箱以及类似物。不具有湿强度树脂的塑料涂布的纸板的另外的实例包括冰淇淋容器、多种其他冷冻食品包装以及类似物。还另外的实例包括双面光面照片裁纸屑、冰淇淋顶部、未印刷的有色纸、新闻纸以及类似物。

再次参考图1-9并且根据本发明的一个实施例，废料(包括纸废物、以及任选地含塑料的废物、连同有气味的或产生气味的化合物)由合适的输送器运送并且通过入口开口30引入，当门40已经移动到打开位置时，并且引入滚筒D的开口端50。因为该废物没有以任何具体尺寸包装并且还可以含有尺寸、形状和密度改变并且可能不一定是自由流动的各式各样的材料，容器A中的入口开口30以及进入该滚筒的开口50是足够大的并且没有阻碍以便允许将先前未加工的废物直接引入处理器中。

在废物正在被输送进该滚筒内的同时，滚筒D在该第一旋转方向上旋转，并且，凭借螺旋刮板80和该滚筒的倾斜角，足够量的材料，尽管不自由流动，将被装进该滚筒中用于加工。

当滚筒D已经填充有足够量的有待加工的材料时，将闭合装置40关闭并且通过锁紧环42(例如由丹麦的克林格产品公司(Klinge Products Company of Denmark)制造的类型)固定。

总体上，废料中的废物固体(即，非可制浆的材料)的重量百分比是在基于这些废料的总干重的约1重量百分比至约80重量百分比的范围内。然而，废料中的废物固体的重量百分比可以另外在基于这些废料的总干重的约20重量百分比至约70重量百分比的范围内。

典型地，废纸含有基于纸浆和聚合物废料的总重量的不大于约80重量百分比的聚合物废料。在一些情况中，这些废料含有基于纸浆和聚合物废料的总重量的小于约10百分比的聚合物废料。

在此使用的，术语“聚合物的”、“塑料”、“聚合物”以及类似术语是指并且包括所有有机的、合成的、天然或加工的天然聚合物材料例如乙酸纤维素，包括模制、流延、挤出、拉制或层压或以其他方式施用到物体或薄膜上或内的树脂、粘合剂、泡沫、薄膜、片材和合金(复合材料)。此类应用可以使用水或油基胶乳中的任一种并且通过本领域中已知技术中的任一种进行。涂布技术的实例包括刮涂、浸涂、喷涂等等。聚合物材料的具体实例包括加聚物例如乙烯基聚合物，包括丙烯酸酯和乙酸乙烯脂，其胶乳，聚烯烃，缩聚物例如聚酯或聚碳酸酯，以及类似物。

稀释水

返回到图1-9中示出的实施例，将大量的稀释水添加到有待加工的废料中，这通过经由管92注射稀释水实现，这样使得足够的稀释水经由弯曲的固定管95与该滚筒中的废料接触。通常将稀释水添加到压力容器滚筒D中以便实现在该滚筒中的总废料和水的30重量百分比与75重量百分比之间的滚筒D中的水含量，其中约70百分比是根据一个特定的实施例的量。根据另一个实施例，将稀释水以最高达约3重量份的稀释水比约1重量份的废料的量、或最高达约7重量份的稀释水比约3重量份的废料的量、或从约0.43重量份至约3重量份的稀释水比约1重量份的废料的量通过管92引入到压力容器滚筒D中。

根据本发明的实施例，该稀释水可以是基本上纯水，但是可以是适于饮用的或不适于饮用的水。该稀释水可以含有添加剂例如以下更详细地描述的化学助剂。

在该稀释水添加期间滚筒D通常在该第一旋转方向上旋转以便增强废料与稀释水的接触。

一旦将所有材料装进该容器中，将该压力容器门关闭并且密封。滚筒D然后在该第一旋转方向上旋转，在此期间可以在该腔室中抽真空持续短的时间段，约1至5分钟或5至10分钟。在此阶段施用真空的目的之一是防止捕获的不可凝结气体造成的压力积聚。在该抽真空时段结束时，关掉真空并且将该系统通过关闭阀而隔离。在该抽真空时段完成后，将稀释水添加到滚筒D腔室内。

化学助剂

根据本发明的实施例，在搅拌过程期间添加合适的化学助剂可以改善成浆的纸部分的品质。再制浆的程度可以从使用化学助剂增加。此外，在某些化学助剂存在下形成的纸浆可以更亮并且可以减少附加的加工步骤的程度。该化学助剂可以在将滚筒门关闭且锁上之前或之后引入到压力容器中并且可以在废料之前、与废料同时或在废料之后添加到压力容器中、或者与稀释水一起添加到压力容器中。

因此，根据本发明的一个实施例，可以任性地包括选自下组的至少一种化学助剂，该组由以下各项组成：碱剂、缓冲剂、漂白剂、洗涤剂、表面活性剂、溶剂、分散剂、螯合剂、多价螯合剂、以及其混合物。这些化学助剂单独地或者以其组合可以以其本体形式或溶液使用，优选地以水中的溶液形式。任何量的这些化学助剂可以用于带来预期的益处，然而，优选的化学助剂和量在以下更详细地进行描述。

在水中产生碱性pH的用于同纤维素材料一起使用的现在已知的或以后开发的任何碱剂可以与本发明的实施例一起使用。此类碱剂的实例是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾以及其他碱金属或碱土元素氢氧化物。根据一个实施例，可以使用氢氧化钠。根据一些实施例，将使用的溶液中的碱性化合物的总浓度总体上选择为大于添加到压力容器滚筒中的废料和稀释水的总重量的0.5％。根据一些实施例，将它选择为大于添加到压力容器滚筒中的废料和稀释水的总重量的0.8％。根据一些实施例，此浓度保持在小于添加到压力容器滚筒中的废料和稀释水的总重量的5％。根据一些实施例，这些浓度可以是添加到压力容器滚筒中的废料和稀释水的总重量的1％与2.5％之间、或3％、或最高达5％或最高达10％。根据一些实施例，一种碱剂例如氢氧化钠以基于引入倾斜的滚筒中的稀释水和氢氧化钠的重量的至少约1％的浓度存在于该稀释水溶液中。更典型地，氢氧化钠以基于引入倾斜的滚筒中的稀释水和氢氧化钠的重量的至少约2％的浓度存在于该稀释水溶液中，然而优选地在一些情况中，氢氧化钠以基于引入倾斜的滚筒中的稀释水和氢氧化钠的重量的至少约3％的浓度存在于该稀释水溶液中。

对于控制介质的pH在8-10的pH范围内有用的现在已知的或以后开发的任何缓冲剂材料可以用作根据本发明的一些实施例的缓冲剂。此类缓冲剂的一个实例是硅酸钠，其充当在此pH范围内的缓冲剂。

根据本发明的一个实施例，可以将漂白剂添加到废料中以便获得具有可接受的亮度值的成浆的纸部分。根据本发明的一个实施例，用于漂白纤维素材料的现在已知的或以后开发的任何漂白剂可能可以用于实践本发明。根据本发明的一个实施例，使用的漂白剂的量可以是添加到压力容器中的稀释水和废料的总量的从约0.5至约1.3重量百分比。本发明的一些实施例包括过氧化氢作为该漂白剂，其量为添加到压力容器中的稀释水和废料的总量的约1重量百分比，用于加工含有含纸和含塑料废料的浆混合物。在一些实施例中次氯酸钠也可以充当一种合适的漂白剂以及杀生物剂。

根据本发明的一些实施例，多种其他的化学助剂例如洗涤剂、表面活性剂、溶剂、分散剂、螯合剂、隐蔽剂(单独地或者以其组合)可以添加到废料中用于在再制浆过程中使用。用于此类目的的现在已知的或以后开发的所有这些化学助剂能够以足以实现预期益处的量使用。然而，只要当由其形成的纸浆呈现可接受的品质时才使用这些化学助剂。

根据本发明的一些实施例，优选的化学助剂是单独的或与过氧化氢组合的氢氧化钠。

再制浆条件

根据本发明的实施例，包括废纸的废料的加工是通过添加热量和机械能以将该废料充分再制浆并且附带地将该废料灭菌而实现的。凭借添加的稀释水，该稀释水增加进入正在被加工的废料内的热传导，可能以其他方式为本身并且在其他材料上产生绝缘效应的废料被要求的热量完全且快速地穿透，因此避免产生孔穴(pocket)，在这些孔穴中有传染性的材料可能被保护免受实现完全再制浆的足够的热量。因为随着被加工，这些废物的可制浆的部分的尺寸减小，如之前描述的，并且因为该过程的热量引起废物的塑料部分(当存在时)变得热变形并且坍塌成更致密的形式，全部量的该废物被更完全地搅拌并且因此被热量最完全地接触。

返回到图1-9中示出的实施例，在该第一旋转方向上，当从滚筒的开口端观察时假定为是顺时针的，废料被定向刮板80拦截并且穿过该滚筒朝向该滚筒的后面或闭合的下端56移动。同时，随着在该滚筒的旋转过程中这些双向的升降桨70各自与该材料接触，这些桨，凭借每个桨的有角度的部分，引导废料的一部分逆流地朝向该滚筒的入口端。在滚筒D的在希望的方向上的旋转过程中在螺旋刮板80和新颖的升降桨70的表面76的作用下的这种同时的向后和向前移动导致正在被加工的材料的有利的和非常完全的搅拌。因为这些作用和添加的稀释水，非常有效地实现废料的可制浆的材料的再制浆。

在一些实施例中，该旋转滚筒设备以至少约6转/分钟(rpm)、或至少约8转/分钟(rpm)、或至少约10rpm的速度旋转。

根据本发明的一些实施例，在加工废料的过程中将热量添加到压力容器中。在这种情况下，在该滚筒在该第一旋转方向上正在旋转的同时，水蒸汽可以有利地通过水蒸汽管道90添加到该容器中并且通过注射管道94注入到废料中；注意图1。如之前描述的，在该滚筒正在旋转的同时，添加热量引起塑料材料(当存在时)变得软化并且分离，因此允许与塑料处于紧密接触的纸部分被完全搅拌并且与添加的水分和添加的热量接触。通过适当使用与压力管60相关联的压力控制系统和排气连接件62的阀在容器A中维持希望的压力。阀61a控制压力管60，并且阀61b控制排气管62。管68形成与容器A的内部的连接。如之前描述的化学助剂可以附加地作为液体或蒸汽添加到水蒸汽管线中、或可替代地到水管线中。

根据一些实施例，在搅拌步骤期间引入足够量的水蒸汽以便引起在约212°F至约285°F的范围内的内部温度和在约0psig至最高达约50psig范围内或在约10psig至约50psig范围内的压力。根据一些实施例，至少约230°F的温度和至少约15psig的压力以减少实现制浆需要的时间是优选的。

根据一些实施例，将条件控制为使得实现再制浆需要的时间总体上是从约30至90分钟，并且典型地实现再制浆需要的时间可以是约60分钟。

在其中在搅拌步骤期间引入足够量的水蒸汽以便引起约275°F的内部温度和约30psig的压力以减少实现再制浆需要的时间(在一些情况中可能是约40至80分钟)的实施例中；再次，实现制浆需要的时间典型地是约60分钟或更少。在一些实施例中，至少约80百分比的纸被再制浆，并且在一些实施例中，至少90百分比的纸被再制浆。在一些实施例中，至少65百分比的存在的纸被再制浆。

根据一些实施例，在该再制浆步骤期间，将废料保持在至少约212°F的温度持续至少约90分钟的时间(在约15psig的压力下)、或保持在约285°F的温度持续至少40分钟的时间(在约50psig的压力下)、或保持在压力、温度和时间的其他组合(如用于实现污染废物的完全且有效的再制浆已经示出的)下。根据一些实施例，在正在搅拌废料的同时在滚筒旋转期间将足够量的水蒸汽引入到该压力容器中以便引起约230°F的内部温度和约18psig的压力以减少实现再制浆需要的时间，该时间是约40至60分钟、或60分钟。根据其他实施例，在约45psig的压力下该内部温度是约275°F，实现再制浆的时间是约40至80分钟、或约60分钟。

再制浆后减压

在已经在足够高的温度下将废料加工持续了足够的时间量后，关掉到该系统的水蒸汽注入，将压力容器滚筒排气到大气压，并且然后打开图9中描绘的真空系统46同时继续在该第一旋转方向上旋转该滚筒以便诱导压力容器室中的真空以便冷却该压力容器中的处理过的废料。随着诱导真空，将这些处理过的废料从再制浆加工温度冷却至更低的温度。根据一些实施例，诱导的真空范围从约-5psig至约-15psig或约-10psig并且将处理过的材料的温度降低到低至约170°F或约160°F或低至约150°F。

冷却水

将冷却水引入到该压力容器中以便继续将该压力容器中的处理过的废料冷却至排出温度(低于升高的再制浆加工温度)并且减少由该处理过的废料排放的气味。添加冷却水减少或消除了气味，该气味否则当排出该处理过的废料时被或将被排放。在该压力容器中的水和处理过的废料在该压力容器中形成处理过的废料浆料。尽管不希望被理论所束缚，但据信冷却水通过降低该处理过的材料的温度或稀释该处理过的材料浆料或二者减少了气味。还据信该冷却水吸收在该处理过的材料中的有气味的化合物，这些化合物否则将被释放到周围的大气中。此类有气味的化合物可以存在于该废料中或在该处理过的废料浆料的再制浆过程中产生或是这两种情况。在本发明的一些实施例中，有气味的化合物的来源包括食品或饮料废物或二者。

返回到图1-9中示出的实施例，将一定量的冷却水添加到该处理过的废料中，这通过经由管92注射冷却水实现，这样使得足够的冷却水经由弯曲的固定管95与该滚筒D中的废料接触。将冷却水添加到压力容器滚筒D中以便实现在该滚筒中的总废料和水的78重量百分比与95重量百分比之间的滚筒D中的总水含量，其中约80百分比是根据一个特定的实施例的量。根据另一个实施例，将冷却水以这样的量通过管92引入到压力容器滚筒D中，使得在该冷却步骤后该压力容器中存在的水的总量为至少约3.5重量份至约1重量份处理过的废料或至少约3.8重量份至约1重量份处理过的废料。

根据本发明的实施例，将该冷却水以足以将该压力容器中的处理过的废料的温度降低至少约10°F、或约10°F至约50°F、或约10°F至约30°F的量添加到该处理过的废料中。根据本发明的实施例，将该冷却水以足以将该压力容器中的处理过的废料的温度从至少约170°F温度降低至不大于约140°F的温度、或从至少约160°F的温度降低至不大于约140°F的温度、或从至少约160°F的温度降低至不大于约130°F的温度的量添加到该处理过的废料中。

根据本发明的实施例，在最高达约130°F、或最高达约120°F、或从约70°F至约130°F、或从约70°F至约120°F、或从约70°F至约115°F的温度下将该冷却水添加到该处理过的废料中。

根据本发明的实施例，将该冷却水以足以使该压力容器中的总水含量增加该压力容器的总水和废料含量的按重量计至少约5％、或该压力容器的总水和废料含量的按重量计至少约10％、或该压力容器的总水和废料含量的按重量计约5％至约40％的量添加到该处理过的废料中。

根据本发明的实施例，该冷却水可以是基本上纯水，但是可以是适于饮用的或不适于饮用的水。该冷却水可以含有添加剂例如气味修饰剂和/或杀生物剂。

排出处理过的废物

在用冷却水冷却后，将材料从旋转容器中排出用于回收再制浆的材料进行再循环利用。根据一些实施例，排出的纸浆部分含有基于该排出的纸浆部分的总湿重的约5重量百分比至约50重量百分比的固体浓度。优选地，该固体浓度是在基于该排出的浆部分的总湿重的约10重量百分比至约25重量百分比的范围内。

此外，如上文所述，废纸部分被基本上再制浆。根据一些实施例，该废纸是至少约80百分比再制浆的，或该废纸部分是至少约90百分比再制浆的。

返回到图1-9中的实施例，打开闭合装置40并且在第二旋转方向上旋转滚筒D。在该第二旋转方向上，假定逆时针旋转，加工过的废料被螺旋刮板80拦截并且在螺旋刮板80的作用下被引导朝向滚筒D的入口端。随着滚筒D继续旋转，这些加工过的材料还通过如之前描述的“Y”型升降桨70的表面75被提升并且引导朝向容器的入口端。

在这些桨的垂直表面的每一侧上的斜面75和76在任一旋转方向上以相同的方式运行，当然在每一种情况下由竖直布置的构件72辅助。

应该注意的是在加工过程中这些升降桨70以相对于螺旋刮板80逆流或回流方式运行，其中这些表面76在此时间以主要方式起作用。仅在废料已经被完全加工后，反转滚筒D的旋转方向，以便使得螺旋刮板80能够将材料排出越过该滚筒的唇缘51进入合适的排出系统中。在此排出时间，这些桨70的表面75以主要方式起作用，实际上与螺旋刮板80的作用协作。

在滚筒D在该第二旋转方向上旋转期间，加工过的材料因此通过螺旋刮板80和升降桨70的表面72和75的组合作用从该容器中排出。因为滚筒D的外唇缘51伸出超过容器A的外边缘，排出的加工过的材料脱离该容器落下。凭借纸材料的再制浆，加工过的废料的体积降低至其原体积的约1/3。

这些加工过的材料的排出速率，如对本领域普通技术人员来说明显的，是取决于滚筒D的旋转速率、螺旋刮板80的尺寸和频率以及升降桨70的尺寸和数目，并且这些变量取决于在给定的时间量内有待加工的材料的量并且不限于这些变量的单一组合。

排水连接件64配备有合适的阀66，该阀可以打开以便使得水分在其过度积聚时能够从壳体(压力容器A)中排出。

然后将加工过的材料引导至筛用于分离和回收再制浆的纸部分并且进一步收集分离的塑料材料。如之前描述的，然后可以使该再制浆的纸部分经受进一步的加工步骤以便形成再生纸张、薄纸或板。

再生纸产品

在本发明方法的一些实施例中，使该再制浆的纸部分进一步经受随后的加工步骤以便产生纸产品。在一些实施例中，该纸产品是薄纸或纸巾产品。在一些实施例中，本发明方法进一步包括利用该废物的再制浆的纸部分用于生产含再生纤维的纸产品例如适合于制造纸盘的含再生纤维的纸板、或含再生纤维的吸水纸张、或含再生纤维的薄纸、或含再生纤维的纸巾、或新闻纸、或含再生纤维的硬纸板产品(包括含再生纤维的瓦楞硬纸板纸产品)。所以另外，容易地制备含再生纤维的书写纸。

出于描述和限定本发明传授内容的目的，应当指出术语“基本上”在此用于表示固有的不确定性程度，该不确定性程度可以归因于任何定量比较、值、测量、或其他表示。术语“基本上”在此还用于表示以下程度，通过该程度定量表示可以不同于所述的参考而不导致讨论中的主题的基本功能的改变。

尽管已经关于不同的实施例描述了这些传授内容，应当认识到在所附披露内容的精神和范围内，这些传授内容还能够具有多种多样的另外和其他的实施例。

Claims (24)

1.一种用于再循环利用包括废纸的废料的方法，该方法包括以下步骤：

将该废料引入到压力容器中；

在升高的加工温度和升高的加工压力下使该压力容器中的该废纸再制浆以便形成包括基本上再制浆的废纸的处理过的废料；

其后，将冷却水引入到该压力容器中以便将该压力容器中的该处理过的废料冷却至低于该升高的加工温度的排出温度并且减少由该处理过的废料排放的气味；并且

其后从该压力容器中排出该处理过的废料。

2.如权利要求1所述的方法，其中该处理过的废料包括有气味的化合物，这些化合物被该冷却水稀释。

3.如权利要求1所述的方法，其中该废料包括有机材料，该有机材料包括有气味的化合物或者，当经受该再制浆步骤时，形成被该冷却水稀释的有气味的化合物。

4.如权利要求3所述的方法，其中该有机材料包括食品废物、饮料废物、或二者。

5.如权利要求1所述的方法，其中该废料包括聚合物废料并且该方法进一步包括在引入该冷却水的步骤之后将该基本上再制浆的废纸与该聚合物废料分离的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括除了该废料之外或连同该废料一起将稀释水添加到该压力容器中用于在该再制浆步骤期间使用。

7.如权利要求1所述的方法，其中以该压力容器中的水的总量的最高达约3重量份比约1重量份的废料的量将该稀释水引入到该压力容器中，并且以使得在该冷却步骤后存在于该压力容器中的水的总量是至少约3.5重量份至约1重量份处理过的废料的量将该冷却水引入到该压力容器中。

8.如权利要求1所述的方法，其中以水的总量的最高达约3重量份比约1重量份的废料的量将该稀释水引入到该压力容器中，并且以使得在该冷却步骤后但是在该排出步骤之前存在于该压力容器中的水的总量是至少约3.8重量份至约1重量份处理过的废料的量将该冷却水引入到该压力容器中。

9.如权利要求1所述的方法，其中该升高的加工温度是至少约212°F。

10.如权利要求1所述的方法，其中该升高的加工压力是至少约5psig。

11.如权利要求1所述的方法，其中该排出温度是小于约140°F。

12.如权利要求1所述的方法，其中该升高的加工温度是至少约212°F并且该排出温度是小于约140°F。

13.如权利要求1所述的方法，其中该冷却水具有小于约115°F的温度。

14.如权利要求1所述的方法，其中该再制浆步骤包括搅拌在该压力容器中的该废料。

15.如权利要求1所述的方法，其中该再制浆步骤包括将热能引入到该压力容器中以便达到在该压力容器中的该升高的加工温度和压力。

16.如权利要求1所述的方法，其中该再制浆步骤包括将水蒸气引入到该压力容器中以便达到在该压力容器中的该升高的加工温度和压力。

17.如权利要求1所述的方法，其中该再制浆步骤包括将一种或多种化学助剂引入到该压力容器中以便促进该废纸的再制浆。

18.如权利要求16所述的方法，其中该一种或多种化学助剂包括至少一种选自下组的化学品，该组由以下各项组成：碱剂、缓冲剂、漂白剂、洗涤剂、表面活性剂、溶剂、分散剂、螯合剂、多价螯合剂、以及其混合物。

19.如权利要求1所述的方法，其中该压力容器包括可旋转的滚筒用于容纳该废料并且该搅拌步骤包括旋转该滚筒。

20.如权利要求1所述的方法，其中将该再制浆步骤进行持续从约30分钟至约90分钟的时间。

21.如权利要求1所述的方法，其中所述压力容器是总体上圆柱形构型的细长容器，该容器被安装成围绕其纵轴线被旋转地驱动。

22.如权利要求6所述的方法，其中该压力容器被安装成围绕倾斜轴线旋转，该倾斜轴线配备有合适的搅拌器件以便彻底地混合所述废料和稀释水。

23.如权利要求14所述的方法，其中该搅拌步骤在该升高的加工温度和压力下进行持续足够的时间以便基本上使该废纸再制浆，这样使得该处理过的废料的组分可以通过密度和尺寸分离。

24.如权利要求1所述的方法，进一步包括在该再制浆步骤之后并且在该冷却水引入步骤之前通过使用排气口或喷射器或二者降低该压力容器内的该升高的加工压力的步骤。