ES2899352T3 - Método de tratamiento de materiales de desecho - Google Patents
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Abstract
Un método de fragmentación de un objeto de material de desecho discreto o una combinación de objetos de material de desecho discretos, comprendiendo los objetos de material de desecho botellas que comprenden polímero, artículos laminados, productos alimenticios o residuos domésticos o municipales, comprendiendo el método las etapas de: (a) introducir dicho objeto de material de desecho discreto o combinación de objetos de material de desecho discretos en un recipiente de presión, (b) someter dicho objeto u objetos a una atmósfera de vapor recalentado en el recipiente de al menos 0,5 bares por encima de la presión atmosférica, (c) posteriormente, descomprimir el recipiente para lograr una reducción de presión de al menos 0,5 bares en como máximo 5 segundos, y (d) repetir las etapas (b) y (c) para llevar a cabo la fragmentación de dicho objeto de material de desecho o combinación de objetos de material de desecho.
Description
DESCRIPCIÓN
Método de tratamiento de materiales de desecho
La presente invención se refiere a un método para tratar materiales de desecho, por ejemplo, objetos, tales como los presentes en los residuos domésticos y municipales en general, así como objetos específicos que pueden haber llegado al final de su vida útil. Los ejemplos de tales objetos incluyen aquellos producidos sobre una base de “un solo uso” de un material que es idealmente reciclado (por ejemplo, botellas de plástico). El método de tratamiento de la invención es uno para llevar a cabo la fragmentación de los residuos, por ejemplo, con los fines de ya sea reducir los residuos a un volumen más pequeño para facilitar el desecho o hacer que los residuos se conviertan en una forma más susceptible de reciclaje. Dependiendo de la naturaleza de los residuos y el fin de la fragmentación, el método de la invención se puede llevar a cabo para convertir los residuos en un material en polvo o para descomponer los residuos (por ejemplo, mediante el deslaminado, en el caso de un artículo laminado) en partes que faciliten la recuperación o el reciclaje.
Muchos objetos domésticos modernos, desechables, por su diseño, ocupan cantidades de espacio relativamente grandes. Estos se moldean y conforman para dar lugar a formas, tales como botellas y cajas, que, aunque tengan peso reducido y usen pequeñas cantidades de material, son voluminosas.
Este volumen es un problema particular al final de la vida útil del producto cuando es precisa su desecho. El transporte de residuos, el vertido e incluso el reciclaje de objetos se ven impedidos si el residuo es voluminoso. El diseño de muchos objetos modernos significa que estos crean bolsas de aire y huecos cuando se compactan. La simple aplicación de presión puede romper los objetos unos con otros, pero puede suceder que no libere estas bolsas de aire, a menos que el propio objeto se rompa.
Durante muchos años, el método aceptado para el desecho de residuos consistió en el depósito en el vertedero. No obstante, en los últimos años, se ha producido un cambio orientado a reducir el volumen de residuos desechados por esta vía. Esto se debe, en parte, a cuestiones ambientales, ya que la capacidad de los vertederos en el mundo es una cuestión urgente y la creación de nuevos sitios resulta particularmente polémica y, en parte, debido a la consideración de que al menos determinados tipos de artículos residuales se pueden reciclar. Por estas razones, generalmente, resulta necesario llevar a cabo cierta fragmentación de los artículos residuales, ya sea para reducir el volumen de material que se envía al vertedero o para convertir el artículo residual en una forma que sea más fácilmente susceptible de reciclaje.
La patente de Estados Unidos n.° 4.540.467 (Grube) divulga un método apropiado para la fragmentación de tanto el material residual sólido a partir de procesos industriales de producción como de diversos tipos de materiales de desecho municipales. Con respecto al tratamiento del material residual a partir de procesos industriales de producción, el método resulta particularmente aplicable a la eliminación de arena a partir de los componentes metálicos preparados por medio de colada del metal fundido en moldes de arena. Se afirma también que el proceso tiene una utilidad particular en el tratamiento de material residual que comprende componentes que pueden estar saturados con agua, sean recipientes cerrados o sean de vidrio. El proceso usa un recipiente de presión con una ventana superior que se puede abrir para permitir que el material residual se trate para su introducción en el recipiente y una ventana inferior que se puede abrir para permitir que el material tratado se descargue del recipiente. El proceso comprende cargar el material objeto de tratamiento en el recipiente de presión y (en realizaciones preferidas) tratar el residuo con un líquido acuoso que incorpora uno o más de un agente tensioactivo, un compuesto blanqueante, un ácido o una base antes de (o simultáneamente con) la presurización del recipiente con vapor. El agente de tratamiento particular está seleccionado dependiendo del tipo de material residual objeto de tratamiento. De este modo, por ejemplo, (i) se usan agentes tensioactivos para garantizar la humectación de papel, madera, trapos y otros artículos de absorción de agua, (ii) se usan compuestos blanqueantes para el tratamiento de productos de papel para la eliminación de tintas y otros materiales colorantes, (iii) se usan ácidos para el tratamiento de productos de papel para el caso en el que estos se tienen que usar en la fabricación de alcoholes industriales (convirtiendo el ácido el producto de papel en azúcares) y (iv) se usan bases para ablandar arenas compactadas para el caso en el que se tiene que limpiar de arena residual un molde de colada por inversión.
El vapor sirve para calentar y presurizar los contenidos del recipiente hasta una temperatura y presión deseadas y también añadir humedad a esos contenidos que puede estar saturados de humedad. A la presión deseada, la ventana inferior asociada al recipiente de presión se abre para reducir rápidamente la presión dentro del recipiente hasta valores atmosféricos y descargar los componentes tratados. Se afirma que la reducción rápida de presión, en el documento US 4 540 467, permite una descompresión explosiva repentina de los contenidos del recipiente que se traduce en una expulsión rápida de los mismos del recipiente. Durante la descompresión y la expulsión, la humedad y una determinada proporción de otro líquido contenido en el material residual se evaporan de forma instantánea para formar vapor y vapor de agua. Se dice que esta evaporación instantánea repentina del agua para dar lugar a vapor rompe muchos de los fragmentos finos del material residual. El residuo descargado se puede procesar posteriormente, según sea necesario.
La divulgación del documento US 4540 467 contempla que las presiones preferidas (dentro del recipiente) para su
uso en el proceso son de 1 a aproximadamente 3 atmósferas (absolutas) con aproximadamente 1,1 kg/cm2 (15 libras por pulgada cuadrada) por encima de la presión atmosférica o se prefieren de aproximadamente 2 atmósferas (absolutas), aunque se contempla la posibilidad de usar recipientes de presión capaces de operar a 1.335 N de presión (300 libras) con la correspondiente temperatura de vapor saturado del orden de 220 °C (423 °F), con temperaturas y presiones de autoclave más elevadas antes de la descompresión, lo que genera una fragmentación más completa.
Los ejemplos de materiales saturables de humedad que se pueden fragmentar por medio del procedimiento del documento US 4 540 467 incluyen materiales de papel, así como determinados materiales de construcción, por ejemplo, hormigón, tableros, madera y otros materiales porosos capaces de absorber agua. El procedimiento del documento US 4540467 también tiene como resultado la ruptura de los recipientes cerrados, así como el desgranado del vidrio debido a la descarga explosiva procedente del recipiente, así como el gradiente térmico a través del que el vidrio se enfría desde la temperatura elevada. No obstante, el procedimiento del documento US 4540467 no da lugar a la fragmentación de artículos sólidos de plástico que requieren el tamizado del residuo fragmentado.
Existen numerosas desventajas con el procedimiento descrito en el documento US 4 540 467. En primer lugar, el procedimiento preferido requiere un tratamiento del material residual con un reactivo químico apropiado (para el que se han aportado ejemplos con anterioridad). De este modo, esta etapa implica un "tratamiento en húmedo" adicional del residuo y existe un coste inherente de las sustancias químicas implicadas. En segundo lugar, la experiencia de los inventores que conduce al desarrollo de la presente invención muestra que el ciclo individual de presurización y descompresión explosiva puede producir menos de la fragmentación óptima. En tercer lugar, en las condiciones propuestas en el documento US 4540467, los artículos de plástico permanecen intactos y no se fragmentan (véase lo anterior).
El documento EP-A-1 628736 (Longworth Engineering) divulga un proceso para la limpieza de componentes de filtro, en particular, componentes, tales como los que se han usado para la filtración de polímero fundido y que tienen un residuo depositado de polímero solidificado que impide el rendimiento del componente. En el método descrito en el documento EP-A-1 628 736, el componente de filtro a limpiar se ubica en un recipiente de presión provisto de una válvula de salida que se puede abrir con rapidez y, posteriormente, cerrar. El componente de filtro a limpiar se ubica en el recipiente de presión que se somete repetidamente a un ciclo de presurización con vapor recalentado y descompresión rápida que se lleva a cabo por medio de la apertura de la válvula (de apertura rápida) asociada al recipiente de presión. Con más detalle, el vapor recalentado eleva la presión en el recipiente en al menos 50 kPa (0,5 bares) (y más preferentemente de 200 a 1.500 kPa (de 2 a 15 bares)) y el recipiente se descomprime de tal manera que existe una pérdida de presión de al menos 50 kPa (0,5 bares) en como máximo 5 segundos y, de manera ideal, como máximo 1 segundo. La descompresión rápida se describe en el documento EP-A-1 628 736 como "descompresión instantánea". Se propone, en el documento EP-A-1 628736, que la descompresión instantánea tiene como resultado una ebullición instantánea del agua en la interfaz entre los residuos y los componentes de filtro (y posiblemente también dentro de los propios residuos) dando como resultado que los residuos se desgranen y separen del componente de filtro que mantiene por sí mismo su integridad y se limpia para su uso posterior. Normalmente, se requieren de 2 (más normalmente al menos 5) a 100 (o más) ciclos de presurización con vapor recalentado y descompresión rápida ("instantánea") con objeto de limpiar un componente de filtro contaminado con residuos poliméricos solidificados.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de fragmentación de un objeto de material de desecho discreto o una combinación de objetos de material de desecho discretos, comprendiendo los objetos de material de desecho botellas que comprenden polímero, artículos laminados, productos alimenticios o residuos domésticos o municipales, comprendiendo el método las etapas de:
(a) introducir dicho objeto de material de desecho discreto o combinación de objetos de material de desecho discretos en un recipiente de presión,
(b) someter dicho objeto u objetos a una atmósfera de vapor recalentado en el recipiente de al menos 50 kPa (0,5 bares) por encima de la presión atmosférica,
(c) posteriormente, descomprimir el recipiente para lograr una reducción de presión de al menos 50 kPa (0,5 bares) en como máximo 5 segundos, y
(d) repetir las etapas (b) y (c) para llevar a cabo la fragmentación de dicho objeto de material de desecho o combinación de objetos de material de desecho.
Por medio de la expresión "objeto de material de desecho discreto", los inventores entienden que el objeto es individual y se puede introducir por sí mismo sin restricción en el recipiente de presión para la fragmentación del objeto de acuerdo con el método de la invención definido anteriormente. La expresión "objeto de material de desecho discreto” tal como se usa en el presente documento, por tanto, se tiene que distinguir de un depósito que obstruye las partes de un filtro (véase el análisis del documento EP 1628 736 anterior), dado que tales depósitos no son, y no pueden ser, considerados como "sin restricción", ya que estos están físicamente asociados al filtro.
Para los fines de la siguiente descripción, se debe entender que, en la medida en que el método de la invención se aplica a una colección de objetos de material de desecho discretos, los objetos de la colección pueden ser diferentes unos de otros, tal como sería el caso en el tratamiento de residuos domésticos/municipales. Además, tal colección, además de los artículos que se fragmentarán por medio del método, puede incluir otros objetos que puede que no (por ejemplo, objetos metálicos, véase a continuación).
Los inventores han hallado que el sometimiento de los objetos de material de desecho discretos a los ciclos repetidos de las etapas (b) y (c), tal como se han definido anteriormente, proporciona ventajas significativas en el tratamiento de tales objetos (para llevar a cabo la fragmentación de los mismos), en comparación con el proceso divulgado en el documento US 4540467. En particular, el método de la invención se puede llevar a cabo sin la necesidad de ninguna inmersión previa o tratamiento previo con reactivos químicos de los objetos de material de desecho a tratar y todavía lograr la fragmentación. Además, las condiciones empleadas en la presente invención (con sus ciclos repetidos de las etapas (b) y (c)) permiten una fragmentación más eficaz y también el control del grado de fragmentación obtenido. Se considera un tipo particular de material de desecho que se puede fragmentar de acuerdo con la divulgación del documento US 4 540 467. El método de la presente invención que usa un grado particular de presurización para la etapa (b) y condiciones particulares para llevar a cabo la etapa de descompresión (c), con ciclos repetidos de estas etapas, producirá un grado de fragmentación para ese material de desecho mayor que el proceso de etapa individual de la patente de Estados Unidos que usa las mismas condiciones de descompresión y presurización. Además, seleccionando el número de repeticiones de las etapas (b) y (c) llevadas a cabo sobre un material de desecho particular usando el método de la invención, resulta posible fragmentar el material de desecho, en mayor o menor medida, tal como se desee. En tercer lugar, el proceso de la presente invención permite la fragmentación de los materiales de desecho que permanecen intactos por medio del procedimiento de la patente de Estados Unidos, siendo un ejemplo particular los componentes de plástico (por ejemplo, las botellas de PET) que se pueden convertir en la forma de un polvo usando el método de la invención.
Los inventores no pretenden quedar ligados a la teoría, pero su comprensión es que el mecanismo por medio del que los objetos de material de desecho discretos se fragmentan por medio del vapor y la descomprensión instantánea puede ser uno o más de fusión, hidrólisis y descomprensión térmica (aunque el mecanismo exacto dependerá de la naturaleza del objeto de material de desecho que se fragmente).
El método de la invención se puede llevar a cabo durante un número suficiente de ciclos para convertir el material de desecho original en un polvo, si eso es lo que se desea. La invención se puede usar para tratar artículos que son de materiales reciclables, en los que la forma fragmentada (por ejemplo, polvo) resultante del proceso de tratamiento se puede suministrar como materia prima para la producción de otros artículos a partir de ese material. Si el artículo que se ha tratado no es de un material reciclable (o no se requiere el reciclaje), entonces el material fragmentado se puede desechar de formas convencionales, pero con la ventaja proporcionada por la invención de que el volumen del material que se debe desechar es muy reducido en comparación con el artículo original. No obstante, no es un requisito de la invención que el método de la misma conduzca a la producción de un polvo. En determinados productos (por ejemplo, los artículos laminados, que se describen con más detalle a continuación), el requisito puede ser que, inicialmente, el material de desecho intratable se rompa en partes que sean más fácilmente susceptibles de procesamiento. Por tanto, en el caso de un artículo laminado, en el que las capas individuales están unidas entre sí, el requisito puede ser la separación de las capas que se pueden procesar posteriormente, según se requiera.
Se debería apreciar que la invención difiere en un número de maneras de las divulgaciones de las memorias descriptivas mencionadas anteriormente, es decir, los documentos US-A-4540467 y EP-A-1 628736. Con respecto al documento US-A-4 540 467, este contempla únicamente una etapa de descompresión y presurización individual. De hecho, el aparato particular divulgado en el documento US-A-4 540467 para llevar a cabo el método descrito en el mismo se adapta de forma particular a una etapa de despresurización y presurización individual. Con más detalle, tal aparato tiene un recipiente de presión con ventanas superior e inferior. El residuo a tratar se carga en el recipiente a través de la ventana superior y, al completar la etapa de presurización, se abre la ventana inferior para descargar el residuo. Además, en las condiciones de tratamiento divulgadas en la patente de Estados Unidos n.° 4 540 467, los artículos de plástico permanecen intactos (véase lo anterior) y no se fragmentan, aunque estos se pueden tratar con éxito mediante el método de la invención (véase lo siguiente). Adicionalmente, el método de la presente invención no requiere el tratamiento previo del(de los) objeto(s) de desecho a fragmentar con ningún agente de tratamiento, tal como agentes tensioactivos, compuestos blanqueantes, ácidos o bases, tales como los generalmente requeridos para el método de la patente de Estados Unidos.
En relación con el documento EP-A-1 628 736, esta memoria descriptiva anterior no contempla un método de fragmentación de objetos de material de desecho discretos. Más bien, la memoria descriptiva anterior está relacionada con la limpieza de un artículo (es decir, el componente de filtro) que permanece por sí mismo intacto al final del proceso de tratamiento y únicamente se eliminan los depósitos poliméricos contaminantes y restringidos. Visto de otra manera, el método de la invención fragmenta, lo que se puede considerar que es, un cuerpo que define una forma del objeto que se trata. De este modo, el cuerpo del objeto se fragmenta (en otras palabras, se destruye por desintegración). Esto está en contraste completo con el método del documento EP-A-1628 736 en el que el cuerpo del artículo (es decir, el componente de filtro) permanece intacto y el proceso es una operación de limpieza para limpiar ese componente de los contaminantes.
La invención se puede aplicar al tratamiento de una amplia gama de objetos de material de desecho.
De este modo, por ejemplo, el método se puede aplicar al tratamiento de desechos domésticos o municipales, que comprenderán muchos objetos de material de desecho discretos que pueden ser fragmentados mediante el método de la invención, aunque generalmente los artículos metálicos permanecerán intactos, pero pueden ser fácilmente tamizados del remanente en polvo mediante técnicas convencionales. Los ejemplos de objetos de material de desecho en los residuos domésticos/municipales que se pueden fragmentar mediante el método de la invención incluyen los residuos de alimentos, el papel, los plásticos, la madera y el vidrio. Los residuos de alimentos que pueden ser fragmentados mediante el método de la invención incluyen productos cocidos y crudos de origen animal o vegetal, por ejemplo, carne, aves, pescado, frutas, verduras, etc. El remanente fragmentado no requiere ninguna otra descomposición antes del desecho final, por ejemplo, en el vertedero. Esto se debe comparar con la realización preferida del documento US 4540467, en la que el remanente fragmentado de los residuos municipales (obtenido de la etapa de "descompresión explosiva") se descarga en una fosa y se pulveriza con bacterias para el compostaje a fin de producir una descomposición final de los remanentes. Aunque esta realización de la invención sigue contemplando el vertido del remanente fragmentado, el volumen del remanente es muy reducido en comparación con el residuo original y, tal como se ha indicado, se encuentra en una condición estéril que lo hace ideal para su desecho en vertedero, dado que es la vía elegida.
La invención tiene una aplicación particular en el tratamiento de botellas que comprenden plástico para convertir tales artículos en fragmentos que, tal como se ha indicado, podrían ser reciclados o, como mínimo, tener una reducción significativa de volumen en comparación con el artículo original, de modo que sean menos problemáticos a efectos de desecho. Tales botellas que comprenden plástico pueden ser las que comprenden:
(a) un polímero de condensación, tal como un poliéster (por ejemplo, tereftalato de polietileno (PET)), poliamida, policarbonato o acetato de celulosa;
(b) un polímero o copolímero de olefina, por ejemplo, polietileno, polipropileno o PTFE; o
(c) poliuretano, PVA, PVC, poliestireno, PEEK, caucho o silicona.
A modo de ejemplo, el método de la invención se puede usar para tratar botellas de plástico (en particular, botellas de PET) a fin de convertir el material de plástico en fragmentos para su reciclaje. Se apreciará que las botellas de plástico vacías ocupan un volumen significativo, pero, mediante la conversión en fragmentos mediante el método de la invención, el volumen ocupado por el material fragmentado es significativamente menor que el ocupado por las propias botellas.
En una divulgación, los filtros de plástico que pueden haber sido usados para la purificación de gases (por ejemplo, aire) o líquidos se pueden fragmentar. Tales filtros pueden tener materiales atrapados que se desea recuperar. Un ejemplo particular que se puede mencionar son los isótopos, sean estos o no radiactivos. Mediante el sometimiento de tales filtros al método de la invención, se producen fragmentos que, debido a su alta área superficial, son susceptibles de ser procesados para recuperar el componente.
Un uso adicional de la presente invención (al que se ha hecho una breve referencia anteriormente) es su aplicación a artículos laminados, específicamente materiales compuestos que han llegado al final de su vida útil a fin de recuperar las capas individuales de material.
Los materiales compuestos, tales como la fibra de carbono, a menudo se construyen a partir de muchas hebras de material, unidas para dar lugar a capas de resinas o adhesivos. Esta unión crea materiales excepcionalmente fuertes y resistentes, pero las hebras, por consiguiente, resultan difíciles de recuperar al final de la vida de un artículo producido a partir del material. Los métodos convencionales de recuperación implican el calentamiento del artículo en un horno para llevar a cabo el deslaminado, pero sin el uso de una atmósfera inerte, y existe la posibilidad de combustión/oxidación y rotura química de las fibras debido a la presencia de oxígeno. En un método divulgado, estos artículos pueden ser deslaminados de forma eficaz y, por tanto, recuperar hebras individuales de material, sin la combustión o degradación de ese material.
Los ensayos de los inventores con fibra de carbono han recuperado fibras de alta calidad de buena longitud y con valor comercial. En comparación, otros métodos de recuperación de fibras tienen como resultado fibras picadas, quemadas y de longitud muy corta que tienen un escaso valor comercial debido al hecho de que estas no se adaptan para muchas aplicaciones sensibles.
Mediante la eliminación de manera eficaz de las resinas que unen capas de material compuesto entre sí, los inventores son capaces de recuperar fibras. Las condiciones de proceso suaves y la ausencia de oxígeno (logrados manteniendo un suministro de vapor recalentado al recipiente durante la etapa de descompresión instantánea) significan que esas fibras son de elevada calidad y de calidad y resistencia similar a las fibras prístinas.
La invención también es aplicable al tratamiento de una amplia gama de materiales adicionales a aquellos analizados anteriormente. Los ejemplos incluyen los residuos de alimentos, la madera, los materiales de construcción (por ejemplo, la piedra gruesa para cimientos, los materiales cementosos, los materiales de ladrillo), la madera, el vidrio, el papel, el cartoncillo y los materiales textiles. No obstante, generalmente, los metales no son fragmentados mediante el método de la invención.
Un ejemplo adicional de artículo que se puede tratar es un colchón, por ejemplo, de un hogar o de una institución, tal como un hospital o una residencia. El desecho de los colchones plantea un problema particular, dado que estos son objetos grandes y voluminosos y (en algunos casos) pueden estar sucios. Con el método de la invención, un colchón se puede tratar de modo que los componentes textiles del mismo (es decir, la funda y el relleno) se fragmenten completamente para dejar un remanente estéril, aunque los muelles metálicos del colchón permanezcan. El metal se puede reciclar usando procedimientos convencionales (por ejemplo, fundición) y el remanente textil fragmentado se puede usar como aislante o como relleno (por ejemplo, para cojines).
La invención se puede llevar a cabo de varias maneras. De este modo, por ejemplo, se puede someter simultáneamente una pluralidad de artículos del mismo material a las etapas de presurización (con vapor saturado) y descompresión rápida en el recipiente de presión. De este modo, simplemente a modo de ejemplo, se puede tratar simultáneamente una pluralidad de botellas de plástico del mismo material. Obviamente, por medio del tratamiento de los artículos del mismo material, se garantiza que el producto fragmentado (por ejemplo, en polvo) resultante sea un material "individual", tal como se puede desear, con fines de reciclaje. En otras realizaciones de la invención, el método de tratamiento se puede aplicar a una mezcla de artículos residuales (por ejemplo, tal como se hallan en la basura doméstica), en cuyo caso se puede generar un producto fragmentado mixto y determinados artículos (por ejemplo, cualquier artículo metálico) permanecerán sustancialmente inalterados y se pueden tamizar del producto fragmentado. En otros casos, el método de la invención se puede aplicar a un artículo individual, en particular, para el caso en el que el artículo sea relativamente grande y el recipiente de presión únicamente pueda alojar uno de tales artículos. Un ejemplo particular de este caso es un colchón.
En la siguiente descripción, la etapa rápida de reducción de presión empleada en la invención (es decir, una reducción de al menos 50 kPa (0,5 bares) en como máximo 5 segundos) se denomina "descompresión instantánea".
Generalmente, el método de la invención implicar someter el(los) objeto(s) de material de desecho a tratar a una atmósfera de 100 a 1.500 kPa (de 1 a 15 bares) por encima de la presión atmosférica (o incluso mayor) de vapor recalentado. No obstante, generalmente, las presiones de 400 a 600 kPa (de 4 a 6 bares) por encima de la presión atmosférica resultan apropiadas. La presión se puede elevar hasta el valor deseado durante cualquier período apropiado, por ejemplo, de 1 a 10 horas, y la descompresión instantánea se puede llevar a cabo tan pronto como se alcance el valor deseado. Como alternativa, el(los) objeto(s) residual(es) se puede(n) someter a vapor recalentado a una presión particular durante una duración de tiempo determinada antes de llevar a cabo la descompresión instantánea.
La reducción de presión lograda durante la descompresión instantánea (en menos de cinco segundos) puede ser de al menos 100 kPa (1 bar), por ejemplo, al menos 200 kPa (dos bares), aunque se apreciará que la reducción máxima de presión que se puede lograr depende del aumento de presión inicial por encima de la presión atmosférica. Tal como se indica, la descompresión instantánea se lleva a cabo en un máximo de cinco segundos. Más preferentemente, la descompresión instantánea se logra en como máximo cuatro segundos, más preferentemente como máximo tres segundos, incluso más preferentemente como máximo dos segundos y lo más preferentemente en un período de tiempo de un segundo o menos. Generalmente, el tiempo de la descompresión instantánea será un mínimo de un milisegundo. De este modo, por ejemplo, un período de un milisegundo a cinco segundos puede resultar apropiado.
Para los fines de llevar a cabo la descompresión instantánea, el recipiente en el que se trata el elemento de filtro estará provisto de una válvula apropiada (la "válvula de descompresión instantánea") que se puede abrir rápidamente para permitir la liberación (del recipiente) del vapor recalentado para llevar a cabo la descompresión instantánea. Por ejemplo, la válvula de descompresión instantánea puede ser una válvula de mariposa o una válvula similar de restricción de flujo baja y apertura rápida.
El vapor recalentado proporcionado al recipiente, generalmente, estará a una temperatura de al menos 150 °C, más preferentemente al menos 200 °C, más preferentemente al menos 300 °C y lo más preferentemente al menos 400 °C. Generalmente, el vapor recalentado, tal como se suministra al recipiente, tendrá un máximo de 500 °C. Se prefiere, de forma particular, que el vapor recalentado suministrado al recipiente tenga una temperatura de 400 °C a 500 °C. Aunque se suministre el vapor recalentado al recipiente a una temperatura particular, se apreciará que existirá cierto enfriamiento del vapor dentro del recipiente de modo que la temperatura a la que se produzca la "descompresión instantánea", al menos inicialmente, sea bastante menor que la temperatura del vapor recalentado, tal como se suministra. No obstante, con ciclos repetidos de presurización (con vapor recalentado) y descompresión instantánea, aumentará la temperatura dentro del recipiente en el momento de la descompresión instantánea.
El método de la invención implica etapas repetidas de someter el(los) objeto(s) de material de desecho a vapor recalentado a una presión de al menos 50 kPa (0,5 bares) por encima de la presión atmosférica y, posteriormente,
llevar a cabo la descompresión instantánea. El número de etapas repetidas necesarias para lograr un grado deseado de fragmentación depende de varios factores, en particular, de la naturaleza del(de los) objeto(s) de material de desecho que se trate(n), la temperatura del recipiente (que, a su vez, depende de la temperatura del vapor recalentado suministrado al recipiente), el grado al que se presuriza el recipiente y la rapidez de la descompresión instantánea. La persona experta es capaz de llevar a cabo de forma sencilla experimentos simples para determinar cuántas etapas de repetición se requieren. No obstante, simplemente a modo de ejemplo, los objetos de plástico de desecho se pueden tratar usando el vapor recalentado suministrado a una temperatura de 350 °C y llevando a cabo 90 ciclos de presurización a 500 kPa (5 bares) (presión manométrica) y descompresión hasta la presión atmosférica en menos de 5 segundos con intervalos de 2 minutos para una fragmentación y una reducción de volumen máximas.
En una realización ventajosa de la invención, el suministro de vapor recalentado al recipiente se mantiene durante la etapa de descompresión instantánea, particularmente en el caso en el que se desea que se mantenga una atmósfera sustancialmente libre de oxígeno en el recipiente.
En un perfeccionamiento de la invención, el recipiente se suministra inicialmente con vapor limpio saturado y seco que estará a una temperatura de 100-150 °C que sirva para calentar el(los) artículo(s) objeto de tratamiento algo antes de la introducción del vapor recalentado. El vapor saturado y seco es vapor que ha absorbido la cantidad máxima de entalpía de evaporación y está seco en un 100 %, es decir, no contiene humedad.
Un aparato para llevar a cabo el proceso de la invención puede comprender, además de la válvula de descompresión instantánea, una válvula de control de flujo de salida que se puede ajustar para proporcionar un flujo de vapor deseado a través del recipiente. La válvula de salida puede, por ejemplo, ser una válvula de aguja.
Tomando en consideración los puntos anteriores, un proceso preferido de acuerdo con la invención comprende las etapas siguientes (tras la introducción del(de los) artículo(s) objeto de tratamiento en el recipiente de presión):
(a) introducción inicial de vapor limpio saturado y seco, (lográndose la temperatura deseada por medio del control del flujo de salida de vapor mediante una válvula de control fino);
(b) introducción de vapor limpio recalentado y seco a, por ejemplo, 400 °C en el recipiente y mantenimiento de la válvula de control de flujo de salida en posición abierta. Esta etapa se lleva a cabo de modo que la temperatura del recipiente se lleve hasta un nivel deseado;
(c) cierre de la válvula de control de flujo de salida para permitir que la presión en el recipiente aumente hasta un valor predeterminado, por ejemplo, 300 kPa (3 bares);
(d) ejecución de la descompresión instantánea tan pronto como (o poco después de) se haya alcanzado la presión deseada en el recipiente (por ejemplo, 300 kPa (3 bares)) por medio de la apertura de la válvula de descompresión instantánea;
(e) cierre de la válvula de descompresión instantánea;
(f) ejecución de al menos un ciclo adicional de las etapas (d)-(e);
(g) apertura de la válvula de control de flujo de salida y sometimiento del(de los) artículo(s) a un período adicional de tratamiento con el vapor recalentado;
(h) repetición de las etapas (c)-(g) con la frecuencia que sea necesaria;
(i) cierre de la válvula de control de flujo de salida para permitir que la presión en el recipiente aumente hasta un valor predeterminado, por ejemplo, 300 kPa (3 bares);
(j) ejecución de la descompresión instantánea final y facilitación del enfriamiento del recipiente.
La descompresión instantánea se puede llevar a cabo por medio de la apertura de la válvula de descompresión instantánea y purga del vapor recalentado directamente a la atmósfera. No obstante, generalmente, se preferirá más transferir el vapor del recipiente en el que se trata el componente de filtro al interior de un denominado recipiente de 'soplado', a partir del que el vapor se descarga a la atmósfera o bien se hace pasar a una etapa de tratamiento de humos.
El método de la invención se puede llevar a cabo usando un aparato que generalmente se ilustra en, y se describe con referencia a, las Figuras 1 y 2 del documento EP-A-1 628736 con la modificación apropiada.
La invención se ilustrará de forma adicional por medio de los siguientes ejemplos no limitantes que se diseñaron para mostrar las reducciones de volumen de los materiales residuales que se pueden conseguir usando el método de la invención.
En todos los ejemplos, el residuo a tratar se colocó en una cesta de malla. Se indicará que, en tres de estos Ejemplos, el volumen de material antes del proceso es el mismo en cada caso. Esto se debe a que el material se compacta al máximo en estas circunstancias (evidentemente, sigue conteniendo bolsas de aire y huecos) y es aproximadamente igual al volumen de la cesta del proceso.
Ejemplo 1
Plásticos mixtos
Se recopiló una muestra de plásticos mixtos que comprendían diversos envases alimentarios y otros objetos de plástico domésticos generales. La muestra comprendía botellas de refrescos (PET), bandejas de comida preparada y tapas de película (PET), bandejas de herramientas endurecidas (del tipo que se usa para almacenar tuercas y tornillos), botellas y tapas de cosméticos, 2,43 metros (8 pies) de aislamiento de cable de cobre y una sección de tubería de desagüe convencional (PVC).
La muestra pesaba 1.489 gramos y, con el fin de llevar a cabo el método de la invención, se compactó a mano en una cesta perforada para que ocupara aproximadamente todo el volumen de la cesta (6.185 cm cúbicos).
La muestra se trató de acuerdo con el método de la invención durante un período total de 60 minutos usando las siguientes condiciones:
(i) vapor generado a 400 grados Celsius y 500 kPa (5 bares);
(ii) presión de recipiente inmediatamente antes de la descompresión: 450 kPa (4,5 bares) (presión manométrica); (iii) reducción de presión lograda mediante la descompresión: 350 kPa (3,5 bares);
(iv) tiempo para la descompresión instantánea: 3 segundos;
(v) 80 ciclos a 45 segundos/ciclo.
Al final del proceso, se halló que el peso de la muestra se había reducido hasta 1.195 gramos y su volumen hasta 3.433 cm cúbicos.
En el recipiente del proceso había pruebas de cierta fusión en las que se podía observar que el material había caído fuera del flujo de vapor en zonas muertas. La mayor parte de la muestra se había descompuesto y compactado claramente en la cesta.
El remanente era un producto de flujo libre y frágil sin integridad estructural. Se halló que la muestra original (que comprendía objetos enteros) estaba fragmentada en un producto mixto y compactado. El color no era uniforme, pero había rastros de cada color original "mezclados" a través del producto fragmentado y de flujo libre.
Ejemplo 2
Residuo de alimentos
Se creó una muestra de productos alimenticios mixtos y algunos envases típicos. Los productos alimenticios comprendían carne como verduras cocidas y crudas, así como objetos procesados, tales como galletas, chocolate y "comidas preparadas". Los envases comprenden bandejas de "comida preparada" con tapas de película, cubiertas de cartón satinado y embalajes de bebidas.
La muestra se trituró y compactó a mano en una cesta perforada que, con la muestra, pesaba un total de 3.105 g. El volumen compactado de la muestra era de aproximadamente 6.185 cm cúbicos.
La muestra se sometió a repetidas etapas de presurización con vapor recalentado y "descompresión instantánea" usando las mismas condiciones detalladas en el Ejemplo 1 durante un total de 60 minutos.
La temperatura máxima alcanzada durante el proceso fue de 380 °C y la presión promedio alcanzada anterior fue de 420 kPa (4,2 bares).
Al finalizar, se halló que la muestra pesaba 1.700 gramos y ocupaba un volumen de aproximadamente 2.470 cm cúbicos. A excepción de la olla de acero (que no se vio afectada), el material residual estaba completamente desintegrado, principalmente hasta convertirse en polvo no uniforme.
No había ningún olor detectable en la muestra después del proceso.
Ejemplo 3
Piedra gruesa para cimientos y madera procesada
Se creó una muestra de ladrillo, hormigón y madera procesada. El material de ladrillo y hormigón se rompió en trozos pequeños para poder cargarlo en una cesta perforada. El material de madera consistía en trozos de tablas típicas de palés y de palos de escoba rotos.
La muestra se compactó al máximo en una cesta perforada. El peso combinado de la cesta y la muestra era de 4.229 gramos. La muestra ocupaba aproximadamente 3.772 cm cúbicos, aunque, debido a la estructura de los materiales procesados, había algún espacio intersticial dentro de la cesta.
La muestra se sometió a etapas repetidas de presurización con vapor recalentado y "descompresión instantánea" usando las mismas condiciones detalladas en el Ejemplo 1 durante un total de 60 minutos.
La temperatura máxima alcanzada durante el proceso fue de 390 °C.
Al finalizar, se halló que la muestra sólo había cambiado ligeramente. El material de ladrillo no había cambiado, el material de hormigón se había corroído un poco, pero no en gran medida. El material de madera se había fracturado en trozos más pequeños, pero no había cambiado en gran medida. Se halló que el peso de la muestra después del proceso era de 4.204 gramos y el volumen ocupado por la muestra no había cambiado.
Ejemplo 4
Papel y cartoncillo
Se creó una muestra de papeles y cartoncillos mixtos. Esta consistía en periódicos enteros, papel de impresora convencional, papel satinado y pequeños trozos de cartoncillo.
La muestra se compactó a mano en la cesta perforada. El peso de la muestra era de 1.940 gramos. La muestra compactada ocupaba un volumen de aproximadamente 6.185 cm cúbicos.
La muestra se sometió a etapas repetidas de presurización con vapor recalentado y "descompresión instantánea" usando las mismas condiciones detalladas en el Ejemplo 1 durante un total de 60 minutos.
La temperatura máxima alcanzada durante el proceso fue de 405 °C.
Al final del proceso, la muestra estaba completamente degradada. El papel y el cartoncillo se fragmentaron en pequeños copos y se compactaron en el fondo de la cesta perforada. El peso combinado de la cesta y la muestra era de 1.735 gramos. La muestra ocupaba un volumen de aproximadamente 3.127 cm cúbicos.
La siguiente Tabla resume los resultados de los Ejemplos 1 a 4
Tal como se puede observar en las cifras promedio de la parte inferior de la tabla, se pueden conseguir reducciones de volumen potencialmente grandes en el volumen de desechos. Si se descuentan las cifras correspondientes a la piedra gruesa para cimientos y a la madera (separados de los residuos generales), la cifra se eleva al 49 % de reducción promedio del volumen.
Por lo tanto, se demuestra que el proceso es capaz de reducir casi a la mitad el volumen de algunos residuos.
Se cree que la reducción de peso es atribuible al producto gaseoso que se escapa del recipiente, a pequeños remanentes sobre las superficies interiores del recipiente que no se pueden recoger y también a algún error experimental.
Ejemplo 5
Laminado de fibras de carbono
Se cargaron trozos sobrantes de laminado de fibras de carbono procedentes de la industria aeronáutica que pesaban un total de 194 gramos en el interior de una cesta de acero inoxidable que, posteriormente, se transfirieron a un pequeño recipiente de presión.
Se trató la muestra de acuerdo con el método de la invención usando las siguientes condiciones:
(i) vapor recalentado generado a 550 °C;
(ii) tiempo para presurizar el recipiente: 15 segundos;
(ii) presión de recipiente inmediatamente antes de la descompresión: 500 kPa (5 bares) de presión manométrica; (iv) válvula de salida abierta durante un total de 5 segundos durante los que se produce la descompresión instantánea;
(v) reducción de presión lograda por medio de la descompresión instantánea: 400 kPa (4 bares).
El método implicó ciclos repetidos de las etapas (ii)-(v) durante un período total de 3 horas, después de las que se permitió el enfriamiento del recipiente. Se mantuvo el flujo de vapor al recipiente durante todas las 3 horas, incluso durante la etapa de descompresión.
Al final del método, se recuperaron 75 gramos de fibras de carbono de forma que aproximadamente 119 gramos de resina se eliminaron en el flujo de vapor durante la descompresión (aunque es posible que parte de las fibras sueltas más pequeñas se hayan perdido en el flujo de vapor de salida).
El remanente de fibras sueltas restante tuvo unas propiedades de tracción similares a aquellas mostradas por las fibras de carbono prístinas.
Claims (12)
1. Un método de fragmentación de un objeto de material de desecho discreto o una combinación de objetos de material de desecho discretos, comprendiendo los objetos de material de desecho botellas que comprenden polímero, artículos laminados, productos alimenticios o residuos domésticos o municipales, comprendiendo el método las etapas de:
(a) introducir dicho objeto de material de desecho discreto o combinación de objetos de material de desecho discretos en un recipiente de presión,
(b) someter dicho objeto u objetos a una atmósfera de vapor recalentado en el recipiente de al menos 0,5 bares por encima de la presión atmosférica,
(c) posteriormente, descomprimir el recipiente para lograr una reducción de presión de al menos 0,5 bares en como máximo 5 segundos, y
(d) repetir las etapas (b) y (c) para llevar a cabo la fragmentación de dicho objeto de material de desecho o combinación de objetos de material de desecho.
2. Un método según la reivindicación 1, en donde la reducción de presión es de al menos 1 bar, preferentemente de al menos 2 bares.
3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la reducción de presión se logra en como máximo 4 segundos, preferentemente en como máximo 3 segundos, más preferentemente en como máximo 2 segundos y lo más preferentemente en como máximo 1 segundo.
4. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el objeto o los objetos se someten a una atmósfera de 2 a 15 bares por encima de la presión atmosférica del vapor recalentado.
5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende al menos dos ciclos de sometimiento del objeto o los objetos a la atmósfera de vapor recalentado a una presión de al menos 0,5 bares por encima de la presión atmosférica en el recipiente y, posteriormente, descompresión del recipiente para lograr la reducción de presión de al menos 0,5 bares en como máximo 5 segundos, opcionalmente, en donde el vapor recalentado se deja fluir a través de recipiente entre dichos ciclos.
6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende al menos un conjunto de ciclos repetidos de sometimiento del componente a la atmósfera de vapor recalentado a una presión de 0,5 bares por encima de la presión atmosférica en el recipiente y, posteriormente, descompresión del recipiente para lograr la reducción de presión de al menos 0,5 bares en como máximo 5 segundos, opcionalmente, en donde los ciclos de un conjunto se llevan a cabo de manera sustancial directamente uno después del otro.
7. Un método según la reivindicación 6, que comprende al menos dos de dichos conjuntos de ciclos entre los que el vapor recalentado se deja fluir a través del recipiente.
8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde los objetos de material de desecho comprenden botellas que comprenden polímero y el polímero es:
(i) un polímero de condensación, en donde de manera opcionalmente adicional el polímero es un poliéster, una poliamida, un policarbonato o un acetato de celulosa, en donde de manera más opcionalmente adicional el polímero es tereftalato de polietileno; o
(ii) un polímero o un copolímero de olefina, opcionalmente, en donde el polímero es polietileno, polipropileno o PTFE; o
(iii) un poliuretano, PVA, PVC, poliestireno, PEEK, caucho o silicona.
9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el objeto o los objetos comprenden artículos laminados y los artículos laminados son laminados de fibras de carbono.
10. Un método según la reivindicación 9 llevado a cabo para el deslaminado de dichos artículos laminados.
11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el objeto o los objetos de desecho comprenden productos alimenticios y los productos alimenticios comprenden productos cocidos y/o crudos.
12. Un método según la reivindicación 11, en donde los productos alimenticios comprenden productos de origen animal y/o vegetal.
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