ES2860944T3

ES2860944T3 - Procedimiento para formar una composición de combustible sólido a partir de residuos sólidos mixtos

Info

Publication number: ES2860944T3
Application number: ES15854145T
Authority: ES
Inventors: Bjornulf White
Original assignee: Ecogensus LLC
Current assignee: Ecogensus LLC
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2021-10-05
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: MX2021009805A; JP2017534745A; TW202104567A; TW201638320A; CY1124119T1; CA2966181A1; EP3212741A1; WO2016070149A1; US20160122674A1; LT3212741T; KR20170091607A; DK3212741T3; CN107109273A; EP4047074A1; PL3212741T3; BR112017009043B1; HUE054169T2; JP2020143303A; JP6712277B2; HRP20210378T1

Abstract

Un método para producir una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos sin la formación de gas de síntesis, comprendiendo el método: calentar una mezcla de residuos sólidos que comprende de aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 60% en peso de plásticos mixtos dentro de un recipiente del proceso a una temperatura no mayor que aproximadamente 110 °C para separar la mezcla de residuos sólidos en una mezcla de residuos sólidos secados y compuestos vaporizados; eliminar los compuestos vaporizados del recipiente del proceso; calentar y mezclar la mezcla de residuos sólidos secados hasta al menos 160 ºC y por debajo de la presión atmosférica para formar una mezcla de residuos sólidos calentada que comprende plásticos mixtos fundidos; extrudir la mezcla de residuos sólidos calentada de aproximadamente 100 ºC a aproximadamente 260 ºC para producir una mezcla de residuos sólidos extrudidos; y enfriar la mezcla de residuos sólidos extrudidos a menos de aproximadamente 65 °C para formar la composición de combustible sólido, que tiene un contenido en energía que varía entre aproximadamente 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/Ib.) y aproximadamente 32.564 kJ/kg (14.000 BTU/lb.), una densidad que varía entre aproximadamente 481 kg/m3 (30 lb./pie3) y aproximadamente 1282 kg/m 3 (80 lb./pie3), y un contenido en agua de menos de aproximadamente 1 % en peso.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para formar una composición de combustible sólido a partir de residuos sólidos mixtos

REFERENCIA CRUZADA

Esta divulgación reivindica el beneficio de la fecha de presentación bajo 35 USC § 119 de la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. N° de serie 62/072.822 presentada el 30 de octubre de 2014 y titulada "Process for Forming a Solid Block Composition From Mixed Solid Waste” (Procedimiento para formar una composición de bloques sólidos a partir de residuos sólidos mixtos).

CAMPO TÉCNICO

La presente divulgación se refiere a métodos para procesar residuos sólidos mixtos. Más específicamente, la presente divulgación se refiere a métodos para producir una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos, especialmente sin la formación de gas de síntesis.

ANTECEDENTES

La gestión de residuos sólidos, tales como los residuos municipales de fuentes residenciales, institucionales y comerciales, los residuos agrícolas y otros residuos, tales como los lodos de depuradoras, sigue siendo un tema desafiante con soluciones en constante evolución. A medida que los vertederos alcanzan y superan su capacidad en todo el mundo, y como la industria y las sociedades de residuos sólidos generalmente limitan el uso de vertederos, se han desarrollado métodos alternativos de gestión de residuos sólidos que procesan adicionalmente los residuos sólidos para reducir el volumen introducido en los vertederos. El reciclaje de metales, plásticos y productos de papel, así como el compostaje de materia orgánica son métodos relativamente comunes para reducir el volumen total de los residuos sólidos que van a los vertederos. También se han desarrollado procedimientos de aprovechamiento energético de residuos para convertir el contenido energético de residuos sólidos en una forma más utilizable, tal como la energía eléctrica.

Una diversidad de procedimientos de aprovechamiento energético de residuos puede utilizar tratamientos térmicos, tales como incineración, pirólisis o gasificación para liberar el contenido energético de la corriente de residuos sólidos, que posteriormente se utiliza para impulsar generadores eléctricos aguas abajo. Aunque la pirólisis y la gasificación ofrecen muchas ventajas sobre la incineración en los procedimientos de aprovechamiento energético de residuos, el uso eficaz de la pirólisis o la gasificación es limitado cuando se utilizan residuos sólidos municipales (MSW) o residuos agrícolas como material de alimentación, debido al alto contenido de agua, baja densidad y carencia de homogeneidad.

El funcionamiento eficiente de una cámara de pirólisis o gasificación utiliza típicamente materia prima que es de alta densidad y de composición consistente, esencialmente sin humedad. Debido a que las corrientes de residuos sólidos son inherentemente de baja densidad y de composición variable, la mayoría de las plantas de procedimientos de aprovechamiento energético de residuos incineran la corriente de residuos sólidos para liberar la energía de la corriente de residuos sólidos. Mecanismos de pirólisis mejorados, tales como la gasificación avanzada, pueden superar las ineficiencias asociadas con la inconsistencia inherente de la composición de los residuos sólidos, pero estos mecanismos avanzados requieren una inversión significativa en equipos especializados. Además, todavía están limitados por la calidad del material de alimentación.

Otros procedimientos utilizan peletizadoras para hacer que la corriente de residuos sólidos de la cámara de pirólisis sea de tamaño más uniforme. Pero los residuos sólidos peletizados retienen la variación de composición inherente a las corrientes de residuos sólidos. Además, la peletización de la corriente de residuos sólidos no transforma los residuos sólidos en un combustible de alta densidad y baja humedad apropiado para el funcionamiento eficiente de una cámara de pirólisis (o gasificación).

Existe la necesidad de una composición de combustible sólido y un procedimiento para producir una composición de combustible sólido a partir de una corriente de residuos sólidos que pueda incluir residuos sólidos mixtos y otros residuos para su uso como material de alimentación. Un combustible de este tipo proporcionaría un funcionamiento eficiente de una cámara de pirólisis (o gasificación) como parte de un procedimiento de aprovechamiento energético de residuos, sin una inversión de capital adicional en maquinaria avanzada. Además, existe la necesidad de un procedimiento que transforme una corriente de residuos sólidos con composición variable en una composición de combustible sólido con una composición relativamente consistente que sea de alta densidad y baja humedad, ya que esto proporciona una mejor composición de combustible. Además, existe la necesidad de un procedimiento para formar una composición de combustible sólido a partir de una corriente de residuos sólidos que pueda eliminar además olores, bacterias, y otras propiedades no deseadas de la corriente de residuos sólidos utilizada para producir la composición de combustible sólido. La composición de combustible sólido que resulta de un procedimiento de este tipo puede permitir el uso de métodos de pirólisis o gasificación de alta eficiencia como parte de un procedimiento de aprovechamiento energético de residuos al proporcionar un combustible homogeneizado, seco, denso y rico en energía preparado para la pirólisis o gasificación.

BREVE SUMARIO

Los métodos descritos en esta memoria procesan mezclas de residuos sólidos sin preselección o presecado extensivo, tal como se emplea típicamente para producir un combustible modificado. Debido a que el material de origen no necesita ser secado o preseleccionado (aparte de la eliminación opcional de no combustibles de metal, vidrio y materiales peligrosos), las variaciones de contenido basadas en el sitio de origen, la estación o el clima no afectan sustancialmente al procedimiento.

El procedimiento comienza obteniendo una mezcla de residuos sólidos que incluye material orgánico, basura y plástico. El sistema procesa la mezcla de residuos sólidos en un recipiente de procesamiento por debajo de la presión atmosférica, eliminando el exceso de humedad, los compuestos orgánicos volátiles (VOCs, por sus siglas en inglés), los compuestos orgánicos clorados y el cloro gaseoso, que son secuestrados sin exposición de estos gases a la atmósfera. Luego, el calor aumenta después de eliminar el agua y los VOCs para fundir los plásticos mezclados en la mezcla de residuos sólidos. Este procedimiento funde el contenido de plásticos dentro de la mezcla de residuos sólidos secados, distribuyendo con ello el plástico por toda la composición de combustible sólido y aumentando la densidad de la composición de combustible sólido, en contraste con las composiciones existentes. El producto terminado no ha sido pirolizado e incluye compuestos orgánicos y plástico. El producto terminado es de una consistencia general uniforme, lo que significa que trozos grandes dentro de la mezcla de residuos sólidos se reducen a un tamaño de partícula promedio igual o menor que otros trozos individuales dentro de la mezcla de residuos sólidos. El producto terminado también tiene un bajo contenido en agua (<1% en peso) y es adecuado para una diversidad de aplicaciones posteriores al procedimiento, incluyendo el uso como combustible para incineración o como material de alimentación de gas de síntesis, por ejemplo, mediante pirólisis o gasificación.

Brevemente, por lo tanto, la presente divulgación abarca un método para producir una composición de combustible sólido sin formación de gas de síntesis con un contenido de energía de al menos 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/lb) a partir de una mezcla de residuos sólidos. El método incluye calentar una mezcla de residuos sólidos que incluye al menos 5% en peso de plásticos mixtos dentro de un recipiente del proceso a una temperatura no superior a 110 °C (tal como aproximadamente 100 °C, o entre aproximadamente 90 °C y aproximadamente 110 °C) para separar la mezcla de residuos sólidos en una mezcla de residuos sólidos secados y compuestos vaporizados liberados de la mezcla de residuos sólidos calentada.

Los compuestos vaporizados pueden incluir uno cualquiera o más de vapor de agua, al menos un compuesto orgánico volátil, compuesto orgánico clorado, cloro gaseoso y cualquier combinación de los mismos. El método también puede incluir eliminar los compuestos vaporizados del recipiente del proceso reduciendo la presión dentro del recipiente del proceso a menos de aproximadamente 6,67 kPa (50 torr) utilizando un sistema de vacío conectado a la lumbrera de vacío; calentar y mezclar la mezcla de residuos sólidos secados a una temperatura máxima de al menos 160 °C para formar una mezcla de residuos sólidos calentada que comprende plásticos mixtos fundidos; extrudir la mezcla de residuos sólidos calentada del recipiente del proceso utilizando la salida de extrusión; y enfriar la mezcla extrudida a menos de aproximadamente 65 °C para formar la composición de combustible sólido. La mezcla de residuos sólidos puede incluir aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 40% en peso de plásticos mixtos. Alternativamente, la mezcla de residuos sólidos puede incluir de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 35% en peso de plásticos mixtos.

La mezcla de residuos sólidos comprende residuos sólidos municipales y residuos agrícolas. El método puede comprender, además, analizar la mezcla de residuos sólidos en busca de residuos sólidos no combustibles y, si está presente, eliminar los residuos sólidos no combustibles. En última instancia, el material de alimentación debe estar sustancialmente libre de residuos metálicos no combustibles. El método puede comprender, además, analizar la mezcla de residuos sólidos en busca de un contenido de plásticos mixtos y, si es necesario, ajustar la cantidad de plásticos mixtos en la mezcla de residuos sólidos entre aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 60% en peso.

Los plásticos mixtos pueden comprender uno o más plásticos seleccionados del grupo que consiste en poliéster, poli(tereftalato de etileno), polietileno, poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno), polipropileno, poliestireno, poliamidas, acrilonitrilo butadieno estireno, polietileno/acrilonitrilo butadieno estireno, policarbonato, policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno, poliuretanos, maleimida/bismaleimida, melamina formaldehído, fenol formaldehídos, poliepóxido, polieteretercetona, polieterimida, poliimida, ácido poliláctico, poli(metacrilato de metilo), politetrafluoroetileno y urea-formaldehído. En particular, los plásticos mixtos pueden comprender poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno) y combinaciones de los mismos, y el residuo sólido secado se calienta a al menos aproximadamente 190 °C.

Más específicamente, la mezcla de residuos sólidos puede incluir de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 40% en peso de plásticos mixtos. Alternativamente, la mezcla de residuos sólidos puede incluir de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 35% en peso de plásticos mixtos. La composición de combustible sólido resultante puede ser un material hidrofóbico, estable y no biodegradable. El material puede incluir de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 80% en peso de carbono; de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de hidrógeno; de aproximadamente % en peso a aproximadamente 20% en peso de oxígeno; menos de aproximadamente 2% en peso de azufre; menos de aproximadamente 2% en peso de cloro; y menos de aproximadamente 1% en peso de agua. La composición de combustible sólido resultante puede tener un contenido en energía de al menos 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/lb). La composición de combustible sólido resultante puede estar sustancialmente libre de compuestos orgánicos volátiles.

El recipiente del proceso puede incluir una o más paredes calentadas mantenidas a una temperatura de la pared de al menos aproximadamente 190 °C, un mezclador en el volumen interior del recipiente del proceso y conectado operativamente al recipiente del proceso, un elemento de extrusión que pasa a través de una primera abertura en el recipiente del proceso y una lumbrera de vacío que pasa a través de una segunda abertura en el recipiente del proceso; en donde el recipiente del proceso se une a través de la lumbrera de vacío a un sistema de vacío que comprende una bomba de vacío. Típicamente, los compuestos vaporizados incluyen cualquiera de los siguientes: vapor de agua, compuestos orgánicos volátiles, compuestos orgánicos clorados, cloro gaseoso y cualquier combinación de los mismos.

El método puede incluir, además, triturar la mezcla de residuos sólidos en pedazos con una dimensión o diámetro máximo de aproximadamente dos pulgadas (5,08 centímetros) antes de introducir la mezcla de residuos sólidos en el recipiente del proceso. El método puede incluir además condensar los compuestos vaporizados retirados del recipiente del proceso para producir aguas residuales que comprenden uno o más seleccionados del grupo que consiste en al menos un compuesto orgánico volátil, compuestos orgánicos clorados, cloro gaseoso y cualquier combinación de los mismos disueltos en vapor de agua condensado. El método puede incluir, además, eliminar uno o más compuestos orgánicos volátiles, compuestos orgánicos clorados, cloro gaseoso y cualquier combinación de los mismos de las aguas residuales para producir aguas residuales tratadas. Cloro gaseoso, compuestos orgánicos clorados y los compuestos orgánicos volátiles son contaminantes medioambientales sujetos a regulaciones gubernamentales. Atrapar y eliminar estos compuestos a través de las aguas residuales reduce el volumen de estos compuestos, que de otro modo se escaparían a la atmósfera.

La temperatura de la pared se puede mantener desde aproximadamente 190 °C a aproximadamente 280 °C y la temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos puede variar de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 250 °C para separar la mezcla de residuos sólidos secados de los compuestos vaporizados. Preferiblemente, la temperatura de la pared se mantiene a aproximadamente 280 °C y la mezcla de residuos sólidos se calienta a aproximadamente 250 °C para ablandar y dispersar los plásticos mixtos dentro de la mezcla de residuos sólidos calentada. El método puede incluir, además, vigilar la temperatura de la pared de la una o más paredes calentadas y utilizar la temperatura de la pared vigilada para modular el funcionamiento de un calentador acoplado operativamente a una o más paredes calentadas para mantener automáticamente la una o más paredes calentadas a una temperatura de la pared deseada. El método puede incluir, además, vigilar una presión del espacio superior dentro de un volumen del espacio superior dentro del recipiente del proceso y utilizar la presión del espacio superior vigilada para modular el funcionamiento del sistema de vacío para mantener automáticamente la presión reducida dentro del recipiente del proceso.

El método puede incluir, además, vigilar el contenido de humedad dentro de los compuestos vaporizados extraídos del recipiente del proceso. Un aumento inicial en el contenido de humedad puede indicar que la mezcla de residuos sólidos se calienta lo suficiente como para liberar vapor de agua y una disminución posterior a un nivel de humedad mínimo estable puede indicar que la mezcla de residuos sólidos puede incluir menos de aproximadamente 2% en peso de agua, tal como menos de aproximadamente 1% en peso de agua.

El método puede incluir, además, vigilar la temperatura de la mezcla dentro de la mezcla de residuos sólidos dentro del recipiente del proceso. Típicamente, la temperatura de la mezcla vigilada igual a la temperatura predeterminada puede indicar que la mezcla de residuos sólidos está lista para la extrusión del recipiente del proceso. El método puede incluir, además, vigilar el peso de la mezcla de residuos sólidos dentro del recipiente del proceso. Una disminución en el peso vigilado a un peso mínimo puede indicar que los compuestos vaporizados pueden eliminarse completamente de la mezcla de residuos sólidos. La mezcla de residuos sólidos se puede calentar y mezclar durante un período predeterminado que varía de aproximadamente 0,5 horas a aproximadamente 2 horas. El método puede incluir, además, cortar la mezcla extrudida en pedazos durante el enfriamiento.

Aunque se describen múltiples realizaciones, aún otras realizaciones de la presente divulgación resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, que muestra y describe realizaciones ilustrativas de la divulgación. Por consiguiente, los dibujos y la descripción detallada deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las siguientes figuras ilustran diversos aspectos de la divulgación.

La FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un método para producir una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos.

La FIG. 2 es un gráfico que ilustra esquemáticamente un perfil de temperaturas y procedimientos asociados dentro de una mezcla de residuos sólidos durante un procedimiento de producción de una composición de combustible sólido a partir de la mezcla de residuos sólidos.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método para eliminar compuestos vaporizados de una mezcla de residuos sólidos calentada.

La FIG. 4 es un diagrama de bloques de un sistema para producir una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos.

La FIG. 5 es una vista en sección transversal de una salida 434 de la extrusora.

La FIG. 6 es un diagrama esquemático de un recipiente de procedimiento de doble cámara.

La FIG. 7 es un esquema de un sistema como se describe en esta memoria.

Los caracteres de referencia y las etiquetas correspondientes indican elementos correspondientes entre las vistas de los dibujos. No se debe interpretar que los títulos utilizados en las figuras limitan el alcance de las reivindicaciones. DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente divulgación abarca métodos y sistemas para producir una composición de combustible sólido sin formación de gas de síntesis con un contenido en energía de al menos 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/lb). Más adelante se proporcionan en esta memoria sistemas y métodos para formar una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos que pueden incluir al menos aproximadamente 5% en peso de plásticos. La composición de combustible sólido se puede formar calentando la mezcla de residuos sólidos dentro de un recipiente del proceso a una temperatura de al menos aproximadamente 100 °C para separar la mezcla de residuos sólidos en una mezcla de residuos sólidos secados y compuestos vaporizados que incluyen, pero no se limitan a vapor de agua. Los compuestos vaporizados se pueden retirar del recipiente del proceso utilizando un sistema de vacío adjunto, y la mezcla de residuos sólidos secados restante se puede mezclar y calentar a una temperatura máxima de hasta aproximadamente 250 °C. A la temperatura máxima, cualquier plástico dentro de la mezcla de residuos sólidos puede fundirse y distribuirse por toda la mezcla. La mezcla de residuos sólidos calentada puede extrudirse luego por debajo de aproximadamente 200 °C y enfriarse para formar la mezcla de combustible sólido.

La mezcla de combustible sólido resultante puede tener un contenido de energía de al menos 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/lb) y una densidad de al menos aproximadamente 481 kg/m3 (30 lb/pie3). La mezcla de combustible sólido también puede esterilizarse debido a la alta temperatura máxima dentro del recipiente del proceso, e hidrofóbica y no porosa en virtud de los plásticos distribuidos por toda la composición de combustible sólido. Como resultado, la mezcla de combustible sólido puede almacenarse durante períodos prolongados en una amplia diversidad de condiciones de almacenamiento sin riesgo de biodegradación o alteración de la composición.

A continuación, se proporcionan descripciones detalladas de métodos y sistemas para la composición de combustible sólido, así como una descripción de la propia composición de combustible sólido.

I. Método de Formación de la Composición de Combustible Sólido

Se describe un método para formar una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos, que incluye calentar y agitar mecánicamente una mezcla de residuos sólidos dentro de un recipiente del proceso para mezclar y homogeneizar los componentes individuales de los residuos sólidos. Además, cualquier compuesto vaporizado liberado por la mezcla de residuos sólidos calentada puede eliminarse utilizando un vacío dentro del recipiente del proceso (es decir, a una presión por debajo de la atmosférica). El contenido resultante del recipiente del proceso se puede extrudir, darle la forma deseada y enfriar para formar la composición de combustible sólido.

El método supera muchas de las limitaciones de los métodos previos de aprovechamiento energético de residuos transformando una mezcla de residuos sólidos, que puede ser de composición variable, en una composición de combustible sólido con una variabilidad relativamente baja de la composición. Además, la composición de combustible sólido producida por el método es esencialmente estéril y no porosa, permitiendo transportar y almacenar la composición de combustible sólido durante períodos prolongados, sin necesidad de equipos o instalaciones especializadas. Además, las composiciones de combustible sólido son compatibles con diversos procesos de pirólisis asociados con métodos de aprovechamiento energético de residuos de mayor rendimiento.

Algunos procedimientos de aprovechamiento energético de residuos incineran los residuos sólidos, definidos en esta memoria como quemar los residuos sólidos en presencia de oxígeno, generando con ello calor para producir vapor que acciona los generadores de vapor aguas abajo. Sin embargo, el procedimiento de incineración también produce emisiones potencialmente dañinas que deben depurarse de la corriente de escape del incinerador o liberarse al medio ambiente. Por otro lado, la presente divulgación proporciona una composición de combustible sólido de la que ya se han eliminado VOCs, compuestos orgánicos clorados y cloro gaseoso, de modo que cuando la composición de combustible sólido se incinera o se quema, no emite estos contaminantes nocivos al medio ambiente y la corriente de escape no necesita depurarse para estos compuestos.

Otros procedimientos de aprovechamiento energético de residuos utilizan pirólisis, que es el sobrecalentamiento de los componentes volátiles de una sustancia orgánica, creado al calentar la sustancia a una temperatura que varía de aproximadamente 205 °C (400 °F) a aproximadamente 760 °C (1.400 °F) en un entorno privado de oxígeno. La pirólisis es un tipo de termólisis, que resulta en la descomposición termoquímica irreversible de material orgánico. La pirólisis implica un cambio simultáneo de la composición química y la fase física, en que el material de alimentación se divide en cenizas, carbón (como el biocarbón), sinoil (bioaceite) y gas de síntesis (biogás). La pirólisis se diferencia de la combustión (oxidación), en que el combustible reacciona con el oxígeno, y la hidrólisis, en que el combustible reacciona con el agua. El gas de síntesis y/u otros fluidos generados a partir de la pirólisis permiten a los generadores eficientes aguas abajo producir energía, a diferencia de los generadores de vapor menos eficientes que se utilizan junto con la incineración. La presente divulgación proporciona una composición de combustible sólido que no está pirolizada, lo que significa que no se ha dividido en cenizas, carbón, sinoil y gas de síntesis. Más bien, la presente composición de combustible sólido es un combustible homogeneizado, seco, denso y rico en energía preparado para la pirólisis.

La gasificación es similar a la pirólisis, en el sentido de que implica calentar sustancias orgánicas en entornos de temperaturas incluso más altas de aproximadamente 480 °C (900 °F) a aproximadamente 1.650 °C (3.000 °F) con poco o nada de oxígeno. La gasificación tiene la ventaja de crear una mayor cantidad de gas de síntesis, ya que parte del carbón carbonizado no volátil que queda de la pirólisis también se puede convertir en gas de síntesis a través de la gasificación. La presente divulgación proporciona una composición de combustible sólido que está gasificado, pero que es un combustible homogeneizado, seco, denso y rico en energía preparado para la gasificación.

La composición de combustible sólido descrita en esta memoria se puede utilizar en cualquiera de los procedimientos anteriores. La presente mezcla de residuos sólidos se transforma química y físicamente para proporcionar una composición de combustible sólido especialmente adecuada para la pirólisis, gasificación y/o incineración. Sin desear estar ligado por la teoría, la pirólisis típicamente no puede producirse hasta que una parte sustancial de humedad sea eliminada del material de alimentación. Las composiciones de combustible sólido descritas en esta memoria tienen un contenido de agua muy bajo y pueden pirolizarse inmediatamente. Las composiciones de combustible sólido han sido procesadas para eliminar VOCs, compuestos orgánicos clorados y cloro gaseoso. Generalmente, también se han eliminado materiales de desecho no combustibles. La mezcla de residuos sólidos se procesa hasta el punto justo antes de que se produzca la pirólisis, en el que la reacción se detiene densificando y enfriando el material de alimentación, manteniendo así el gas que se puede quemar "bloqueado" en la composición de combustible sólido. La composición de combustible sólido resultante está preparada para la pirólisis y procesos relacionados.

Combinación de la Mezcla de Residuos Sólidos

La FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un método 100 para formar una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos. Dependiendo de la mezcla de residuos sólidos sometida al método 100, la mezcla de residuos sólidos puede formarse opcionalmente mezclando un residuo sólido clasificado con plásticos mixtos en la etapa 101. El material de alimentación para el procedimiento puede ser una mezcla de residuos sólidos que incluya al menos aproximadamente un 20% en peso de plásticos. El material de alimentación para el procedimiento puede ser una mezcla de residuos sólidos que incluya al menos aproximadamente un 5% en peso de plásticos.

“Residuo" se refiere, generalmente, a material combustible que contiene carbono que ha sido desechado después de su uso principal, incluyendo los residuos sólidos. Generalmente, los residuos pueden ser húmedos y heterogéneos, conteniendo una parte de residuos no combustibles. "Residuos sólidos" se refiere a cualquier basura o desperdicio, lodo de una planta de tratamiento de aguas residuales, planta de tratamiento de suministro de agua o instalación de control de la contaminación del aire y otros materiales desechados, incluyendo materiales sólidos, líquidos, semisólidos o con contenido gaseoso que resultan de procedimientos industriales, operaciones comerciales, mineras y agrícolas, y de actividades comunitarias.

Puede utilizarse una diversidad de fuentes de residuos sólidos. La mezcla de residuos sólidos puede derivarse de fuentes de residuos no peligrosos que incluyen, pero no se limitan a residuos municipales, residuos agrícolas, lodos de aguas residuales, residuos domésticos, materiales secundarios desechados y residuos sólidos industriales. "Residuos municipales" o "residuos sólidos municipales" (MSW, por sus siglas en inglés), tal como se utiliza en esta memoria, pueden referirse a cualquier residuo doméstico o residuo sólido comercial o residuo sólido industrial. Ejemplos no limitativos de residuos que pueden incluirse en la mezcla de residuos sólidos incluyen residuos biodegradables, tales como residuos de alimentos y de la cocina; residuos verdes, tales como césped o recortes de setos; papel; plásticos mixtos; desperdicios de alimentos sólidos; residuos agrícolas sólidos; lodos de depuradora; y residuos de trituradoras de automóviles.

"Residuos domésticos" o "residuos residenciales" se refiere a cualquier residuo sólido (incluidos desperdicios, basura y residuos sanitarios en tanques sépticos) derivados de hogares (incluyendo residencias individuales y múltiples, hoteles y moteles, barracas, estaciones de guardabosques, dependencias de la tripulación, campamentos, áreas de picnic y áreas recreativas de uso diurno).

"Residuos sólidos comerciales" se refiere a todos los tipos de residuos sólidos generados por tiendas, oficinas, restaurantes, almacenes y otras actividades no manufactureras, excluyendo los residuos residenciales e industriales.

"Residuos sólidos industriales" se refiere a residuos sólidos no peligrosos generados por procesos industriales o de fabricación. Ejemplos de residuos sólidos industriales incluyen, pero no se limitan a residuos resultantes de los siguientes procedimientos de fabricación: generación de energía eléctrica; fertilizantes/productos químicos agrícolas; alimentos y productos/subproductos relacionados; cuero y productos de cuero; compuestos químicos orgánicos; fabricación de plásticos y resinas; industria de la pulpa y del papel; caucho y productos de plástico diversos; fabricación de textiles; equipo de transporte; y tratamiento de aguas. Esta expresión no incluye residuos de minería o residuos de petróleo y gas.

La mezcla de residuos sólidos puede comprender material secundario no peligroso desechado, en cuyo caso las composiciones de combustible sólido producidas a partir de esas mezclas de residuos sólidos pueden clasificarse legalmente como "no residuos". "Material secundario" se refiere a cualquier material que no sea el producto principal de un procedimiento de fabricación o comercial, y puede incluir material post-consumidor, productos químicos comerciales fuera de especificación o productos químicos intermedios de fabricación, material post-industrial y desechos. Ejemplos de materiales secundarios no peligrosos incluyen neumáticos de desecho que no se eliminan y son gestionados por un programa de recogida de neumáticos establecido, incluyendo neumáticos retirados de vehículos y neumáticos fuera de especificación; madera resinada; residuos de carbón que han sido recuperados de montones heredados y han sido procesados de la misma manera que los residuos de carbón generados actualmente; y lodos de pulpa y papel deshidratados que no se descartan y son generados y quemados in situ por fábricas de pulpa y papel que queman una parte significativa de dichos materiales, en que dichos residuos deshidratados son gestionados de una manera que preserva el poder calorífico significativo de los materiales.

“Madera resinada" se refiere a productos de madera (que contienen aglutinantes y adhesivos) producidos por la fabricación primaria y secundaria de productos de madera. La madera resinada incluye residuos de la fabricación y el uso de madera resinada, incluidos materiales, tales como molduras de tablas, polvo de lijadoras, molduras de paneles y productos de madera resinada fuera de especificación que no cumplen con una calidad o patrón de fabricación.

“Plásticos mixtos” se refiere a cualquier combinación de compuestos orgánicos sintéticos o semisintéticos que son maleables y pueden moldearse para formar objetos sólidos de diversas configuraciones, y que se encuentran típicamente en los residuos sólidos municipales. Ejemplos adecuados de plásticos mixtos incluyen, pero no se limitan a poliéster (PES), poli(tereftalato de etileno) (PET), polietileno (PE), polietileno de alta densidad (HDPE), poli(cloruro de vinilo) (PVC), poli(cloruro de vinilideno) (PVDC, Saran™), polietileno de baja densidad (LDPE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), poliamidas (PA) (Nailons), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polietileno/acrilonitrilo butadieno estireno (PE/ABS), policarbonato (PC), policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno (PC/ABS), poliuretanos (PU), maleimida/bismaleimida, melamina formaldehído (MF), fenol formaldehídos (PF), poliepóxido (epoxi), polieteretercetona (PEEK), polieterimidas (PEI, Ultem™), poliimida, ácido poliláctico (PLA) poli(metacrilato de metilo) (PMMA, acrílico), politetrafluoroetileno (PTFE), urea-formaldehído (UF) y combinaciones de los mismos.

Los plásticos mixtos pueden comprender uno o más plásticos seleccionados del grupo que consiste en poliéster, poli(tereftalato de etileno), polietileno, poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno), polipropileno, poliestireno, poliamidas, acrilonitrilo butadieno estireno, polietileno/acrilonitrilo butadieno estireno, policarbonato, policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno, poliuretanos, maleimida/bismaleimida, melamina formaldehído, fenol formaldehídos, poliepóxido, polieteretercetona, polieterimida, poliimida, ácido poliláctico, poli(metacrilato de metilo), politetrafluoroetileno, urea-formaldehído y combinaciones de los mismos.

Los plásticos mixtos pueden comprender uno o más plásticos seleccionados del grupo que consiste en poliéster, poli(tereftalato de etileno), polietileno, poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno), polipropileno, poliestireno, poliamidas, policarbonato, poliuretanos y combinaciones de los mismos. Los plásticos mixtos pueden comprender polietileno.

Los plásticos mixtos pueden comprender poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno) y combinaciones de los mismos, y los residuos sólidos secados se pueden calentar hasta al menos aproximadamente 190 °C.

La mezcla de residuos sólidos puede analizarse para detectar residuos sólidos no combustibles. Basado en el análisis, una corriente de residuos sólidos municipales puede clasificarse fácilmente para eliminar los plásticos y excluir, además, residuos inertes, incluyendo, pero no limitados a vidrios, metales, hormigón, ladrillos y cualquier otro material inerte, lo que da como resultado un residuo sólido clasificado. Material inerte, tal como se utiliza en esta memoria, se refiere a cualquier material que no es probable que libere energía cuando se somete a un proceso de combustión o pirólisis. Los plásticos eliminados de la corriente de residuos sólidos municipales pueden retenerse y mezclarse con los residuos sólidos clasificados para formar la mezcla de residuos sólidos a partir de la cual se forma la composición de combustible sólido. Los residuos no combustibles pueden comprender residuos metálicos no combustibles, que incluyen, por ejemplo, metal de chatarra y trozos de metales. Los residuos metálicos no combustibles pueden comprender metal ferroso, tal como hierro, acero y otras aleaciones con contenido en hierro, y metales no ferrosos, que son metales y aleaciones que no contienen una cantidad apreciable de hierro.

La mezcla de residuos sólidos se puede analizar para determinar la cantidad de plásticos mixtos presentes en ella. La cantidad de plásticos mixtos presentes en los residuos sólidos puede variar y variará. La mezcla de residuos sólidos utilizada como material de alimentación para el procedimiento descrito en esta memoria puede formarse mezclando residuos sólidos clasificados y plásticos en una relación predeterminada basada en el análisis. Los plásticos mixtos son los que se encuentran típicamente en la corriente de residuos sólidos (p. ej., MSW), y se utilizan sin ajuste adicional de la relación (es decir, clasificación y remezcladura). La cantidad de plásticos mixtos afecta las composiciones de combustible producidas en los métodos y sistemas descritos en esta memoria, y puede seleccionarse en base al modelo económico y/o sobre una base de proyecto-por-proyecto.

La mezcla de residuos sólidos puede incluir al menos aproximadamente 20% en peso de plásticos mixtos. La mezcla de residuos sólidos puede incluir de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 60% en peso de plásticos mixtos. La mezcla de residuos sólidos puede incluir de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 40% en peso de plásticos mixtos. El material de alimentación para el procedimiento puede incluir entre aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 35% en peso de plásticos mixtos. El material de alimentación para el procedimiento puede incluir entre aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 30% en peso de plásticos mixtos. El material de alimentación para el procedimiento incluye más de aproximadamente 5% en peso de plásticos.

Los plásticos pueden ayudar a unir la mezcla de combustible sólido resultante de los métodos descritos en esta memoria, y pueden reducir adicionalmente la porosidad y la actividad acuosa de la composición de combustible sólido. Además, los plásticos en la composición de combustible sólido pueden influir en el tipo de productos resultantes de los procedimientos de pirólisis que utilizan la composición de combustible sólido como un material de alimentación. Sin limitarse a teoría particular alguna, se cree que las mezclas de combustibles sólidos con una alta proporción de plásticos producen mayores rendimientos de sinoil utilizando procesos de pirólisis. Se cree que mezclas de combustibles sólidos con una menor proporción de plásticos y una mayor proporción de papel y cartón producen mayores rendimientos de gas de síntesis utilizando procesos de pirólisis.

La mezcla de residuos sólidos puede tener una composición muy variable debido a la naturaleza variable de las corrientes de residuos sólidos municipales. Una corriente de residuos sólidos municipales puede variar en la composición debido a una diversidad de factores que incluyen, pero no se limitan a diferentes estaciones, diferentes ubicaciones dentro de un país (urbano frente a rural) y/o diferentes países (industrial frente a en desarrollo).

El agua contenida en la mezcla de residuos sólidos que contiene los residuos sólidos clasificados y los plásticos mixtos puede variar y puede influir en el tiempo y/o la temperatura máxima necesaria para eliminar el agua de la mezcla de residuos sólidos durante la formación de la composición de combustible sólido utilizando los métodos descritos en esta memoria. Para secar, se puede seleccionar un período de tiempo que sea suficiente para eliminar el agua de los residuos sólidos.

Por ejemplo, el residuo sólido mixto puede contener una cantidad variable de agua que varía de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 60% en peso. Específicamente, el residuo sólido mezclado puede contener una cantidad de agua que varía entre aproximadamente 10% en peso y aproximadamente 20% en peso, el residuo sólido mixto puede contener al menos 10% en peso de agua, al menos 20% en peso de agua, al menos 30% en peso de agua, al menos 40% en peso de agua y al menos 50% en peso de agua.

Los plásticos disponibles pueden variar de manera similar. Para formar una mezcla, los residuos sólidos y los plásticos se pueden pesar individualmente antes de mezclarlos para asegurar que la mezcla de residuos sólidos se forme en la relación en peso predeterminada de residuos sólidos y plásticos. Los residuos sólidos y los plásticos pueden transferirse de una zona de almacenamiento a una zona de mezcladura utilizando dispositivos de pesaje que incluyen, pero no se limitan a un transportador de pesaje que pesa los residuos sólidos y los plásticos a medida que se combinan para formar la mezcla de residuos sólidos. Los plásticos dentro de la mezcla de residuos sólidos pueden incluir plásticos retirados de la corriente de residuos municipales durante la clasificación, plásticos obtenidos de fuentes externas y cualquier combinación de los mismos.

Trituración de la Mezcla de Residuos Sólidos

A continuación, la mezcla de residuos sólidos se puede triturar para reducir las partículas a un tamaño medio de partícula igual a o menor que otros trozos individuales dentro de la mezcla de residuos sólidos. Haciendo referencia nuevamente a la FIG. 1, el método puede incluir, además, opcionalmente, triturar la mezcla de residuos sólidos en la etapa 102. Se puede utilizar cualquier dispositivo de trituración conocido para triturar la mezcla de residuos sólidos sin limitación, que incluye, pero no se limita a una trituradora industrial de un solo eje, una trituradora industrial de dos ejes, una trituradora industrial de tres ejes, una trituradora industrial de cuatro ejes, un molino de martillos, un triturador, un granulador, una astilladora y cualquier otro dispositivo adecuado para reducir el tamaño de los trozos individuales dentro de la mezcla de residuos sólidos. Al triturar la mezcla de residuos sólidos, se reducen las dimensiones máximas y los diámetros máximos de los trozos individuales dentro de la mezcla de residuos sólidos, potenciando con ello la combinación de los componentes individuales de la mezcla de residuos sólidos durante las etapas posteriores del método 100, lo que da como resultado una composición más uniforme dentro de los bloques de combustible sólido producidos utilizando el método 100.

La mezcla de residuos sólidos triturada puede incluir una pluralidad de trozos con una dimensión máxima o un diámetro máximo de menos de aproximadamente 10,16 cm (4 pulgadas). La pluralidad de trozos puede tener una dimensión máxima o un diámetro máximo de menos de 8,89 cm (3,5 pulgadas), menos de 7,62 cm (3 pulgadas), menos de 6,35 cm (2,5 pulgadas), menos de 5,08 cm (2 pulgadas), menos de 3,81 cm (1.5 pulgadas) y menos de 2,54 cm (1 pulgada) y menos de 1,27 cm (0,5 pulgadas). La dimensión máxima puede ser inferior a aproximadamente 5,08 cm (2 pulgadas).

Calentamiento Inicial de la Mezcla de Residuos Sólidos

A continuación, el método incluye introducir la mezcla de residuos sólidos en un recipiente del proceso en la etapa 104. La mezcla de residuos sólidos puede introducirse en el recipiente del proceso utilizando cualquier dispositivo y método conocidos, sin limitación. La mezcla de residuos sólidos puede introducirse abriendo una trampilla de resellado u otra abertura del recipiente del proceso, insertando la mezcla de residuos sólidos y cerrando y/o volviendo a sellar la trampilla de resellado. El sistema puede incluir un dispositivo de carga que incluye, pero no se limita a una tolva para introducir la mezcla de residuos sólidos en el recipiente del proceso tal como se describe en esta memoria. El dispositivo de carga puede estar acoplado operativamente a un dispositivo de trituración o puede incorporar un dispositivo de trituración. El dispositivo de carga puede incluir un mezclador para combinar los trozos dentro de la mezcla de residuos sólidos antes de introducirlos en el recipiente del proceso.

Después de entrar en el recipiente del proceso, la mezcla de residuos sólidos se calienta a una temperatura de aproximadamente 100 °C en la etapa 106, tal como de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 110 °C. A esta temperatura, el agua y los compuestos orgánicos volátiles dentro de la mezcla de residuos sólidos que tienen un punto de ebullición igual o inferior al del agua se vaporizan. Los compuestos vaporizados incluyen, pero no se limitan a agua, disolventes orgánicos y otros compuestos pueden vaporizarse dentro de la mezcla de residuos sólidos, separando con ello la mezcla de residuos sólidos en un residuo sólido secado y compuestos vaporizados. Los compuestos vaporizados pueden comprender principalmente o consistir esencialmente en agua.

Sin desear estar ligado a la teoría, proceder directamente al procesamiento a alta temperatura sin secado a temperatura más baja hace que los plásticos mezclados en la mezcla de residuos sólidos se fundan, reduciendo con ello el espacio vacío dentro de la mezcla de residuos sólidos y atrapando agua y VOCs dentro de la mezcla de residuos sólidos. Además, algunos plásticos de bajo punto de fusión y plastificantes a temperaturas más altas pueden reaccionar con las aguas residuales, lo cual interferiría con la química en etapas posteriores del procedimiento. En su lugar, la mezcla de residuos sólidos se seca primero a temperaturas bajas (p. ej., entre aproximadamente 90 °C y aproximadamente 110 °C) para evaporar el agua y para calentar el contenido no acuoso. Una vez que el agua se evapora y se retira del recipiente del proceso, se aumenta la temperatura, lo que permite que los plásticos se fundan dentro de la mezcla de residuos sólidos secados de baja humedad.

La mezcla de residuos sólidos se puede mezclar opcionalmente a medida que se calienta en la etapa 106. Sin limitarse a teoría particular alguna, la mezcladura puede combinar los componentes individuales de la mezcla de residuos sólidos para formar una composición más consistente y también puede reducir huecos o bolsas de aire dentro de la mezcla de residuos sólidos. Además, la mezcla puede potenciar el intercambio de calor de las paredes calentadas del recipiente del proceso y la mezcla de residuos sólidos dentro del recipiente; la compresión y el cizallamiento impartidos a la mezcla de residuos sólidos por las paletas mezcladoras pueden potenciar adicionalmente el calentamiento. Además, la mezcladura puede facilitar la liberación de vapor y otros compuestos vaporizados de la mezcla de residuos sólidos calentada.

La mezcla de residuos sólidos puede mezclarse dentro del recipiente del proceso a una velocidad de mezcladura seleccionada para impartir un esfuerzo cortante a la mezcla de residuos sólidos, suficiente para descomponer mecánicamente trozos o pedazos de residuos sólidos en trozos o pedazos sucesivamente más pequeños. La velocidad de mezcladura también puede depender de uno o más de al menos varios factores adicionales que incluyen, pero no se limitan al tipo de mezclador o paleta mezcladora proporcionado dentro del recipiente del proceso y/o el tiempo de mezcladura.

El recipiente del proceso puede diseñarse para proporcionar una pared calentada para transferir calor a la mezcla de residuos sólidos a medida que se combina dentro del recipiente tal como se describe más adelante en esta memoria. La pared calentada se puede mantener a una temperatura esencialmente igual a una temperatura final de la mezcla de residuos sólidos. Temperaturas de este tipo son adecuadas para convertir la mezcla de residuos sólidos en una mezcla de combustible sólido. La al menos una pared calentada se puede mantener a una temperatura de al menos aproximadamente 30 °C o superior a la temperatura final deseada de la mezcla de residuos sólidos para acelerar el procedimiento de calentamiento.

Los compuestos vaporizados liberados por la mezcla de residuos sólidos durante el calentamiento en la etapa 106 pueden quedar retenidos dentro del espacio superior del recipiente del proceso para ser retirados en una etapa posterior que se describe más adelante en esta memoria. Los compuestos vaporizados liberados por la mezcla de residuos sólidos durante el calentamiento en la etapa 106 pueden eliminarse continuamente del recipiente del proceso.

Eliminación de Compuestos Vaporizados

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 1, el método puede incluir, además, eliminar cualquier compuesto vaporizado liberado por la mezcla de residuos sólidos calentada en la etapa 108. Los compuestos vaporizados pueden incluir vapor (es decir, vapor de agua) y/o uno o más de los compuestos vaporizados adicionales descritos en esta memoria. Los compuestos vaporizados pueden eliminarse aplicando un vacío dentro del volumen interior del recipiente del proceso después del calentamiento y la mezcladura opcional de la mezcla de residuos sólidos en la etapa 106. El vacío puede generarse mediante un sistema de vacío conectado al recipiente del proceso en una lumbrera de vacío, tal como se describe más adelante en esta memoria. Se puede introducir aire de barrido en el recipiente del proceso para facilitar el movimiento de los compuestos vaporizados fuera del recipiente.

El sistema de vacío puede eliminar continuamente cualesquiera compuestos vaporizados a lo largo de la duración del calentamiento y la mezcladura opcional realizada en la etapa 106. La presión de vacío mantenida dentro del recipiente del proceso puede evitar la combustión de cualesquiera materiales dentro de la mezcla de residuos sólidos y la pérdida de energía asociada a medida que se seca y se calienta. Sin limitarse a teoría particular alguna, la presión de vacío dentro del recipiente del proceso también puede reducir las temperaturas de vaporización del agua y otros compuestos vaporizados descritos arriba en esta memoria, disminuyendo con ello el tiempo necesario para eliminar cualesquiera compuestos vaporizados de la mezcla de residuos sólidos. Tal como se describe en esta memoria, se puede introducir aire de barrido en el recipiente del proceso para facilitar el movimiento de los compuestos vaporizados fuera del recipiente.

El sistema de vacío puede comprender un condensador. El condensador puede comprender una lumbrera superior, una lumbrera inferior debajo de la lumbrera superior, un cuenco de condensado debajo de la lumbrera inferior y un drenaje en el cuenco de condensado. Cuando está presente, el condensador está acoplado operativamente a la lumbrera de vacío del recipiente del proceso a través de la lumbrera superior del condensador, y el condensador está acoplado operativamente a la bomba de vacío a través de la lumbrera inferior del condensador. La bomba de vacío y el condensador eliminan rápidamente los compuestos vaporizados) durante el procesamiento para producir un condensado en el condensador, preparando con ello la composición de combustible para la pirólisis sin pirolizar el material.

La presión mantenida dentro del recipiente de procedimiento puede ser inferior a aproximadamente 6,67 kPa (50 torr), 6,00 kPa (45 torr), 5,33 kPa (40 torr), 4,67 kPa (35 torr), 4,00 kPa (30 torr), 3,33 kPa (25 torr), 2,67 kPa (20 torr), 2,00 kPa (15 torr), 1,33 kPa (10 torr) o 0,67 kPa (5 torr). La presión mantenida dentro del recipiente de procedimiento puede ser inferior a aproximadamente 4,67 kPa (35 torr). La presión mantenida dentro del recipiente de procedimiento puede ser inferior a aproximadamente 3,33 kPa (25 torr).

El intervalo de presiones mantenidas dentro del recipiente del proceso puede variar y variará. La presión está entre aproximadamente 0,67 kPa (5 torr) y aproximadamente 13,33 kPa (100 torr), tal como, por ejemplo, entre aproximadamente 0,69 kPa (5 torr) y 1,33 kPa (10 torr), entre aproximadamente 1,33 kPa (10 torr) y 2,00 kPa (15 torr), entre aproximadamente 2,00 kPa (15 torr) y 2,67 kPa (20 torr), entre aproximadamente 2,67 kPa (20 torr) y 3,33 kPa (25 torr), entre aproximadamente 3,33 kPa (25 torr) y 4,00 kPa (30 torr), entre aproximadamente 4,00 kPa (30 torr) y 4.67 kPa (35 torr), entre aproximadamente 4,67 kPa (35 torr) y 5,33 kPa (40 torr), entre aproximadamente 5,33 kPa (40 torr) y 6,00 kPa (45 torr), entre aproximadamente 6,00 kPa (45 torr) y 6,67 kPa (50 torr), entre aproximadamente 6.67 kPa (50 torr) y 7,33 kPa (55 torr), entre aproximadamente 7,33 kPa (55 torr) y 7,99 kPa (60 torr), entre aproximadamente 7,99 kPa (60 torr) y 8,66 kPa (65 torr), entre aproximadamente 8,66 kPa (65 torr) y 9,33 kPa (70 torr), entre aproximadamente 9,33 kPa (70 torr) y 9,99 kPa (75 torr), entre aproximadamente 9,99 kPa (75 torr) y 10,67 kPa (80 torr), entre aproximadamente 10,67 kPa (80 torr) y 11,33 kPa (85 torr), entre aproximadamente 11,33 kPa (85 torr) y 11,99 kPa (90 torr), entre aproximadamente 11,99 kPa (90 torr) y 12,67 kPa (95 torr) y entre aproximadamente 12.67 kPa (95 torr) y 13,33 kPa (100 torr).

La presión mantenida dentro del recipiente del proceso puede estar entre aproximadamente 5,33 kPa (40 torr) y aproximadamente 7,99 kPa (60 torr). Los compuestos vaporizados retirados del recipiente de procedimiento en la etapa 108 pueden incluir vapor (vapor de agua), así como uno o más de los compuestos vaporizados adicionales descritos en esta memoria. Los compuestos vaporizados pueden tratarse adicionalmente para producir aguas residuales recicladas tal como se ilustra en la FIG. 3.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método 300 de tratar adicionalmente de la mezcla de compuestos vaporizados retirados de la cámara del procedimiento. El método 300 incluye retirar los compuestos vaporizados liberados por la mezcla de residuos sólidos calentados en la etapa 302 y condensar los compuestos vaporizados para producir aguas residuales en la etapa 304. Las aguas residuales condensadas pueden incluir uno o más de los compuestos vaporizados adicionales que incluyen, pero no se limitan a cloro y diversos disolventes orgánicos, en una solución acuosa. Los compuestos vaporizados pueden tener una temperatura superior a aproximadamente 100 °C. Esta temperatura puede caer por encima de la temperatura operativa máxima de diversos dispositivos de tratamiento de agua incluidos en el sistema de vacío. A modo de ejemplo no limitativo, un filtro de membrana puede tener una temperatura máxima de funcionamiento de aproximadamente 85 °C y un filtro de carbono activado puede tener una temperatura máxima de funcionamiento de aproximadamente 35 °C.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 3, las aguas residuales condensadas se pueden enfriar en la etapa 306. Las aguas residuales condensadas se pueden almacenar en un tanque de aguas residuales expuesto a condiciones de temperatura atmosférica que varían de aproximadamente -40 °C (-40 °F) a aproximadamente 40 °C (100 °F) y se deja enfriar. El tanque de aguas residuales puede estar construido de un material con una conductividad térmica relativamente alta que incluye, pero no se limita a un material metálico. El tanque de almacenamiento de aguas residuales se puede construir de acero inoxidable. El tanque de aguas residuales puede incluir, además, un dispositivo para la circulación de agua, tal como un agitador o una bomba para hacer circular las aguas residuales dentro del tanque para potenciar la velocidad de enfriamiento. Las aguas residuales condensadas se pueden enfriar en la etapa 306 a una temperatura de menos de aproximadamente 85 °C antes de someter las aguas residuales condensadas a dispositivos de tratamiento de agua adicionales tal como se describe más adelante en esta memoria. El agua residual se puede enfriar en la etapa 306 a una temperatura de menos de aproximadamente 80 °C, menos de aproximadamente 75 °C, menos de aproximadamente 70 °C, menos de aproximadamente 65 °C, menos de aproximadamente 60 °C, menos de aproximadamente 55 °C, menos de aproximadamente 50 °C, menos de aproximadamente 45 °C, menos de aproximadamente 40 °C, menos de aproximadamente 35 °C, menos de aproximadamente 30 °C y menos de aproximadamente 25 °C.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 3, el método de tratar las aguas residuales condensadas puede incluir, además, filtrar las aguas residuales condensadas a través de un filtro de membrana en la etapa 308. Sin limitarse a teoría particular alguna, el filtro de membrana puede eliminar compuestos disueltos que incluyen, pero no se limitan a uno o más de los disolventes orgánicos arriba descritos en esta memoria. En la etapa 308 se puede utilizar cualquier filtro de membrana conocido que incluye, pero no se limita a un filtro de membrana de poliéter sulfona asimétrico, un filtro de membrana de Nylon™ (poliamida) y un filtro de membrana de Teflon™ (politetrafluoroetileno, PTFE). Las aguas residuales se pueden enfriar a una temperatura de menos de aproximadamente 85 °C antes de someterse a filtración por membrana en la etapa 308. Las aguas residuales se pueden enfriar antes de la etapa 308 a una temperatura de menos de aproximadamente 80 °C, menos de aproximadamente 75 °C, menos de aproximadamente 70 °C, menos de aproximadamente 65 °C, menos de aproximadamente 60 °C, menos de aproximadamente 55 °C, menos de aproximadamente 50 °C, menos de aproximadamente 45 °C, menos de aproximadamente 40 °C, menos de aproximadamente 35 °C, menos de aproximadamente 30 °C y menos de aproximadamente 25 °C.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 3, el método de tratar las aguas residuales condensadas puede incluir, además, someter las aguas residuales a un tratamiento con ozono en la etapa 310. Sin limitarse a teoría particular alguna, el tratamiento con ozono puede destruir bacterias dentro de las aguas residuales, volviendo estériles las aguas residuales. Debido a que la solubilidad del ozono en agua se potencia a temperaturas más frías del agua, el agua se puede enfriar adicionalmente antes de la etapa 310. El agua se puede filtrar a través del filtro de membrana en la etapa 308 antes del tratamiento con ozono en la etapa 310, proporcionando con ello un tiempo adicional para que se enfríen las aguas residuales. Las aguas residuales sometidas al tratamiento con ozono en la etapa 310 se pueden enfriar a una temperatura de menos de aproximadamente 40 °C. Las aguas residuales se pueden enfriar antes de la etapa 308 a una temperatura de menos de aproximadamente 35 °C, menos de aproximadamente 30 °C, menos de aproximadamente 25 °C y menos de aproximadamente 20 °C.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 3, las aguas residuales se pueden filtrar utilizando un filtro de carbono activado en la etapa 312. Sin estar limitado a teoría particular alguna, el filtro de carbono activado puede eliminar cloro gaseoso, sedimentos, compuestos orgánicos volátiles (VOCs), compuestos orgánicos clorados, sabor y olor de las aguas residuales. Además, el proceso de adsorción mediante el cual el carbono activado elimina los contaminantes de las aguas residuales puede mejorarse a temperaturas del agua relativamente bajas. El agua puede filtrarse a través del filtro de membrana en la etapa 308 y someterse al tratamiento con ozono en la etapa 310 antes de la filtración con carbono activado en la etapa 312, proporcionando con ello tiempo adicional para que se enfríen las aguas residuales. Las aguas residuales se pueden enfriar a una temperatura de menos de aproximadamente 40 °C antes de la filtración a través del filtro de carbono activado en la etapa 312. Las aguas residuales se pueden enfriar antes de la etapa 312 a una temperatura de menos de aproximadamente 35 °C, menos de aproximadamente 30 °C, menos de aproximadamente 25 °C y menos de aproximadamente 20 °C.

Las aguas residuales tratadas en las etapas 308, 310 y 312 pueden descargarse como aguas residuales o pueden almacenarse para su uso posterior en la etapa 314. Ejemplos no limitantes de usos posteriores adecuados para las aguas residuales tratadas incluyen el control del polvo y el riego de cultivos no alimentarios tales como cultivos energéticos.

Calentar y Combinar la Mezcla de Residuos Sólidos Secos

La mezcla de residuos sólidos secada que queda en el recipiente del proceso después de eliminar los compuestos vaporizados en la etapa 108 se puede calentar adicionalmente y mezclar hasta una temperatura final de al menos aproximadamente 160 °C en la etapa 109. La temperatura final debe ser suficientemente alta para fundir material plástico dentro de la mezcla de residuos sólidos secados. Sin limitarse a teoría particular alguna, la mezcladura del plástico fundido con los otros materiales de la mezcla de residuos sólidos puede unirse y reducir la porosidad de la composición de combustible sólido resultante. Los plásticos fundidos aumentan la densidad, aumentan el contenido de energía, potencian la resistencia a los residuos y mejoran el procesamiento aguas abajo de la composición de combustible sólido resultante.

La temperatura final de la mezcla sólida secada puede depender de uno cualquiera o más de al menos varios factores que incluyen, pero no se limitan a la composición de la mezcla de residuos sólidos. Si la mezcla de residuos sólidos incluye cualquier plástico que contenga cloro, la temperatura final puede elevarse a una temperatura suficiente para liberar el cloro de la mezcla de residuos sólidos, tal como se describe en esta memoria. La temperatura de fusión más alta de una mezcla de plásticos incluida en la mezcla de residuos sólidos puede determinar la temperatura final, para garantizar que todos los plásticos de la mezcla de residuos sólidos se fundan.

La FIG. 2 es un gráfico que ilustra esquemáticamente el perfil de temperaturas de una mezcla de residuos sólidos dentro del recipiente del proceso después de la introducción en el recipiente en un tiempo inicial t = 0. En un primer intervalo de temperaturas 202, la mezcla de residuos sólidos se calienta desde una temperatura inicial correspondiente a la temperatura ambiente a una temperatura de aproximadamente 100 °C. A medida que la temperatura de los residuos sólidos aumenta hasta y más allá de aproximadamente 100 °C, la humedad y otros compuestos volátiles dentro de la mezcla de residuos sólidos pueden vaporizarse y liberarse en forma de una mezcla de compuestos vaporizados, separando con ello la mezcla de residuos sólidos en los compuestos vaporizados y mezcla de residuos sólidos secado. Por ejemplo, y a modo de observación, a una temperatura superior a aproximadamente 190 °C, se liberan compuestos orgánicos clorados y cloro gaseoso de la mezcla de residuos sólidos.

La mezcladura de la mezcla de residuos sólidos potencia la liberación del vapor al reponer la superficie exterior desde la que se puede liberar el vapor, así como al comprimir la mezcla de residuos sólidos para exprimir cualquier vacío o burbujas de vapor formadas dentro de la mezcla de residuos sólidos. Además de la liberación de vapor y otros compuestos vaporizados, la mezcla de residuos sólidos también puede esterilizarse dentro del segundo intervalo de temperaturas 204.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 2, a medida que la temperatura aumenta más allá de aproximadamente 200 °C, se pueden descomponer diversos compuestos orgánicos dentro de la mezcla de residuos sólidos. Dentro del tercer intervalo de temperaturas de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 240 °C, se pueden liberar diversos compuestos volátiles de cualquier plástico incluido dentro de la mezcla de residuos sólidos y liberarlos en forma de compuestos vaporizados adicionales, además de cualquier vapor que pueda continuar siendo liberado. Los plásticos con contenido en cloro pueden liberar cloro, incluyendo, pero no limitado a los plásticos de poli(cloruro de vinilo) (PVC). Se pueden liberar diversos disolventes orgánicos de la mezcla de residuos sólidos calentada.

Ejemplos no limitantes de otros compuestos vaporizados adicionales que pueden liberarse durante el calentamiento de la mezcla de residuos sólidos incluyen acetona, benceno, disulfuro de carbono, clorometano, acetato de etilo, 2-hexanona, metil etil cetona, estireno, alcohol butílico, THF, tolueno, alcohol bencílico, bis(2-cloroetoxi)metano, ftalato de dietilo, ftalato de dimetilo, difenhidrazina, ftalato de bis(2-etilhexilo), isoforona, metifenol, nitrobenceno, nitrofenol, nitroso di-n-propilamina, o-toluidina, ácido hexanodioico, éster bis(2-etilhexílico), tetracosahexano y furanmetanol.

A medida que la temperatura aumenta por encima de aproximadamente 240 °C en el cuarto intervalo de temperaturas 208, el material plástico dentro de la mezcla de residuos sólidos debe fundirse y mezclarse con los otros constituyentes de la mezcla de residuos sólidos. La temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos puede oscilar entre aproximadamente 160 °C y aproximadamente 260 °C. La temperatura máxima puede ser aproximadamente 160 °C, aproximadamente 170 °C, aproximadamente 180 °C, aproximadamente 190 °C, aproximadamente 200 °C, aproximadamente 210 °C, aproximadamente 220 °C, aproximadamente 230 °C, aproximadamente 240 °C, aproximadamente 245 °C, aproximadamente 250 °C, aproximadamente 255 °C y aproximadamente 260 °C. La temperatura máxima puede ser aproximadamente 190 °C. La temperatura máxima puede ser aproximadamente 260 °C tal como se ilustra en la FIG. 2. La temperatura máxima y las condiciones de procesamiento deben controlarse de manera que la mezcla de residuos sólidos no se pirolice.

Las una o más paredes calentadas se pueden mantener a una temperatura correspondiente a la temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos. Las una o más paredes calentadas se pueden mantener a una temperatura superior a la temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos. Manteniendo la una o más paredes calentadas a una temperatura más alta, la mezcla de residuos sólidos se puede calentar hasta la temperatura máxima en un tiempo más corto.

La una o más paredes calentadas se pueden mantener a una temperatura que puede ser aproximadamente 30 °C más alta que la temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos. La una o más paredes calentadas se pueden mantener a una temperatura que puede ser aproximadamente 30 °C más alta, aproximadamente 40 °C más alta, aproximadamente 50 °C más alta, aproximadamente 60 °C más alta, aproximadamente 70 °C más alta, aproximadamente 80 °C más alta, aproximadamente 90 °C más alta, aproximadamente 100 °C más alta, aproximadamente 120 °C más alta, aproximadamente 140 °C más alta, aproximadamente 160 °C más alta, aproximadamente 180 °C más alta y aproximadamente 200 °C más alta que la temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos antes de la extrusión. La temperatura máxima y las condiciones de procesamiento deben controlarse de manera que la mezcla de residuos sólidos no se pirolice.

La mezcla de residuos sólidos se puede calentar dentro del recipiente del proceso durante un período que varía de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 120 minutos para permitir un tiempo suficiente para que la mezcla de residuos sólidos se homogeneice y para que los plásticos mixtos se fundan. La duración del calentamiento puede depender de cualquiera de uno o más de al menos varios factores que incluyen, pero no se limitan a la mezcla de residuos sólidos introducida en el recipiente del proceso, la temperatura de una o más paredes calentadas, los calores específicos de los diversos constituyentes de la mezcla de residuos sólidos y la velocidad de mezcladura. La mezcla de residuos sólidos se puede calentar durante un tiempo que varía de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 25 minutos, de aproximadamente 20 minutos a aproximadamente 30 minutos, de aproximadamente 25 minutos a aproximadamente 35 minutos, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 40 minutos, de aproximadamente 35 minutos a aproximadamente 45, de aproximadamente 40 minutos a aproximadamente 50 minutos, de aproximadamente 45 minutos a aproximadamente 55 minutos, de aproximadamente 50 minutos a aproximadamente 60 minutos, de aproximadamente 55 minutos a aproximadamente 65 minutos, de aproximadamente 60 minutos a aproximadamente 90 minutos, de aproximadamente 75 minutos a aproximadamente 105 minutos y de aproximadamente 90 minutos a aproximadamente 120 minutos. La mezcla de residuos sólidos se puede calentar dentro del recipiente del proceso durante aproximadamente 30 minutos. La mezcla de residuos sólidos se puede calentar dentro del recipiente del proceso durante un tiempo de aproximadamente 60 minutos.

La duración de la mezcladura y el calentamiento realizados en la mezcla de residuos sólidos en la etapa 109 puede determinarse mediante uno cualquiera o más de al menos varios métodos. El recipiente del proceso puede incluir un visor, a través del cual un operario del sistema puede controlar visualmente la mezcla de residuos sólidos a medida que se calienta y se combina dentro del recipiente del proceso. El operario del sistema puede desactivar manualmente el mezclador cuando el operario observa que la mezcla de residuos sólidos se ha convertido en la composición de combustible sólido. A modo de ejemplo no limitativo, el operario puede desactivar manualmente el mezclador cuando se observe que los plásticos dentro de la mezcla de residuos sólidos se funden y se mezclan con los otros constituyentes de la mezcla de residuos sólidos.

El método puede incluir vigilar la temperatura de la mezcla de residuos sólidos a medida que se calienta y se combina en la etapa 109. La temperatura puede vigilarse utilizando un sensor de temperatura incluido en el recipiente del proceso tal como se describe en esta memoria. La temperatura controlada de la mezcla de residuos sólidos puede mostrarse a un operario del sistema y utilizarse para determinar la duración del calentamiento y la mezcladura en la etapa 109. A modo de ejemplo no limitativo, el operario del sistema puede desactivar el mezclador cuando la temperatura mostrada de la mezcla de residuos sólidos dentro del recipiente del proceso exceda de la temperatura máxima arriba descrita en esta memoria. La temperatura medida de la mezcla de residuos sólidos se puede comunicar a un sistema de control automatizado. El sistema de control automatizado puede desactivar el mezclador cuando la temperatura medida de la mezcla de residuos sólidos exceda de la temperatura máxima descrita previamente en esta memoria.

El recipiente del proceso puede incluir un único volumen interior dentro del cual se llevan a cabo las etapas de calentamiento y mezcladura 106 y 109. El recipiente del proceso puede incluir una pared interior que divide el volumen interior en una cámara de secado y una cámara de mezcladura. El calentamiento de la mezcla de residuos sólidos en la etapa 106 puede tener lugar dentro de la cámara de secado, seguido de la eliminación de los compuestos vaporizados en la etapa 108 dentro de la misma cámara de secado. Además, la mezcla sólida secada que queda en la cámara de secado después de la etapa 108 puede transferirse a la cámara de mezcladura a través de una abertura de transferencia contenida dentro de la pared interior. Opcionalmente, la cámara de mezcladura puede incluir también un accesorio de fijación de vacío para permitir la aplicación de un vacío del conjunto de vacío para aplicar periódicamente un vacío a la cámara de mezcladura o para mantener un vacío dentro de la cámara de mezcladura para eliminar cualesquiera compuestos vaporizados adicionales liberados durante el calentamiento de la mezcla de residuos sólidos secados.

Extrusión de la Mezcla de Residuos Sólidos Calentada

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 1, después de calentar y combinar la mezcla de residuos sólidos secados en la etapa 109 y, opcionalmente, eliminar cualquier vapor residual y otros compuestos vaporizados liberados durante el calentamiento a la temperatura final, la mezcla de residuos sólidos secados puede haberse transformado en una mezcla de residuos sólidos calentada constituida por un material viscoso relativamente uniforme, en el que los plásticos fundidos se distribuyen por todo el material. La mezcla de residuos sólidos calentada puede extrudirse del recipiente del proceso en la etapa 110.

El residuo sólido calentado puede extrudirse del recipiente del proceso utilizando cualquier método de extrusión conocido en la técnica sin limitación. El recipiente del proceso puede estar provisto de una salida de la extrusora tal como se describe más adelante en esta memoria. La salida de la extrusora puede incluir un perfil en sección transversal con una diversidad de formas y dimensiones. El perfil de la sección transversal de la salida de la extrusora se puede seleccionar para producir una composición de combustible sólido con una forma que facilite la manipulación, el transporte, el almacenamiento y/o el uso posterior. Ejemplos no limitantes de formas adecuadas de perfiles en sección transversal incluyen formas circulares, triangulares, cuadradas o cualquier otra forma poligonal cerrada.

La dimensión máxima del perfil en sección transversal de la salida de la extrusora puede variar desde aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada) hasta aproximadamente 30,48 cm (12 pulgadas) o más. La dimensión máxima puede variar de aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada) a aproximadamente 7,62 cm (3 pulgadas), de aproximadamente 5,08 cm (2 pulgadas) a aproximadamente 10,16 cm (4 pulgadas), de aproximadamente 7,62 cm (3 pulgadas) a aproximadamente 12,7 cm (5 pulgadas), de aproximadamente 10,16 cm (4 pulgadas) a aproximadamente 15,24 cm (6 pulgadas), de aproximadamente 12,7 cm (5 pulgadas) a aproximadamente 17,78 cm (7 pulgadas), de aproximadamente 15,24 cm (6 pulgadas) a aproximadamente 20,32 cm (8 pulgadas), de aproximadamente 17,78 cm (7 pulgadas) a aproximadamente 22,86 cm (9 pulgadas), de aproximadamente 20,32 cm (8 pulgadas) a aproximadamente 25,4 cm (10 pulgadas), de aproximadamente 22,86 cm (9 pulgadas) a aproximadamente 27,94 cm (11 pulgadas) y de aproximadamente 25,4 cm (10 pulgadas) a aproximadamente 30,48 cm (12 pulgadas). El perfil en sección transversal de la salida de la extrusora puede tener una forma cuadrada con una dimensión máxima de 5,08 cm (2 pulgadas).

El recipiente del proceso puede estar provisto de cualquier dispositivo conocido para comprimir la mezcla de residuos sólidos calentada a través de la salida de la extrusora, sin limitación. El recipiente del proceso puede estar provisto de un mezclador que incluye un transportador de tornillo sin fin que puede hacerse funcionar en una dirección durante la fase de mezcladura y puede hacerse funcionar en una dirección inversa para extrudir la mezcla de residuos sólidos calentada. El recipiente del proceso puede incluir un transportador de tornillo sin fin dentro de un canal parcialmente encerrado dentro de una parte inferior de la pared del recipiente. El transportador de tornillo sin fin puede activarse para iniciar la extrusión de la mezcla de residuos sólidos calentada en la etapa 110.

La mezcla de residuos sólidos calentada puede enfriarse a medida que se extrude a temperaturas más frías fuera del recipiente del proceso. La salida de la extrusora se puede calentar para mantener la temperatura de la mezcla de residuos sólidos calentada a una temperatura de extrusión. Sin limitarse a teoría particular alguna, la temperatura de extrusión puede seleccionarse para mantener una viscosidad dentro de la mezcla de residuos sólidos calentada compatible con la extrusión utilizando los elementos de extrusión proporcionados en el recipiente del proceso. La salida de la extrusora se puede calentar utilizando cualquier método de calentamiento conocido que incluye, pero no se limita a un calentador resistivo eléctrico, una camisa calentada, un calentador inductivo y cualquier otro método de calentamiento adecuado conocido.

La mezcla de residuos sólidos calentada puede emerger de la salida de la extrusora a una temperatura por debajo de la temperatura máxima de la mezcla de residuos sólidos calentada dentro del recipiente del proceso. La temperatura de la mezcla de residuos sólidos extrudida puede variar de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 260 °C. La temperatura de la mezcla de residuos sólidos extrudidos puede variar de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 140 °C, de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 160 °C, de aproximadamente 140 °C a aproximadamente 180 °C, de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 200 °C, de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 220 °C, de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 240 °C y de aproximadamente 220 °C a aproximadamente 260 °C.

La temperatura de la mezcla de residuos sólidos extrudida puede ser de aproximadamente 200 °C. La mezcla de residuos sólidos extrudida puede estar por debajo de aproximadamente 200 °C. Aunque se han utilizado temperaturas más altas, se ha observado que se produce la pirólisis de la mezcla de residuos sólidos extrudida a temperaturas de extrusión superiores a 200 °C.

La mezcla de residuos sólidos extrudida puede opcionalmente cortarse en trozos a medida que se extrude. Se puede utilizar cualquier dispositivo conocido para cortar materiales extrudidos para cortar la mezcla de residuos sólidos extrudida, que incluyen, pero no se limitan a cortadores láser, sierras, cortadores de chorro de agua y cualquier otro dispositivo de corte adecuado. La mezcla de residuos extrudida se puede enfriar ligeramente para endurecer el material antes del corte. La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede cortar en trozos de menos de aproximadamente dos pies (60,96 cm) de largo.

La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede enfriar en condiciones de temperatura ambiente fuera del recipiente del proceso. La velocidad de enfriamiento de la mezcla de residuos sólidos extrudida puede acelerarse utilizando uno o más dispositivos o métodos de enfriamiento. La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede enfriar utilizando uno o más dispositivos para potenciar la transferencia de calor lejos de la mezcla de residuos extrudida, que incluyen, pero no se limita a ventiladores de aire, ventiladores de nebulización, tanques de enfriamiento de agua, superficies enfriadas, cámaras refrigeradas y cualquier otro dispositivo de enfriamiento de material conocido. Se puede utilizar un transportador, tal como un transportador enfriado por agua, para permitir que los residuos sólidos extrudidos se enfríen para formar una composición de combustible sólido.

La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede enfriar rápidamente; es decir, se enfría más rápido que dejar la mezcla en condiciones ambientales. Hacerlo así puede fomentar la solidificación y la estabilidad al almacenamiento. El tiempo necesario para enfriar los residuos sólidos extrudidos puede variar y variará. El tiempo para que la mezcla de residuos sólidos extrudida se enfríe puede ser de aproximadamente 15 minutos, aproximadamente 14 minutos, aproximadamente 13 minutos, aproximadamente 12 minutos, aproximadamente 11 minutos, aproximadamente 10 minutos, aproximadamente 9 minutos, aproximadamente 8 minutos, aproximadamente 7 minutos, aproximadamente 6 minutos, aproximadamente 5 minutos, aproximadamente 4 minutos, aproximadamente 3 minutos, aproximadamente 2 minutos, aproximadamente 1 minuto, aproximadamente 30 segundos o aproximadamente 15 segundos. La mezcla de residuos sólidos extrudida puede enfriarse en menos de 10 minutos. La mezcla de residuos sólidos extruidos puede enfriarse en menos de 5 minutos. La mezcla de residuos sólidos extruidos puede enfriarse en menos de 1 minuto.

La mezcla de residuos sólidos se puede transformar en trozos utilizando un método diferente a la extrusión. Se puede utilizar cualquier método conocido para formar un material viscoso en una forma deseada para formar los trozos, que incluye, pero no se limita a moldeo por compresión. A modo de ejemplo no limitativo, la mezcla de residuos sólidos calentada puede retirarse del recipiente del proceso y dividirse en una pluralidad de moldes y comprimirse en una forma deseada. La forma deseada puede ser similar a la forma de los trozos formados utilizando un método de extrusión tal como se describe arriba en esta memoria. La forma deseada puede ser una varilla con una sección transversal máxima de aproximadamente dos pulgadas (5,08 cm) y una longitud de varilla de aproximadamente 2 pies (60,96 cm). El perfil de sección transversal de la forma deseada puede ser un círculo, un cuadrado o cualquier otro perfil en sección transversal adecuado.

La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede enfriar para formar la composición de combustible sólido. La composición de combustible sólido resultante es estéril, hidrofóbica, químicamente estable y/o no biodegradable. "Estéril" se refiere a que la composición de combustible sólido está sustancialmente libre de microorganismos vivos, tales como bacterias, hongos y virus, después de producirse. "Estable" o "químicamente estable" se refiere a la composición de combustible sólido que no cambia sustancialmente sus propiedades químicas o físicas o estructura tras un contacto prolongado con agua, oxígeno o condiciones del entorno, especialmente en condiciones de almacenamiento ordinarias. La composición de combustible sólido es "estable" hasta que se quema, se piroliza o se emplea como material de alimentación en un procedimiento similar. "No biodegradable" se refiere a la composición de combustible sólido que no se degrada ni se deposita bajo la acción biológica ordinaria, tal como la putrefacción o el compostaje. Como resultado, la composición de combustible sólido puede almacenarse durante períodos prolongados en una amplia gama de condiciones de almacenamiento, utilizarse como material de alimentación para una instalación de conversión de residuos en energía, transportarse a una instalación de aprovechamiento energético de residuos remota y/o utilizarse para proporcionar energía para el recipiente del proceso y dispositivos asociados.

Los trozos piezas de la composición de combustible sólido se pueden triturar opcionalmente en trozos más pequeños adecuados para su uso como material de alimentación en un reactor de pirólisis. El tamaño de partícula de los trozos más pequeños puede variar dependiendo del reactor de pirólisis particular para el cual la composición de combustible sólido puede utilizarse como material de alimentación. El tamaño de partícula de los trozos más pequeños puede variar en tamaño de partícula de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 10 mm. Los trozos más pequeños pueden tener un tamaño máximo de partícula de aproximadamente 3 mm. Los trozos molidos de la composición de combustible sólido se pueden transformar en un material de construcción extrudiendo la composición de combustible sólido en un perfil de madera utilizando equipos y métodos conocidos.

II. Sistema para Formar una Composición de Combustible Sólido

Se proporciona un sistema para producir una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos. La FIG. 7 es un esquema generalizado de un sistema para procesar residuos sólidos mixtos tal como se describe en esta memoria. El sistema 700 comprende un recipiente del proceso 710, un calentador 720, un condensador 730, una bomba de vacío 740, un panel de control 750, un transportador 760 y uno o más dispositivos de tratamiento de agua 770 opcionales. El recipiente del proceso 710 comprende un mezclador 712 dentro del volumen interior del recipiente del proceso 710 y conectado operativamente al recipiente del proceso 710. El recipiente del proceso 710 también tiene un elemento de extrusión 716 que pasa a través de una primera abertura en el recipiente del proceso 710, y una lumbrera de vacío 714 que pasa a través de una segunda abertura en el recipiente del proceso 710. El calentador 720 está conectado operativamente al recipiente del proceso 710 para calentar el volumen interior del recipiente del proceso 710, por ejemplo, calentando una o más paredes del recipiente del proceso 710.

El condensador 730 comprende una lumbrera superior 734 y una lumbrera inferior 736. El condensador está acoplado operativamente a la lumbrera de vacío 714 del recipiente del proceso 710 a través de la lumbrera superior 734 del condensador 730. La bomba de vacío 740 está operativamente acoplada al condensador 730 a través de la lumbrera inferior 736 del condensador 730. El panel de control 750 está conectado operativamente al mezclador 712, el calentador 720, la bomba de vacío 740 y uno o más sensores opcionales dentro del sistema 700. El transportador 760, actuando como una unidad de enfriamiento, está operativamente conectado a la lumbrera de extrusión 716 del recipiente del proceso 710 para recibir material extrudido. Se pueden encontrar más detalles en las sub-partes descritas en esta memoria. Los filtros opcionales 770 pueden conectarse operativamente al condensador 730 para tratar el condensado formado en el condensador 730 durante el funcionamiento del sistema 700.

La FIG. 4 es un diagrama de bloques que ilustra los elementos del sistema 400. El sistema 400 puede incluir un recipiente del proceso 401 conectado operativamente a un calentador 405 y un sistema de vacío 403. El recipiente del proceso puede incluir un mezclador 408 para combinar la mezcla de residuos sólidos a medida que es calentada por el calentador 405. Además, el sistema de vacío 403 mantiene una atmósfera relativamente libre de oxígeno dentro del recipiente del proceso 401 y adicionalmente elimina el vapor de agua y otros compuestos vaporizados a medida que son liberados de la mezcla de residuos sólidos calentada dentro del recipiente del proceso 401. El sistema proporciona los dispositivos y elementos adecuados para llevar a cabo el procedimiento de formar una composición de combustible sólido tal como se describe en esta memoria.

Recipiente del proceso

Haciendo referencia a la FIG. 4, el sistema 400 puede incluir un recipiente del proceso 401. El recipiente del proceso 401 comprende una o más paredes calentadas mantenidas a una temperatura de pared, un mezclador 408 en el volumen interior del recipiente del proceso y conectado operativamente al recipiente del proceso 401, un elemento de extrusión que pasa a través de una primera abertura en el recipiente del proceso 401, y una lumbrera de vacío que pasa a través de una segunda abertura en el recipiente del proceso. El recipiente del proceso 401 encierra un volumen interior 406 que contiene un mezclador 408. La mezcla de residuos sólidos puede introducirse en el volumen interior 406 y agitarse utilizando el mezclador 408 y puede calentarse utilizando el calentador 405 acoplado operativamente al recipiente 401. La presión dentro del volumen interior 406 puede mantenerse a una presión de vacío por debajo de aproximadamente 50 torr (6,67 kPa) utilizando el sistema de vacío acoplado operativamente al recipiente 401 a través de la lumbrera de vacío. El recipiente del proceso 401 puede construirse de cualquier material conocido con resistencia, no reactividad y/o resistencia al calor adecuadas hasta al menos una temperatura máxima de aproximadamente 300 °C. El material del recipiente 401 puede tener una alta conductividad térmica para facilitar el calentamiento del volumen interior por el calentador 405. El material del recipiente del proceso 401 puede ser compatible con métodos de calentamiento particulares, que incluyen, pero no se limitan a calentamiento por conducción y calentamiento inductivo. El recipiente del proceso 401 puede estar construido de un metal que incluye, pero no se limita a acero inoxidable.

El recipiente del proceso 401 puede variar en el tamaño global dependiendo de uno cualquiera o más de al menos varios factores, que incluyen, pero no se limitan a la mezcla de residuos sólidos a combinar dentro del recipiente 401, el tipo de mezclador 408 incluido dentro del recipiente 401 y/o la huella deseada del recipiente 401 en la instalación de aprovechamiento energético de residuos u otro sitio en el que se ha de hacer funcionar el sistema 400.

El recipiente del proceso 401 puede proporcionarse como un recipiente esencialmente rectangular. La longitud del recipiente del proceso 401 puede variar de aproximadamente 1,5 m (5 pies) a aproximadamente 6,1 m (20 pies). La altura y la anchura del recipiente del proceso 401 pueden variar cada una de aproximadamente 1,5 (5 pies) a aproximadamente 3,05 m (10 pies). El recipiente del proceso 401 puede tener una longitud de aproximadamente 3,05 m (10 pies), una anchura de aproximadamente 2,1 m (7 pies) y una altura de aproximadamente 2,1 m (7 pies).

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el recipiente del proceso 401 puede incluir, además, una o más aberturas, lumbreras y/o trampillas para proporcionar acceso al/desde el volumen interior 406 del recipiente 401 y/o para proporcionar un acoplamiento operativo de uno o más dispositivos asociados con el sistema que incluyen, pero no se limitan al sistema de vacío. Ejemplos no limitantes de una o más aberturas incluyen una lumbrera de escape 420, una salida de extrusión 434 y una entrada 444. Las una o más aberturas del recipiente se describen con más detalle más adelante.

Abertura de Resellado/Tolva Opcional

La mezcla de residuos sólidos puede introducirse en el volumen interior 406 del recipiente del proceso 401 para iniciar el método de formar la composición de combustible sólido tal como se describe arriba en esta memoria. La mezcla de residuos sólidos puede introducirse en el volumen interior 406 a través de una abertura de resellado que incluye una trampilla, una puerta, una lumbrera o cualquier otra abertura de resellado adecuada formada en la pared del recipiente. La abertura de resellado puede abrirse para insertar la mezcla de residuos sólidos en el recipiente 401 y, posteriormente, antes de iniciar el calentamiento y la mezcladura dentro del recipiente del proceso 401. La abertura de resellado puede estar provista de sellos, juntas y/o cualquier otra característica para formar un sello hermético cuando la abertura de resellado está cerrada.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el sistema 400 puede incluir opcionalmente una tolva 402 acoplada operativamente al recipiente del proceso 401 para recoger e introducir la mezcla de residuos sólidos 404 en el volumen interior 406 del recipiente 401. La tolva 402 se puede acoplar al volumen interior 406 a través de una entrada 444 de residuos sólidos proporcionada dentro de una pared del recipiente. La entrada 444 de residuos sólidos puede ser una puerta de resellado configurada para abrir y vaciar la mezcla de residuos sólidos 404 de la tolva 402 en el volumen interior 406. La puerta de resellado puede cerrarse y formar un sello una vez que la mezcla de residuos sólidos se transfiere desde la tolva 402 al volumen interior 406. Estas configuraciones son adecuadas para el procesamiento discontinuo, el procesamiento continuo o el procesamiento semicontinuo.

Se puede seleccionar cualquier diseño de tolva conocido en la técnica como la tolva 402 incluida en el sistema 400. La tolva 402 puede incluir, además, una trituradora (no mostrada) para triturar la mezcla de residuos sólidos en trozos adecuados para mezclar y calentar dentro del recipiente del proceso 401 como se describe en esta memoria. En particular, los residuos sólidos se pueden calentar y mezclar dentro del recipiente del proceso 401 a presión reducida. Al recipiente 401 se puede acoplar operativamente una trituradora a través de la entrada 444 de residuos sólidos. La lumbrera de salida de la trituradora puede alimentar la mezcla de residuos sólidos en el volumen interior 406. Cualquier diseño de trituradora conocido puede ser adecuado para su inclusión en el sistema 400, que incluye, pero no se limita a una trituradora rotativa de un solo eje, una trituradora rotativa de doble eje, un granulador y una trituradora de molino de martillos.

Mezclador

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el recipiente del proceso 401 puede incluir, además, un mezclador 408 para combinar la mezcla de residuos sólidos dentro del volumen interior 406. Cualquier diseño de mezclador conocido puede incluirse en el recipiente del proceso, sin limitación. El mezclador 408 puede seleccionarse basándose en uno cualquiera o más de al menos varios factores que incluyen, pero no se limitan a la capacidad para agitar la mezcla de residuos sólidos relativamente densa y viscosa; la capacidad de impartir fuerzas de cizallamiento a la mezcla de residuos sólidos; y requisitos de energía para accionar el mezclador. El mezclador 408 puede incluir al menos una pala mezcladora 446.

Las una o más palas mezcladoras 446 pueden estar orientadas dentro del volumen interior 406 de manera que el eje de rotación de una o más palas mezcladoras 446 esté alineado a lo largo de la longitud del recipiente 401. Puede seleccionarse cualquier diseño de pala mezcladora adecuada para su inclusión en el sistema, que incluye, pero no se limita a un transportador de tornillo y una cuchilla naben.

El recipiente del proceso 401A puede incluir dos palas mezcladoras dobles 502/504. Las palas mezcladoras dobles 502/504 pueden girar en sentido contrario para potenciar la mezcladura de la mezcla de residuos sólidos dentro del volumen interior 406. A modo de ejemplo no limitativo, la primera pala mezcladora 502 puede girar en el sentido de las agujas del reloj y la segunda pala mezcladora 504 puede girar en sentido contrario a las agujas del reloj. En el ejemplo, las palas mezcladoras que giran en sentido contrario 502/504 pueden llevar la mezcla de residuos sólidos desde la parte inferior del volumen interior 406 a la parte superior y, adicionalmente, forzarían la mezcla de residuos sólidos desde la parte superior del volumen interior hacia abajo entre las palas mezcladoras 502/504. Las palas mezcladoras dobles 502/504 pueden estar espaciadas lateralmente en estrecha proximidad para permitir la trituración de la mezcla de residuos sólidos entre las palas mezcladoras 502/504. Las palas mezcladoras dobles 502/504 pueden proporcionar un pequeño intervalo a través del cual las partículas duras tales como trozos de cerámica o metal pueden pasar sin atascarse entre las palas mezcladoras 502/504.

Recipiente del Proceso de Doble Cámara

El volumen interior 406 del recipiente del proceso 401 puede subdividirse en cámaras de secado y mezcladura separadas. La FIG. 6 es una vista en sección transversal de un recipiente del proceso 401B que incluye una pared interior 702 que subdivide el volumen interior en una cámara de secado 704 y una cámara de mezcladura 706. Ambas cámaras 704/706 pueden estar rodeadas por una camisa caldeada para calentar los contenidos tanto de la cámara de secado 704 como de la cámara de mezcladura 706. La pared interior 702 puede contener, además, una puerta de resellado 708 que puede abrirse para transferir el contenido de la cámara de secado 704 a la cámara de mezcladura 706.

El recipiente del proceso de doble cámara 401B puede incluir, además, un mezclador 408 situado dentro de la cámara de mezcladura 706. Un segundo mezclador 408A (no mostrado) puede estar situado dentro de la cámara de secado 704. El recipiente del proceso de doble cámara 401B puede incluir, además, una salida 434 de la extrusora para proporcionar un conducto a través del cual la mezcla de residuos sólidos caldeada puede ser extrudida desde la cámara de mezcladura 706 y fuera del recipiente 401B.

Sistema de Vacío

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el recipiente del proceso 401 se puede acoplar operativamente al sistema de vacío 403. El recipiente del proceso 401 puede incluir una lumbrera de escape 420 para proporcionar un acoplamiento operativo al sistema de vacío 403. La lumbrera de escape 420 puede formar un canal 438 que se abre al volumen interior 406 en un extremo interno 440 y al exterior del recipiente 401 en el extremo externo 442. El sistema de vacío 403 puede estar unido al extremo externo 442 de la lumbrera de escape 420. El sistema de vacío 403 puede estar conectado a la ventilación de escape 420 a través de una manguera de vacío 422.

La manguera de vacío 422 puede reforzarse para evitar que se colapse durante el uso. La manguera de vacío 422 también puede ser resistente al calor para garantizar un funcionamiento seguro a temperaturas de hasta la temperatura máxima a la que se puede calentar la mezcla de residuos sólidos. La manguera de vacío puede ser resistente al calor hasta una temperatura de aproximadamente 300 °C. La manguera de vacío 422 puede ser químicamente inerte y/o resistente a la corrosión para resistir la degradación de cualquier compuesto vaporizado eliminado del volumen interior 406 durante el calentamiento de la mezcla de residuos sólidos. La manguera de vacío 422 puede ser una manguera de alta temperatura revestida de acero pesado.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el sistema de vacío 403 puede incluir una bomba de vacío 424. La bomba de vacío 424 puede seleccionarse para mantener una presión suficientemente baja tal como se describe en esta memoria dentro del volumen interior 406. Además, la bomba de vacío 424 puede ser químicamente inerte, resistente al calor y/o resistente a la corrosión. Además, la bomba de vacío 424 puede ser lo suficientemente resistente como para funcionar en presencia de cualesquiera partículas u otros contaminantes sólidos transferidos desde el volumen interior 406. La bomba de vacío 424 puede colocarse sobre un soporte o una plataforma elevada para evitar que se exponga al agua durante inundaciones accidentales.

Se puede incluir cualquier diseño de bomba de vacío en el sistema de vacío 403, sin limitación. Ejemplos no limitativos de bombas de vacío adecuadas incluyen una bomba rotativa de paletas, una bomba de diafragma y una bomba de anillo líquido. La bomba de vacío 424 puede ser una bomba de anillo líquido. La bomba de vacío 424 puede ser dos o más bombas de anillo líquido conectadas en serie. Tal como se describe arriba en esta memoria, la bomba de vacío 424 puede mantener una presión de menos de aproximadamente 50 torr (6,67 kPa) dentro del volumen interior 406 y puede además eliminar cualquier vapor de agua y/u otros compuestos vaporizados liberados por la mezcla de residuos sólidos calentados en el volumen interior 406.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, una fuente de aire 454 puede acoplarse operativamente al recipiente del proceso 401 a través de una entrada de aire 452. La fuente de aire puede introducir aire de barrido en el volumen interior 406 del recipiente del proceso 401 para facilitar el movimiento de los compuestos vaporizados fuera del volumen interior 406 y en el sistema de vacío 403. La entrada de aire puede proporcionar aire a un caudal seleccionado para mantener una presión de vacío de menos de aproximadamente 50 torr (6,67 kPa) dentro del volumen interior 406 cuando se activa el sistema de vacío 403. La fuente de aire puede ser cualquier fuente de aire conocida que incluye, pero no se limita a un tanque de aire comprimido; un compresor de aire, bomba de aire o ventilador que aspira aire atmosférico y cualquier otra fuente de aire conocida. La fuente de aire puede suministrar un gas libre de oxígeno y no reactivo, que incluye, pero no se limita a nitrógeno y cualquier gas noble tal como argón.

El aire de barrido suministrado por la fuente de aire 454 se puede calentar antes de introducirlo en el volumen interior 406. La temperatura del aire de barrido puede variar de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 280 °C. La temperatura del aire de barrido puede ser al menos 20 °C, al menos 40 °C, al menos 60 °C, al menos 80 °C, al menos 100 °C, al menos 120 °C, al menos 140 °C y al menos 160 °C. El aire de barrido se puede calentar utilizando un calentador de aire de barrido dedicado acoplado operativamente a la fuente de aire 454. El aire de barrido se puede dirigir a través de un dispositivo de intercambio de calor para transferir el calor residual del calentador 405 al aire de barrido. El escape de alta temperatura del calentador 405 puede dirigirse a la fuente de aire 454 para su uso como aire de barrido.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el sistema de vacío 403 puede incluir, además, un condensador 426 conectado operativamente a la bomba de vacío 424 y al recipiente del proceso 401 a través de la manguera de vacío 422. El condensador 426 enfría el vapor de agua y/u otros compuestos vaporizados extraídos del recipiente del proceso 401 por la bomba de vacío 424 para producir aguas residuales. Las aguas residuales se pueden transferir a un tanque de enfriamiento 428 que también está conectado operativamente al condensador 428.

El tanque de enfriamiento 428 puede ser cualquier tanque capaz de contener un líquido caldeado que puede incluir uno o más de los compuestos vaporizados tal como se describe arriba en esta memoria. El tanque de enfriamiento 428 puede estar construido de un material resistente a la corrosión y no reactivo con una conductancia térmica relativamente alta para potenciar el enfriamiento de las aguas residuales. Un enfriador u otro dispositivo de enfriamiento activo (no mostrado) se pueden acoplar operativamente al tanque de enfriamiento 428 para potenciar la tasa de enfriamiento de las aguas residuales dentro del tanque de enfriamiento 428.

El sistema de vacío puede comprender un condensador. El condensador puede comprender una lumbrera superior, una lumbrera inferior por debajo de la lumbrera superior, un recipiente de condensado debajo de la lumbrera inferior y un drenaje en el recipiente de condensado. Cuando está presente, el condensador está acoplado operativamente a la lumbrera de vacío del recipiente del proceso a través de la lumbrera superior del condensador, y el condensador está acoplado operativamente a la bomba de vacío a través de la lumbrera inferior del condensador.

Como se describe arriba en esta memoria, las aguas residuales producidas por el condensador 426 pueden incluir uno o más de los compuestos vaporizados adicionales que incluyen, pero no se limitan a cloro y diversos disolventes orgánicos, en una solución acuosa. Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el sistema de vacío 403 puede incluir, además, uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua acoplados operativamente en serie al tanque 428 de enfriamiento de aguas residuales del otro lado del condensador 426. El uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua pueden configurarse para eliminar los compuestos vaporizados adicionales del agua condensada para producir aguas residuales tratadas. Ejemplos no limitantes de dispositivos 430 de tratamiento del agua adecuados incluyen filtros de membrana, cámaras de ozono y filtros de carbono activado.

El uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua pueden incluir un filtro de membrana. Puede incluirse cualquier filtro de membrana adecuado como dispositivo 430 de tratamiento del agua dentro del sistema 403 de vacío. Ejemplos no limitantes de filtros de membrana adecuados incluyen un filtro de membrana de poliéter sulfona asimétrico; un filtro de membrana de Nylon™ (poliamida); y un filtro de membrana de Teflon™ (politetrafluoroetileno, PTFE). El filtro de membrana puede seleccionarse dependiendo de los compuestos vaporizados esperados que se han de eliminar de las aguas residuales. Además, el filtro de membrana puede seleccionarse dependiendo de la temperatura esperada de las aguas residuales que abandonan el tanque de enfriamiento 428. Por ejemplo, el filtro de membrana de Teflon™ (politetrafluoroetileno, PTFE), con una temperatura máxima de funcionamiento de aproximadamente 180 °C puede tolerar temperaturas de las aguas residuales más altas que un filtro de membrana de Nylon™ (poliamida) con una temperatura máxima de funcionamiento de aproximadamente 80 °C.

El uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua pueden incluir una cámara de ozono. La cámara de ozono puede esterilizar las aguas residuales. Se puede seleccionar una cámara de ozono de cualquier diseño conocido como dispositivo 430 de tratamiento del agua. Como se describe arriba en esta memoria, la temperatura máxima de funcionamiento de la cámara de ozono puede ser de aproximadamente 40 °C. Sin limitarse a teoría particular alguna, la eficacia de la cámara de ozono puede potenciarse a una temperatura del agua más baja debido a la mayor solubilidad del ozono a temperaturas del agua bajas.

El uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua pueden incluir un filtro de carbono activado. El filtro de carbono activado puede adsorber uno cualquiera o más de los compuestos vaporizados adicionales de las aguas residuales. Tal como se describe arriba en esta memoria, la eficacia de la adsorción de los compuestos vaporizados al carbono activado aumenta a temperaturas del agua bajas. La temperatura máxima de funcionamiento del filtro de carbono activado es de aproximadamente 35 °C.

El uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua se pueden acoplar operativamente en una serie lineal de modo que cada uno de los dispositivos pueda entrar en contacto con todas las aguas residuales a tratar. La secuencia de dispositivos 430 de tratamiento del agua puede disponerse para situar los dispositivos de tratamiento de agua más robustos cerca del comienzo de la serie lineal y situar los dispositivos de tratamiento de agua más sensibles hacia el final de la serie lineal. Un dispositivo robusto de tratamiento del agua puede caracterizarse por uno o más de lo siguiente: temperatura de funcionamiento relativamente alta; insensibilidad relativa a un amplio intervalo de salinidad y/o pH; y/o tolerancia al ensuciamiento con materia en partículas. La serie lineal de uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua puede disponerse de acuerdo con la temperatura operativa máxima. Un filtro de membrana con una temperatura operativa máxima relativamente alta puede ser el primero en la secuencia lineal, seguido de una cámara de ozono, seguido de un filtro de carbono activado. El tanque de enfriamiento 428 puede enfriar las aguas residuales a una temperatura por debajo de la temperatura de funcionamiento máxima más baja entre uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua y el uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua pueden disponerse en cualquier orden deseado.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el sistema de vacío 403 puede incluir, además, un tanque de retención de aguas residuales tratadas 432 configurado para almacenar las aguas residuales tratadas por el uno o más dispositivos 430 de tratamiento del agua para uso y/o eliminación subsiguiente. Puede seleccionarse cualquier diseño de tanque de agua adecuado para el tanque de retención de aguas residuales 432, sin limitación. El tanque de retención de aguas residuales 432 puede construirse con una diversidad más amplia de materiales en comparación con el tanque de enfriamiento 428, porque las aguas residuales tratadas han sido enfriadas y purificadas tal como se describió arriba en esta memoria. El tanque de retención de aguas residuales 432 puede ser un tanque de agua de fibras de vidrio reforzado. Tal como se describe arriba en esta memoria, las aguas residuales se pueden utilizar para el control del polvo, el riego de cultivos no alimentarios y/o se pueden eliminar como aguas residuales en un sistema de alcantarillado.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el aire que queda en el condensador 426 después de que se hayan condensado los compuestos vaporizados puede pasar a través de la bomba de vacío 424 y puede ser expulsado a uno o más dispositivos de depuración de gas 456. Los gases que salen de la bomba de vacío pueden incluir aire, así como uno o más gases adicionales que incluyen, pero no se limitan a metano, cloro gaseoso, compuestos orgánicos clorados y compuestos orgánicos volátiles. El uno o más dispositivos de depuración de gas 456 pueden incluir un lecho adsorbente para separar metano y otros gases combustibles del escape de la bomba de vacío. El metano y otros gases combustibles capturados por el lecho adsorbente pueden utilizarse para alimentar el calentador 405, almacenarse para uso posterior o venderse. El uno o más dispositivos de depuración de gas 456 pueden incluir un filtro de gas que incluye, pero no se limita a un filtro de carbono activado, un filtro de membrana y cualquier otro dispositivo de filtración de gas conocido. El gas que queda después del tratamiento por todos los uno o más dispositivos de depuración de gas 456 se puede descargar a la atmósfera a través de una lumbrera de escape 458.

Calentador

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 4, el sistema 400 puede incluir un calentador 405 acoplado operativamente al recipiente del proceso 401. Se puede seleccionar cualquier diseño de calentador adecuado como calentador 405, que incluye, pero no se limita a un calentador eléctrico, un calentador inductivo y un calentador por convección tal como una camisa de aceite calentada. El calentador 405 puede transferir calor al volumen interior 408 a través de una o más paredes calentadas 448 que forman el límite del volumen interior 408. La mezcla de residuos sólidos puede calentarse dentro del volumen interior 406 por conducción desde el calentador 405 a la pared calentada 448 y por conducción desde la pared calentada 448 hasta una parte de la mezcla de residuos sólidos que contacta con la pared calentada 448.

El calentador 405 puede ser una camisa calentada que rodea el recipiente del proceso 401. La camisa calentada puede incluir una cubierta hueca 410 que contiene aceite calentado 412 que circula dentro de la cubierta hueca entre una entrada de aceite calentado 414 y una salida de aceite calentado 416. La temperatura del aceite calentado 412 puede aumentarse haciendo pasar el aceite 412 a través de un intercambiador de calor 418 configurado para transferir calor al aceite 412 a medida que éste pasa entre la salida de aceite calentado 416 y la entrada de aceite calentado 414. El intercambiador de calor se puede calentar mediante cualquier dispositivo de calentamiento conocido, que incluye, pero no se limita a un calentador eléctrico, un calentador de gas, un calentador por inducción y cualquier otro dispositivo de calentamiento adecuado. El funcionamiento del intercambiador de calor 418 se puede modular utilizando mediciones del aceite calentado obtenidas por al menos un sensor de la temperatura situado en una o más ubicaciones dentro del calentador, pero no limitadas a la entrada de aceite calentado 414 y a la salida de aceite calentado 416.

La temperatura del aceite calentado que sale del intercambiador de calor 418 puede enfriarse a medida que el mismo vuelve a circular hacia la entrada de aceite calentado 414. Además, el aceite puede enfriarse adicionalmente si circula dentro de la cubierta hueca entre la entrada de aceite calentado 414 y la salida de aceite calentado 416. El intercambiador de calor 418 puede calentar el aceite a una temperatura de hasta aproximadamente 500 °C o superior a la salida del intercambiador de calor 418, dependiendo del grado de enfriamiento durante el transporte a la entrada de aceite calentado 414. El aceite que sale del intercambiador de calor 418 se puede calentar hasta al menos 300 °C, al menos 420 °C, al menos 440 °C, al menos 460 °C y al menos 480 °C.

El aceite calentado se puede introducir en la entrada de aceite a una temperatura que varía de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 330 °C. El aceite calentado se puede introducir en la entrada de aceite a una temperatura superior a aproximadamente 300 °C, tal como superior a 350 °C.

El aceite calefactor puede degradarse con el uso prolongado debido a la oxidación acelerada a las temperaturas relativamente altas a las que se calienta el aceite. Se puede utilizar sin limitación cualquier medio conocido para mantener la integridad funcional del aceite calefactor. Una parte del aceite puede desecharse y reemplazarse continuamente dentro del circuito de aceite calentado utilizando cualesquiera métodos y dispositivos conocidos en la técnica. El calentador puede desactivarse periódicamente y el aceite puede cambiarse durante este período de inactividad.

El calentador 405 se puede hacer funcionar para mantener una temperatura de la pared calentada relativamente constante, correspondiente a una temperatura máxima deseada de la mezcla de residuos sólidos dentro del recipiente del proceso 401, tal como se describe en esta memoria. La temperatura de la pared calentada se puede mantener a una temperatura de la pared de hasta aproximadamente 260 °C. La temperatura de la pared calentada se puede mantener a una temperatura de la pared que varía de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 300 °C. La temperatura de la pared calentada se puede mantener a una temperatura de la pared de al menos 160 °C, al menos 170 °C, al menos 180 °C, al menos 190 °C, al menos 200 °C, al menos 210 °C, al menos 220 °C, al menos 230 °C, al menos 240 °C, al menos 250 °C, al menos 260 °C, al menos 270 °C, al menos 280 °C y al menos 290 °C.

La temperatura de la pared calentada puede influir en la velocidad a la que se puede calentar la mezcla de residuos sólidos hasta la temperatura final como se describe arriba en esta memoria. La temperatura de la pared calentada se puede mantener a la temperatura máxima deseada de la mezcla de residuos sólidos. La temperatura de la pared calentada se puede mantener al menos 10 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 20 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 30 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 40 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 50 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 60 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 70 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 80 °C por encima de la temperatura máxima deseada, al menos 90 °C por encima de la temperatura máxima deseada y al menos 100 °C por encima de la temperatura máxima deseada de la mezcla de residuos sólidos.

Extrusora

El sistema 400 puede incluir, además, una extrusora para extrudir la mezcla de residuos sólidos calentada fuera del recipiente del proceso 401 a través de la salida 434 de la extrusora. Haciendo referencia a la FIG. 4, el recipiente del proceso 401 puede incluir, además, la salida 434 de la extrusora para proporcionar un conducto a través del cual la mezcla de residuos sólidos calentada puede extrudirse desde el volumen interior 406 fuera del recipiente 401. La extrusora puede incluir un elemento de compresión para comprimir la mezcla de residuos sólidos calentada hacia la salida de la extrusora, forzando con ello la mezcla de residuos sólidos a través de la salida 434 de la extrusora.

El elemento de compresión puede ser cualquier elemento de compresión adecuado conocido en la técnica, que incluye, pero no se limita a una pala mezcladora, un transportador de tornillo, un pistón, una bomba de compresión y cualquier otro elemento de compresión adecuado. El elemento de compresión puede ser la pala mezcladora 446 tal como se ilustra en la FIG. 4 y la FIG. 6. El mezclador 408 puede ser hecho funcionar en una dirección de rotación hacia adelante durante el calentamiento y la mezcladura de la mezcla de residuos sólidos, y luego ser hecho funcionar en una dirección de rotación inversa para comprimir la mezcla de residuos sólidos calentada hacia la salida de extrusión 434, provocando que la mezcla de residuos sólidos extrudida 436 emerja de la salida de extrusión 434.

El elemento de compresión puede incluir un elemento de compresión dedicado 510 separado de las palas mezcladoras 502/504. El elemento de compresión 510 puede incluir un transportador de tornillo situado dentro de un canal 506 formado dentro de una parte inferior 508 de la pared 512 del recipiente. La salida 434 de la extrusora puede estar situada en un extremo del canal 506. En uso, el elemento de compresión 510 puede ser activado cuando la mezcla de residuos sólidos se ha calentado a la temperatura máxima que varía de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 250 °C. El elemento de compresión 510 comprime la mezcla de residuos sólidos calentada dentro del canal 506 hacia un extremo del canal adyacente a la salida 434 de la extrusora. Además, las palas mezcladoras 502/504 se hacen funcionar continuamente durante la extrusión, forzando así una mezcla de residuos sólidos calentada adicional hacia abajo entre las palas mezcladoras 502/504 hacia el canal 506.

La FIG. 5 es una vista en sección transversal de una salida 434 de la extrusora. La salida 434 de la extrusora puede incluir una pared 602 de salida que encierra una abertura de lumen al volumen interior 406 en un extremo y al exterior del recipiente del proceso 401 en el extremo opuesto. La superficie interior 606 de la pared de salida 602 puede actuar como una matriz de extrusión para formar la configuración en sección transversal de la mezcla de residuos sólidos extrudida. La superficie interior 606 puede definir cualquier perfil de extrusión en sección transversal adecuado como se describe arriba en esta memoria, que incluye, pero no se limita a un perfil circular o cuadrado. A modo de ejemplo no limitativo, el perfil de la sección transversal de extrusión puede tener una forma cuadrada tal como se ilustra en la FIG. 5.

La salida 434 de la extrusora se puede calentar para facilitar la extrusión de la mezcla de residuos sólidos. La salida 434 de la extrusora puede conectarse operativamente a un calentador de extrusión (no mostrado) que incluye, pero no se limita a un calentador eléctrico, un calentador por inducción y un calentador por convección tal como una camisa de aceite calentada. El calentador de extrusión puede transferir calor al lumen 604 a través de la pared de salida 602. La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede calentar dentro del lumen 604 por conducción desde el calentador a la pared de salida 602 y por conducción desde la pared de salida 602 a una parte de la mezcla de residuos sólidos que contacta con la pared de salida 602. El calentador puede ser una parte adicional de una camisa calentada utilizada para calentar el resto del recipiente del proceso 401. Las temperaturas de funcionamiento de la extrusora son las que se describen en esta memoria y, en general, no deben exceder de 200 °C.

El sistema 400 puede incluir opcionalmente un cortador (no mostrado), configurado para cortar la mezcla de residuos sólidos extrudida en trozos a medida que se extrude. Se pueden seleccionar cualesquiera dispositivos conocidos para cortar materiales extrudidos para su uso como cortador, que incluyen, pero no se limitan a cortadores láser, sierras, cortadores de chorro de agua y cualquier otro dispositivo de corte adecuado. La mezcla de residuos extrudida se puede enfriar ligeramente para endurecer el material antes del corte. La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede cortar en trozos de menos de aproximadamente dos pies (60,96 cm) de largo.

La mezcla de residuos sólidos extrudida se puede enfriar utilizando uno o más dispositivos para potenciar la circulación de aire, que incluyen, pero no se limitan a ventiladores de aire, ventiladores de nebulización y cualquier otro dispositivo de circulación de aire adecuado conocido. La velocidad de enfriamiento de la mezcla de residuos sólidos extrudida se puede potenciar colocando la mezcla de residuos sólidos extrudida sobre una superficie enfriada o dentro de una cámara enfriada que incluye, pero no se limita a una habitación con aire acondicionado o una cámara refrigerada. La mezcla de residuos sólidos extrudida puede sumergirse en un líquido refrigerante, tal como agua, en un tanque de refrigeración 450 tal como se ilustra en la FIG. 4. La mezcla de residuos sólidos extrudida puede extrudirse sobre un transportador, tal como un transportador enfriado por agua, para enfriar la mezcla de residuos sólidos extrudida y formar una composición de combustible sólido.

Panel de Control

El sistema puede comprender un panel de control conectado operativamente al mezclador, el calentador y la bomba de vacío. El panel de control, cuando está presente, ajusta el volumen interior a una primera temperatura para vaporizar compuestos en una mezcla de residuos sólidos que comprende plásticos mixtos, ajusta el volumen interior a una primera presión para eliminar los compuestos vaporizados de la mezcla de residuos sólidos, para ajustar el volumen interior a una segunda temperatura entre aproximadamente 160 °C y aproximadamente 260 °C y a una segunda presión de menos de aproximadamente 50 torr (6,67 kPa) mientras el mezclador está en funcionamiento con el fin de fundir los plásticos mixtos en la mezcla de residuos sólidos.

El panel de control puede comprender, además, un sistema de control de retroalimentación conectado operativamente a uno o más sensores. Cuando está presente, el sistema de control de retroalimentación recibe al menos una medición de uno o más sensores y modula el funcionamiento de la bomba de vacío, el calentador o el mezclador de acuerdo con al menos una regla de control ejecutada en el panel de control. El uno o más sensores vigilan una o más condiciones operativas del sistema. Ejemplos adecuados del uno o más sensores incluyen, pero no se limitan a un sensor de presión para vigilar la presión dentro del volumen interior del recipiente del proceso; uno o más sensores de temperatura, cada uno de los sensores de temperatura para controlar la temperatura del aceite introducido en la entrada de aceite de la camisa calentada, y la temperatura de la mezcla de residuos sólidos dentro del volumen interior; un sensor de la humedad para controlar la humedad de los compuestos vaporizados liberados del volumen interior; un sensor del peso para controlar el peso de la mezcla de residuos sólidos dentro del volumen interior, y cualquier combinación de los mismos.

III. Composición de Combustible Sólido

Se proporciona una composición de combustible sólido producida a partir de una mezcla de residuos sólidos utilizando los métodos y sistemas tal como se describen arriba en esta memoria. La composición de combustible sólido puede ser compatible para su uso como material de alimentación a diversas cámaras de pirólisis como parte de un procedimiento de aprovechamiento energético de residuos. El método de formar la composición de combustible sólido da como resultado un material con una consistencia relativamente uniforme y una variabilidad reducida en el contenido en energía en relación con la corriente de residuos sólidos utilizada para producir la composición de combustible sólido.

La composición de combustible sólido puede tener un contenido de energía de al menos 23.260 kJ/kg (10.000 BTU/lb.). La composición de combustible sólido puede tener un contenido en energía de al menos 23.260 kJ/kg (10.000 BTU/lb.), al menos 25.586 kJ/kg (11.000 BTU/lb.), al menos 27.912 kJ/kg (12.000 BTU/lb.), al menos 30.238 kJ/kg (13.000 BTU/lb.) y hasta 32.564 kJ/kg (14.000 BTU/lb.).

La composición de combustible sólido puede tener un contenido en energía de al menos aproximadamente 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/lb.). La composición de combustible sólido puede tener un contenido en energía de al menos aproximadamente 20.934 kJ/kg (9.000 BTU/lb.). La composición de combustible sólido puede tener un contenido en energía de menos de aproximadamente 32.564 kJ/kg (14.000 BTU/lb.). La composición de combustible sólido puede tener un contenido en energía que varía entre aproximadamente 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/lb.) y aproximadamente 32.564 kJ/kg (14.000 BTU/lb.).

La composición de combustible sólido puede tener una densidad que varía de aproximadamente 480 kg/m3 (30 lb/pie3) a aproximadamente 1282 kg/m3 (80 lb/pie3). La densidad de la composición del combustible sólido puede ser de al menos 480 kg/m3 (30 lb/pie3), al menos 641 kg/m3 (40 lb/pie3), al menos 801 kg/m3 (50 lb/pie3), al menos 961 kg/m3 (60 lb/pie3) y al menos 1121 kg/m3 (70 lb/pie3). La composición de combustible sólido puede tener una densidad de aproximadamente 801 kg/m3 (50 lb/pie3).

Tal como se describe en esta memoria, la composición de combustible sólido también puede ser químicamente estable, no biodegradable y/o hidrofóbica, permitiendo con ello que la composición de combustible sólido sea almacenada en una amplia gama de condiciones de almacenamiento sin degradar o reducir el contenido en energía. Sin limitarse a teoría particular alguna, el contenido de plástico de la mezcla de residuos sólidos se funde y se distribuye por toda la composición de combustible sólido resultante, haciendo que la composición no sea biodegradable y/o hidrofóbica.

La composición de combustible sólido puede incluir de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 80% en peso de carbono. La composición de combustible sólido puede incluir aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 44% en peso, de aproximadamente 42% en peso a aproximadamente 46% en peso, de aproximadamente 44% en peso a aproximadamente 48% en peso, de aproximadamente 46% en peso a aproximadamente 50% en peso, de aproximadamente 48% en peso a aproximadamente 52% en peso, de aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 54% en peso, de aproximadamente 52% en peso a aproximadamente 56% en peso, de aproximadamente 54% en peso a aproximadamente 58% en peso, de aproximadamente 56% en peso a aproximadamente 62% en peso, de aproximadamente 60% en peso a aproximadamente 64% en peso, de aproximadamente 62% en peso a aproximadamente 66% en peso, de aproximadamente 64% en peso a aproximadamente 68% en peso, de aproximadamente 66% en peso a aproximadamente 70% en peso, de aproximadamente 68% en peso a aproximadamente 72% en peso, de aproximadamente 70% en peso a aproximadamente 74% en peso, de aproximadamente 72% en peso a aproximadamente 76% en peso, de aproximadamente 74% en peso a aproximadamente 78% en peso y de aproximadamente 76% en peso a aproximadamente 80% en peso de carbono.

La composición de combustible sólido puede incluir de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de hidrógeno. La composición de combustible sólido puede incluir aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 7% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 6% en peso a aproximadamente 8% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 7% en peso a aproximadamente 9% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 8% en peso a aproximadamente 10% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 9% en peso a aproximadamente 11% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 12% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 11% en peso a aproximadamente 13% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 12% en peso a aproximadamente 14% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 13% en peso a aproximadamente 15% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 14% en peso a aproximadamente 16% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 17% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 16% en peso a aproximadamente 18% en peso de hidrógeno, de aproximadamente 17% en peso a aproximadamente 19% en peso de hidrógeno y de aproximadamente 18% en peso a aproximadamente 20% en peso de hidrógeno.

La composición de combustible sólido puede incluir de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de oxígeno. La composición de combustible sólido puede incluir de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 7% en peso de oxígeno, de aproximadamente 6% en peso a aproximadamente 8% en peso de oxígeno, de aproximadamente 7% en peso a aproximadamente 9% en peso de oxígeno, de aproximadamente 8% en peso a aproximadamente 10% en peso de oxígeno, de aproximadamente 9% en peso a aproximadamente 11% en peso de oxígeno, de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 12% en peso de oxígeno, de aproximadamente 11% en peso a aproximadamente 13% en peso de oxígeno, de aproximadamente 12% en peso a aproximadamente 14% en peso de oxígeno, de aproximadamente 13% en peso a aproximadamente 15% en peso de oxígeno, de aproximadamente 14% en peso a aproximadamente 16% en peso de oxígeno, de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 17% en peso de oxígeno, de aproximadamente 16% en peso a aproximadamente 18% en peso de oxígeno, de aproximadamente 17% en peso a aproximadamente 19% en peso de oxígeno, de aproximadamente 18% en peso a aproximadamente 20% en peso de oxígeno.

La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 2% en peso de azufre. La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 1% en peso de azufre, menos de aproximadamente 0,5% en peso de azufre y menos de aproximadamente 0,1% en peso de azufre.

La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 2% en peso de cloro. La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 1% en peso de cloro, menos de aproximadamente 0,5% en peso de cloro y menos de aproximadamente 0,1% en peso de cloro.

La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 2% en peso de agua. La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 1% en peso de agua, menos de aproximadamente 0,5% en peso de agua y menos de aproximadamente 0,1% en peso de agua. La composición de combustible sólido puede incluir menos de aproximadamente 1% en peso de agua.

La composición de combustible sólido, cuando se quema, puede liberar niveles significativamente más bajos de toxinas cuando se quema en comparación con los residuos sólidos no procesados. La cantidad de toxinas liberadas puede variar y variará. La composición de combustible sólido puede liberar menos de aproximadamente 2,27 kg (0,5 lb.) de óxido alcalino, menos de aproximadamente 1,36 (3 lb.) de cenizas, menos de aproximadamente 0,045 kg (0,1 lb.) de dióxido de azufre (SO2) y menos de aproximadamente 6,8 kg (1,5 lb.) de cloro por millón de kJ (BTU) cuando se quema. La composición de combustible sólido puede liberar menos de aproximadamente 2,27 kg (0,5 lb.) de óxido alcalino por millón de BTU cuando se quema. La composición de combustible sólido puede liberar menos de aproximadamente 1,36 kg (3 lb.) de cenizas por millón de kJ (BTU) cuando se quema. La composición de combustible sólido puede liberar menos de aproximadamente 0,045 kg (0,1 lb.) de dióxido de azufre (S02) por millón de BTU cuando se quema. La composición de combustible sólido puede liberar menos de aproximadamente 6,8 kg (1,5 lb.) de cloro por millón de kJ (BTU) cuando se quema.

La composición de combustible sólido puede liberar una cantidad de cenizas que varía entre aproximadamente 0,45 kg (1 lb.)y aproximadamente 13,61 kg (30 lb.) por millón de kJ (BTU) cuando se quema, tal como entre aproximadamente 0,45 kg (1 lb.) y 0,91 kg (2 lb.), entre aproximadamente 0,91 kg (2 lb.) y 1,36 kg (3 lb.), entre aproximadamente 1,36 kg (3 lb.) y 1,81 kg (4 lb.), entre aproximadamente 1,81 kg (4 lb.) y 2,27 kg (5 lb.), entre aproximadamente 2,27 kg (5 lb.) y 4,54 kg (10 lb)., entre aproximadamente 4,54 kg (10 lb.) y 6,80 kg (15 lb.), entre aproximadamente 6,80 kg (15 lb.) y 9,07 kg (20 lb.), entre aproximadamente 9,07 kg (20 lb.) y 11,34 kg (25 lb.) o entre aproximadamente 11,34 kg (25 lb.) y 13,60 kg (30 lb).

Las composiciones de combustible sólido se pueden usar como material de alimentación modificado para reemplazar o complementar carbono, biomasa u otros combustibles alternativos durante un proceso de encarnación, pirólisis o gasificación.

EJEMPLO

Se suministran diez toneladas de residuos sólidos municipales. Los MSW tienen un contenido en agua de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 40% en peso y comprenden una diversidad de residuos sólidos residenciales y comerciales, incluida una cantidad desconocida de residuos sólidos no combustibles y contenido en plásticos mixtos. Los MSW se rastrean para detectar residuos sólidos no combustibles. Se eliminan los residuos sólidos no combustibles, incluido vidrio, metal, ladrillos y piedras. Luego se analizan los MSW para determinar su contenido en plásticos mixtos. La cantidad de plásticos mixtos en los MSW se ajusta entre aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 60% en peso. Una vez que se eliminan los residuos sólidos no combustibles y se ajusta el contenido de plásticos mixtos, los MSW se trituran a un tamaño de partícula promedio igual o menor que otros trozos individuales dentro de los MSW.

Los MSW triturados se introducen en un recipiente del proceso como se describe en esta memoria. Los MSW se calientan a una temperatura entre aproximadamente 90 °C y aproximadamente 110 °C mientras se mezcla. Este proceso separa los MSW en MSW secos y compuestos vaporizados, que incluyen principalmente vapor de agua y algunos compuestos orgánicos volátiles que tienen un punto de ebullición por debajo de aproximadamente 110 °C. La temperatura de los MSW se mantiene por debajo de aproximadamente 110 °C, de modo que el plástico mixto no se funde ni atrapan agua prematuramente.

Los compuestos vaporizados se eliminan del recipiente del proceso reduciendo la presión dentro del recipiente del proceso a menos de aproximadamente 6,67 kPa (50 torr) utilizando un sistema de vacío conectado a la lumbrera de vacío. Un condensador entre el recipiente del proceso y la bomba de vacío del sistema de vacío atrapa los compuestos vaporizados condensándolos en aguas residuales.

Dentro del recipiente del proceso, la mezcladura continúa, al tiempo que los compuestos vaporizados se eliminan a presión reducida. A continuación, se aumenta el calor entre aproximadamente 190 °C y aproximadamente 260 °C, fundiendo los plásticos dentro de los MSW secados. El aceite utilizado para calentar las paredes del recipiente del proceso puede ser hasta 30 °C más caliente que el volumen interior del recipiente del proceso, porque la mezcladura constante distribuye el calor uniformemente a través de los MSW. El proceso de mezcladura también homogeneiza adicionalmente los MSW. Las condiciones de temperatura y presión también son suficientes para liberar adicionalmente agua no evaporada en la etapa de secado y para liberar otros VOCs. Además, estas condiciones del proceso vaporizan compuestos orgánicos clorados y cloro gaseoso derivado principalmente de plásticos que contienen cloro en los MSW, tal como poli(cloruro de vinilo) (PVC) y poli(cloruro de vinilideno). Estos compuestos orgánicos clorados y cloro gaseoso también se condensan en el condensador, uniéndose allí a las aguas residuales.

Mientras todavía está caliente, pero no por encima de 200 °C, los MSW secados que contienen plásticos mixtos fundidos se extruden a través de la salida de extrusión. A medida que se extruden los MSW, se corta en trozos de 5,08 cm (2 pulgadas) de largo. Los MSW extrudidos se colocan en un transportador enfriado por agua, en donde se enfría a menos de aproximadamente 65 °C, formando una composición de combustible sólido.

En base al análisis calorimétrico y la medición de la densidad, la composición de combustible sólido tiene un contenido en energía de aproximadamente 30.238 kJ/kg (13.000 BTU/lb.) y una densidad que varía de aproximadamente 801 kg/m3 (50 lb/pie3). El análisis elemental indica que el combustible sólido resultante tiene aproximadamente 60% en peso de carbono, aproximadamente 10% en peso de hidrógeno, aproximadamente 10% en peso de oxígeno, menos de aproximadamente 2% en peso de azufre, menos de aproximadamente 2% en peso de cloro y menos de aproximadamente 1% en peso de agua.

No se forma gas de síntesis durante el proceso. Los compuestos vaporizados observados no son el resultado de pirólisis o gasificación. Por lo tanto, la composición de combustible sólido resultante no se piroliza.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir una composición de combustible sólido a partir de una mezcla de residuos sólidos sin la formación de gas de síntesis, comprendiendo el método:

calentar una mezcla de residuos sólidos que comprende de aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 60% en peso de plásticos mixtos dentro de un recipiente del proceso a una temperatura no mayor que aproximadamente 110 °C para separar la mezcla de residuos sólidos en una mezcla de residuos sólidos secados y compuestos vaporizados;

eliminar los compuestos vaporizados del recipiente del proceso;

calentar y mezclar la mezcla de residuos sólidos secados hasta al menos 160 °C y por debajo de la presión atmosférica para formar una mezcla de residuos sólidos calentada que comprende plásticos mixtos fundidos; extrudir la mezcla de residuos sólidos calentada de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 260 °C para producir una mezcla de residuos sólidos extrudidos; y

enfriar la mezcla de residuos sólidos extrudidos a menos de aproximadamente 65 °C para formar la composición de combustible sólido, que tiene un contenido en energía que varía entre aproximadamente 18.608 kJ/kg (8.000 BTU/Ib.) y aproximadamente 32.564 kJ/kg (14.000 BTU/lb.), una densidad que varía entre aproximadamente 481 kg/m3 (30 lb./pie3) y aproximadamente 1282 kg/m 3 (80 lb./pie3), y un contenido en agua de menos de aproximadamente 1 % en peso.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la mezcla de residuos sólidos comprende residuos sólidos municipales y residuos agrícolas.

3. El método de la reivindicación 2, que comprende, además, analizar la mezcla de residuos sólidos en busca de residuos sólidos no combustibles y, si están presentes, eliminar los residuos sólidos no combustibles.

4. El método de la reivindicación 3, en el que la mezcla de residuos sólidos está sustancialmente libre de residuos metálicos no combustibles.

5. El método de la reivindicación 2, que comprende, además, analizar la mezcla de residuos sólidos en busca de un contenido en plásticos mixtos y, si es necesario, ajustar la cantidad de plásticos mixtos en la mezcla de residuos sólidos entre aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 60% en peso.

6. El método de la reivindicación 1, en el que los plásticos mixtos comprenden uno o más plásticos seleccionados del grupo que consiste en poliéster, poli(tereftalato de etileno), polietileno, poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno), polipropileno, poliestireno, poliamidas, acrilonitrilo butadieno estireno, polietileno/acrilonitrilo butadieno. estireno, policarbonato, policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno, poliuretanos, maleimida/bismaleimida, melamina formaldehído, fenol formaldehídos, poliepóxido, polieteretercetona, polieterimida, poliimida, ácido poliláctico, poli(metacrilato de metilo), politetrafluoroetileno y urea-formaldehído.

7. El método de la reivindicación 6, en el que los plásticos mixtos comprenden poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno) y combinaciones de los mismos, y el residuo sólido secado se calienta hasta al menos aproximadamente

190 2C.

8. El método de la reivindicación 1, en el que la mezcla de residuos sólidos comprende de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 35% en peso de plásticos mixtos.

9. El método de la reivindicación 1, en el que el material comprende:

de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 80% en peso de carbono;

de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de hidrógeno;

de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de oxígeno;

menos de aproximadamente 2% en peso de azufre; y

menos de aproximadamente 2% en peso de cloro.

10. El método de la reivindicación 1, en donde el recipiente del proceso comprende una o más paredes calentadas mantenidas a una temperatura de la pared de al menos aproximadamente 190 °C, un mezclador en el volumen interior del recipiente del proceso y conectado operativamente al recipiente del proceso, un elemento de extrusión que pasa a través de una primera abertura en el recipiente del proceso, y una lumbrera de vacío que pasa a través de una segunda abertura en el recipiente del proceso; en el que el recipiente del proceso se une a través de la lumbrera de vacío a un sistema de vacío que comprende una bomba de vacío.

11. El método de la reivindicación 10, en el que el sistema de vacío comprende un condensador que comprende una lumbrera superior, una lumbrera inferior debajo de la lumbrera superior, un recipiente de condensado debajo de la lumbrera inferior y un drenaje en el recipiente de condensado, el condensador acoplado operativamente a la lumbrera de vacío del recipiente del proceso a través de la lumbrera superior del condensador, y el condensador acoplado operativamente a la bomba de vacío a través de la lumbrera inferior del condensador.

12. El método de la reivindicación 11, en el que la bomba de vacío elimina los compuestos vaporizados a través de la lumbrera de vacío, los compuestos vaporizados que comprenden vapor de agua, compuestos orgánicos volátiles, compuestos orgánicos clorados, cloro gaseoso y cualquier combinación de los mismos.

13. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, triturar la mezcla de residuos sólidos en trozos que tienen una dimensión máxima o un diámetro máximo de aproximadamente 5,08 cm (dos pulgadas) antes de introducir la mezcla de residuos sólidos en el recipiente del proceso.

14. El método de la reivindicación 1, que comprende, además:

analizar la mezcla de desechos sólidos en busca de residuos sólidos no combustibles y, si están presentes, eliminar los residuos sólidos no combustibles;

analizar la mezcla de residuos sólidos en busca de un contenido en plásticos mixtos y, si es necesario, ajustar la cantidad de plásticos mixtos en la mezcla de residuos sólidos entre aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 60% en peso;

triturar la mezcla de residuos sólidos para reducir tamaños de partículas iguales o menores que otros trozos individuales dentro de la mezcla de residuos sólidos;

introducir la mezcla de residuos sólidos en el recipiente del proceso, que comprende una o más paredes calentadas mantenidas a una temperatura de pared entre aproximadamente 190 °C y aproximadamente 260 °C, un mezclador conectado operativamente al recipiente del proceso, un elemento de extrusión que pasa a través de una primera abertura en el recipiente del proceso, y una lumbrera de vacío que pasa a través de una segunda abertura en el recipiente del proceso.