NL2015658B1 - Werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal. - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, waarbij het uitgangsmateriaal in een autoclaaf wordt gebracht en onder hoge druk en temperatuur wordt behandeld ter verkrijging van een of meer reststromen, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: i) het in een van een roerderwerk voorziene autoclaaf overbrengen van voornoemd organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, ii) het in voornoemde autoclaaf verwarmen van voornoemd organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal onder aansturing van het roerderwerk met een roerdergetal in het gebied van 5-50 omwentelingen per minuut, een temperatuur van ten minste 200 °C, en een druk van ten minste 20 bar, iii) het handhaven van de in stap ii) genoemde condities gedurende een periode van ten minste 0,1 uur, iv) het uit voornoemde autoclaaf wegnemen van de aldus gevormde een of meer reststromen.

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal.

Beschrijving

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, waarbij het uitgangsmateriaal in een autoclaaf wordt gebracht en onder hoge druk en temperatuur wordt behandeld ter verkrijging van een of meer reststromen. De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op de toepassing van een autoclaaf voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal.

In Nederland en Europa ligt een sterke nadruk op het voorkomen van het ontstaan van afval, hergebruik van grondstoffen uit de nog vrijkomende afvalstromen en terugwinning van energie. Dooreen afvalbeleid gericht op preventie en hergebruik wordt Europa minder afhankelijk van de import van grondstoffen en energie. Tevens vermindert de belasting van het milieu die hiermee samenhangt. Het Nederlandse en Europese beleid is goed afgestemd en geïntegreerd door afstemming van nationale wetgeving op Europese regelgeving.

Inmiddels is in Europa en zeker in Nederland de scheiding van huishoudelijk afval een belangrijk instrument waarbij de verschillende deelstromen uit het afval soms aan de bron maar soms ook door middel van nascheiding apart worden gewonnen en worden hergebruikt. Dit beleid is erg succesvol en leidt tot scheiding en hergebruik van kunststoffen, glas, metalen, papier, groente-, fruit- en tuinafval (GFT), inerte fracties zoals steen en puin en een restfractie die nog moet worden verbrand in een Afval Energie Centrale. Afgezien van de restfractie worden alle andere gescheiden deelstromen hergebruikt. Zo wordt GFT vergist en nagecomposteerd wat resulteert in biogas als hernieuwbare energiebron en in herbruikbare compost. Kunststoffen worden gescheiden en nagesorteerd en weer opgewerkt tot granulaat voor productie van nieuwe kunststof artikelen.

Voor een specifiek organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, zoals luiers en incontinentiemateriaal, is sprake van een aantal routes om dergelijke materialen te verwerken. In bijvoorbeeld gezinnen met jonge kinderen kunnen de luiers wel 50% van het gewicht en het volume van het huishoudelijk afval uitmaken.

Als mogelijke routes voor het verwerken van luierafval kunnen thans worden genoemd: - de AVI-route: in deze route worden de luiers als onderdeel van het restafval ingezameld en in een verbrandingsinrichting verbrand; - de composteringsroute: in deze route worden de luiers als onderdeel van het GFT-afval ingezameld en in een composteringsinrichting verwerkt; - de vergistingsroute: in deze route worden de luiers als onderdeel van het GFT-afval ingezameld en in een vergistingsinstallatie verwerkt; - de route gescheiden inzameling: in deze route worden de luiers apart ingezameld en in een installatie gescheiden in pulp, kunststof en andere fracties.

Ten aanzien van luiers is er sprake van een aantal bestanddelen waaruit de luiers zijn samengesteld, zoals super absorberende bestanddelen (SAP), kunststoffen, zoals polyetheen en polypropeen, maar ook pulpbestanddelen. Uit onderzoek is gebleken dat de samenstelling van luiers voor 60% van de droge stof pulp en voor 16% uit kunststof bestaat. Het aandeel pulp is in de loop van de tijd teruggelopen naar 40% en daarvan is ongeveer 30% in composterings- en vergistingsinstallaties moeilijk afbreekbare CTMP-pulp. Dit betekent dat van de luier een relatief klein deel in composterings- en vergistingsinstallaties afbreekbaar is. Daarnaast worden SAP’s beschouwd als niet-biologisch afbreekbaar. Dit betekent dat composteren en vergisten op ruim 60% van het droge stofdeel van de luier geen enkel effect heeft.

Methoden voor het scheiden van materialen die dergelijke SAP’s bevatten is onder meer bekend uit de Europese octrooipublicatie EP 2 782 651. Volgens de daaruit bekende methode wordt het uitgangsmateriaal, dat SAP, een vezelbestanddeel en een kunststofbestanddeel bevat, eerst verkleind, waarna aan het verkleinde materiaal een zout wordt toegevoegd. Vervolgens wordt het materiaal geroerd waarbij men stelt dat het materiaal niet een slurry of een deel van een slurry is. Tijdens voornoemde behandeling is het wenselijk dat het materiaal onder toevoeging van stoom wordt verwarmd, waarbij als specifiek zout aluminiumsulfaat wordt toegepast.

Verder is uit de Internationale aanvrage WO 2013/171248 een methode voor het scheiden van cellulose-kunstofmengproducten bekend, waarbij het cellulose-kunststofmengproduct met water wordt gemengd en vervolgens in een roerderautoclaaf wordt overgebracht. Het in de autoclaaf aanwezige materiaal wordt onder voortdurend roeren met een roerdergetal van 50 tot 350 omwentelingen per minuut, op een temperatuur van 150 °C tot 250 °C en bij een druk van 1,2 tot 3,0 MPa behandeld. Onder handhaving van voornoemde condities gedurende een periode van 0,3 tot 6 uren wordt de in het uitgangsmateriaal aanwezige cellulose gehydrolyseerd waarbij de kunststoffen tot kogelvormige pakketten agglomereren.

De uit voornoemde Internationale aanvrage bekende methode kent als voorwaarde dat aan het uitgangsmateriaal water moet worden toegevoegd. Het toevoegen van een aanvullende hoeveelheid water heeft echter tot gevolg dat de energiebehoefte van het proces toeneemt. Bovendien zal het met voornoemde methode verkregen eindproduct een grote hoeveelheid water bevatten, hetgeen ongewenst is. Daarnaast is het eindproduct van voornoemde methode één grote kunststofbol, welke kunststofbol het nadeel heeft dat die lastig uit de autoclaaf is te verwijderen. Dit betekent dat de autoclaaf moet worden voorzien van een grote losopening om te voorkomen dat de autoclaaf verstopt raakt tijdens het lossen. Voor een hogedrukautoclaaf heeft dit tot gevolg dat er een dure en technisch complexe voorziening moet worden getroffen, hetgeen in de praktijk ongewenst is. Bovendien zijn dergelijke kunststofbollen na de methode zeer heet, waarbij tevens sprake is van een zeer langzame afkoeling.

Het doel van de onderhavige uitvinding is derhalve het verschaffen van een werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal waarbij een of meer reststromen worden verkregen die op eenvoudige en nuttige wijze kunnen worden hergebruikt.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het verwerken van een organisch bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal waarbij de vorming van een grote bol kunststoffen wordt voorkomen.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het verwerken van een organisch bestanddeel van het uitgangsmateriaal waarbij een zo energetisch gunstige procesvoering wordt toegepast.

De onderhavige uitvinding heeft aldus betrekking op een werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, waarbij het uitgangsmateriaal in een autoclaaf wordt gebracht en onder hoge temperatuur wordt behandeld ter verkrijging van een of meer reststromen, waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat: i) het in een van een roerderwerk voorziene autoclaaf overbrengen van voornoemd organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, ii) het in voornoemde autoclaaf verwarmen van voornoemd organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal onder aansturing van het roerderwerk met een roerdergetal in het gebied van 5-50 omwentelingen per minuut, een temperatuur van ten minste 200 °C, en een druk van ten minste 20 bar, iii) het handhaven van de in stap ii) genoemde condities gedurende een periode van ten minste 0,1 uur, iv) het uit voornoemde autoclaaf wegnemen van de aldus gevormde een of meer reststromen.

Onder toepassing van de hiervoor genoemde stappen i) - iv) wordt aan een of meer van voornoemde doelstellingen voldaan.

De onderhavige uitvinders hebben met name geconstateerd dat wanneer in stap i) een autoclaaf wordt toegepast waarvan het roerderwerk is voorzien van een of meer elementen die langs de binnenwand van de autoclaaf ronddraaien, de vorming van een grote kunststofbal wordt voorkomen. Het is aldus wenselijk dat er geen roerderwerk wordt toegepast dat bestaat uit een centraal gepositioneerde kleine mengschroef met hoog toerental, maar dat een roerderwerk wordt toegepast waarbij er sprake is van bijvoorbeeld lange gebogen armen. Dergelijke, lange gebogen armen worden met een laag toerental aangestuurd, waarbij de gebogen armen langs de wanden van de autoclaaf worden verplaatst, waarmee een goede inwendige menging van de autoclaaf tot stand wordt gebracht. De uitvinders hebben geconstateerd dat onder toepassing van een dergelijk roerderwerk een meervoud van kleine wervelingen langs de wand van de autoclaaf ontstaat, waarbij de inhoud van de autoclaaf volgens gunstige wijze door elkaar wordt gemengd. Indien daarentegen een centraal gepositioneerd klein roerderwerk wordt toegepast, dan is er sprake van een centrale vortex, maar in de onderhavige werkwijze zal een veelvoud aan kleine wervelingen ontstaan, hetgeen tot gevolg heeft dat de vorming van een grote kunststofbal wordt voorkomen. Onder toepassing van een dergelijk roerderwerk ontstaat volgens de onderhavige werkwijze aldus in de autoclaaf een veelvoud aan kleine kunststofagglomeraten. Dergelijke kleine kunststofagglomeraten kunnen volgens eenvoudige wijze na afloop van de onderhavige werkwijze uit de autoclaaf worden weggenomen.

De onderhavige werkwijze wordt verder gekenmerkt doordat in stap ii) een druk van ten minste 30 bar, bij voorkeur ten minste 35 bar wordt toegepast. Een dergelijke druk heeft tot gevolg dat de in de autoclaaf plaatsvindende reacties gunstig en snel verlopen.

Het verdient verder de voorkeur dat in stap ii) een temperatuur van ten minste 220 °C, bij voorkeur ten minste 250 °C wordt toegepast. Een dergelijke temperatuur is met name gunstig om het organisch bestanddelen bevattende uitgangsmateriaal om te zetten in een of meer reststromen, waarbij in het bijzonder reststromen worden verkregen die niet als één grote klont in de autoclaaf worden gevormd. Een dergelijke temperatuur is bijvoorbeeld realiseerbaar door de injectie van stoom in de autoclaaf.

Voor het tot stand brengen van een goede menging in de autoclaaf is het wenselijk dat in stap ii) een roerdergetal van 10-40, bij voorkeur 20-40, omwentelingen per minuut wordt toegepast. Onder toepassing van een dergelijk roerdergetal hebben de onderhavige uitvinders geconstateerd dat de inhoud van de autoclaaf als het ware wordt omgeschept. Aldus ontstaat niet één vortex maar een meervoud aan kleine wervelingen waardoor de vorming van één groot agglomeraat wordt voorkomen. De vorming van kleine agglomeraten heeft tot gevolg dat die eenvoudig met de slurry uit de autoclaaf zijn af te voeren, waardoor de autoclaaf van een kleine afvoeropening kan zijn voorzien. Een dergelijke kleine afvoeropening is bij een hogedrukautoclaaf technisch en eenvoudig te realiseren. Bovendien heeft een dergelijk roerdergetal met name bij het opstarten van de onderhavige werkwijze tot gevolg dat de temperatuur gelijkmatig over de inhoud van de autoclaaf wordt verdeeld, waarbij de vorming van zogenaamde “cold en hot spots” wordt voorkomen.

Onder toepassing van de hiervoor genoemde procescondities hebben de onderhavige uitvinders geconstateerd dat een snelle hydrolysatie van de cellulosebestanddelen plaatsvindt, waardoor een relatief korte verblijftijd in de autoclaaf mogelijk is. Omdat de verblijftijd in de autoclaaf aanzienlijk korter is dan bijvoorbeeld in de hiervoor besproken Internationale aanvrage WO 2013/171248, zal ook de capaciteit van de autoclaaf worden verhoogd onder handhaving van de beoogde functionaliteit, waarbij in het bijzonder bij luiers moet worden gedacht aan de inactivering van geneesmiddelen en afdoding van pathogene bestanddelen.

Onder toepassing van de onderhavige werkwijze is het tevens gebleken dat de daarmee verkregen reststromen gunstig kunnen worden hergebruikt. De bijvoorbeeld bij de verwerking van luiers en incontinentiemateriaal verkregen reststromen kunnen opnieuw worden toegepast, waarbij de onderhavige werkwijze een gunstige bijdrage levert aan het milieu.

De onderhavige werkwijze is in het bijzonder geschikt wanneer als organische bestanddelen bevattend uitgangsmaterialen een of meer van luiers, maandverband en incontinentiematerialen worden toegepast.

De onderhavige uitvinders hebben verder geconstateerd dat als organische bestanddelen bevattende uitgangsmaterialen ook slib afkomstig van een afvalwaterzuiveringsinstallatie kan worden toegepast.

Voor het tot stand brengen van een energetisch gunstige werkwijze is het wenselijk dat in stap i) geen additionele hoeveelheid water wordt toegevoegd aan de autoclaaf.

De onderhavige uitvinding ziet verder toe op de toepassing van een van een roerderwerk voorziene autoclaaf voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal tot een of meer reststromen, waarbij een autoclaaf wordt toegepast waarvan het roerderwerk is voorzien van een of meer elementen die langs de binnenwand van de autoclaaf ronddraaien.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal voorbeelden worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot dergelijke bijzondere voorbeelden is beperkt.

De ingesloten figuur geeft de biogasproductie als functie van de tijdsduur (in dagen) weer.

Voorbeeld 1

Een hoeveelheid gebruikte babyluiers werd in een reactorvat gebracht en verwarmd tot een temperatuur van 218 °C bij een druk van circa 20 BAR onder roeren met een centraal onder in de reactor gepositioneerd roerderwerk. Het roerderwerk werd aangestuurd met een toerental van 200 toeren per minuut. Na 90 minuten werd de behandeling afgebroken door de druk af te laten en de inhoud te koelen. Het bleek dat er geen afscheiding van de kunststoffen had plaatsgevonden.

Vervolgens werd het reactorvat opnieuw gesloten. De inhoud van het reactorvat werd opnieuw verhit tot een temperatuur van 218 °C bij een druk van circa 20 BAR en het roerderwerk werd aangestuurd met een toerental van circa 200 toeren per minuut. Na 120 minuten werd het reactorvat opnieuw gekoeld, de druk afgelaten en geopend. Het bleek dat er een volledige afscheiding heeft plaatsgevonden van het plastic en dat de overige delen van de luiers waren opgelost in de vorm van een homogene slurry. De plastic dreef in de slurry in de vorm van een bal met een gewicht dat overeenkomst met 11% van de behandelde hoeveelheid luiers.

Voorbeeld 2

In een volgende proef werd opnieuw een hoeveelheid gebruikte babyluiers in een reactorvat gebracht en verwarmd tot een temperatuur van 258 °C bij een druk van 46 BAR. De reactor werd geroerd door middel van een roerderwerk. Het roerderwerk was onder in het reactorvat gepositioneerd door middel van plaatsing aan het uiteinde van een roerderas. Het roerderwerk bestond uit een dwars op de roerderas geplaatst metalen deel met aan de twee uiteinden schuin omhoog staande roerbladen die zich op enkele centimeters afstand langs de binnenzijde van de opstaande wand van het reactorvat bewogen. Het roerderwerk draaide met een toerental van 20 tot 40 toeren per minuut. Na 15 minuten werd de behandeling afgebroken door de inhoud van het reactorvat te koelen en de druk af te laten. De reactor werd geopend. In de reactor was duidelijk zichtbaar dat de kunststof zich had afgescheiden in de vorm van meerdere kleine kunststof agglomeraten. De rest van de luiers is opgegaan in een homogene slurry.

Er werd een monster van de aldus geproduceerde slurry genomen. Verder werd een monster vergist groente-fruit en tuinafval (GFT) genomen en verdeeld in twee deelmonsters, aangeduid als vergist groente- fruit en tuinafval A en B. Aan monster B werd een deel van de geproduceerde luierslurry toegevoegd. Daarna werden de aldus verkregen monsters A en B elk in een thermofiele vergister op laboratoriumschaal gedurende 15 dagen vergist bij een temperatuur van 55 °C.

In de bijgevoegde figuur is duidelijk zichtbaar dat monster B een sterk verhoogde biogasproductie liet zien.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, waarbij het uitgangsmateriaal in een autoclaaf wordt gebracht en onder hoge druk en temperatuur wordt behandeld ter verkrijging van een of meer reststromen, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: i) het in een van een roerderwerk voorziene autoclaaf overbrengen van voornoemd organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal, ii) het in voornoemde autoclaaf verwarmen van voornoemd organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal onder aansturing van het roerderwerk met een roerdergetal in het gebied van 5-50 omwentelingen per minuut, een temperatuur van ten minste 200 °C, en een druk van ten minste 20 bar, iii) het handhaven van de in stap ii) genoemde condities gedurende een periode van ten minste 0,1 uur, iv) het uit voornoemde autoclaaf wegnemen van de aldus gevormde een of meer reststromen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in stap i) een autoclaaf wordt toegepast waarvan het roerderwerk is voorzien van een of meer elementen die langs de binnenwand van de autoclaaf ronddraaien.

3. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in stap ii) een druk van ten minste 30 bar, bij voorkeur ten minste 35 bar wordt toegepast.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in stap ii) een temperatuur van ten minste 220 °C, bij voorkeur ten minste 250 °C wordt toegepast.

5. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in stap ii) een roerdergetal van 10-40, bij voorkeur 20-40, omwentelingen per minuut wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal een of meer van luiers, maandverband en incontinentiematerialen worden toegepast.

7. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal slib afkomstig van een afvalwaterzuiveringsinstallatie wordt toegepast.

8. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in stap i) geen additionele hoeveelheid water wordt toegevoegd aan de autoclaaf.

9. Toepassing van een van een roerderwerk voorziene autoclaaf voor het verwerken van een organische bestanddelen bevattend uitgangsmateriaal tot een of meer reststromen, waarbij een autoclaaf wordt toegepast waarvan het roerderwerk is voorzien van een of meer elementen die langs de binnenwand van de autoclaaf ronddraaien.