NL7908776A

NL7908776A - Werkwijze voor het behandelen van vast afval en cellulosemateriaal.

Info

Publication number: NL7908776A
Application number: NL7908776A
Authority: NL
Original assignee: Combustion Equip Ass
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1980-09-11
Also published as: IL58652A; BE880446A; IT1162696B; US4201551A; FR2450899A1; BR7907719A; SE7910073L; JPS55121876A; GB2042584B; DE2949191A1; GB2042584A; DD147684A5; IL58652A0; IT7950988A0; CA1138401A; FR2450899B1

Description

___ t

Werkwijze voor het behandelen van vast afval en cellulosemateriaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behandelen van vast organisch afval en cellulosemateriaal om een bros materiaal te verkrijgen dat verkleind kan worden tot een poedearvormig materiaal.

5 Stedelijk en industrieel organisch afval bestaat hoofdzakelijk uit papier, textiel, leder, rubber, tuinafval, houtafval en boomschors, vuilnis en plastics. Al deze materialen zijn brandbaar en de uitvinding is er in het bijzonder op gericht om deze materialen om te zetten tot een fijnverdeeld produkt dat als brand-10 stof kan worden gebatikt. Daarmee wordt niet alleen tegemoet gekomen aan het afvalprobleem maar ook aan het energieprobleem.

In de Amerikaanse octrooischriften 3.961.913 en 4.008.053 waaarvan de inhoud als hier ingelast wordt beschouwd, worden methoden aangegeven voor het omzetten van vast organisch afval en 15 cellulosemateriaal tot een fijnverdeeld materiaal dat zonder meer in bestaande verbrandingsinrichtingen als brandstof kan worden gebruikt. De energie die voor de omzetting nodig is, is betrekkelijk klein, en het produkt bezit nog bijna de gehele warmte-inhoud van het uitgangsmateriaal. Volgens deze methoden wordt het uitgangsmate-20 riaal behandeld met één of meer minerale zuren en verhit. Daarbij wordt een bros materiaal verkregen dat zonder aanmerkelijke pyrolyse, ontleding of (droog) gewichtsverlies tot een fijnverdeeld materiaal verkleind kan worden. Deze methoden omvatten verder scheiden van anorganische en organische bestanddelen, verkleinen van grove deeltjes 25 en drogen alvorens het bros maken en malen uit te voeren, scheiden van produkt en anorganische bestanddelen, korrelen en mengen van het produkt met andere brandstof. Omdat het afval door de behandeling met zuur en verhitten tevoren is bros gemaakt, is voor het malen bijvoorbeeld in een tuimelinrichting zoals een kogelmolen, betrekkelijk 7908778 v 2 weinig energie nodig. Niettemin zou het voordelig zijn wanneer voor het malen van het bros gemaakte materiaal nog minder energie nodig is en wanneer het bros maken bij lagere temperatuur kan worden uitgevoerd.

5 Gevonden is, dat een en ander verwezenlijkt kan worden door de behandeling met zuur uit te voeren bij aanwezigheid van een quaternaire ammoniumverbinding.

De quaternaire ammoniumverbinding kan een gesubstitueerd quatemair zout zijn, bij voorkeur alkyl-gesubstitueerd met 10 tenminste één vetzuurgroep met lange keten, De hoeveelheid waarin de quaternaire verbinding wordt toegevoegd bedraagt in het algemeen ongeveer 0,000015-0,2 gew,% berekend op het te behandelen organisch materiaal. De quaternaire verbinding kan gelijktijdig met het zuur worden toegevoegd of daarvoor of daarna hetzij als een waterige oplossing 15 wanneer een verdund zuur wordt gebruikt hetzij door vérsproeien wanneer het gebruikte zuur vluchtig is.

Wanneer de uitvinding wordt toegepast op vast afval, kan de werkwijze ook het scheiden van anorganische en organische bestanddelen, verkleinen van grove deeltjes en drogen alvorens 20 het bros maken en malen uit te voeren, scheiden van produkt en anorganische bestanddelen, korrelen en mengen met andere brandstof omvatten. De calorische waarde en het (droge) gewicht van het bros gemaakte produkt zijn ongeveer gelijk aan die van de grondstof maar de volume-dichtheid is aanmerkelijk groter.

25 Door de behandeling met het zuur uit te voeren bij aanwezigheid van een quaternaire ammoniumverbinding wordt een verhoogde graad van brosheid bij een lagere temperatuur bereikt dan bij afwezigheid daarvan. Ook kan daardoor het malen bij lagere temperatuur worden uitgevoerd terwijl de hoeveelheid bros gemaakt materiaal 30 dat tot een poeder wordt verkleind, aanmerkelijk toeneemt. In de vorm van poeder of korrels kan het produkt als brandstof worden gebruikt, eventueel gemengd met andere brandstof. Ook kan het produkt worden gebruikt als constructiemateriaal en grondstof voor het verkrijgen van andere chemische produkten.

35 Samengevat zijn de voordelen van het gebruik van 7908778 * 5 3 een quatemaire ammoniumverbinding bij het bros maken van organisch afval en eellulosematerlaal dat het bros maken bij lagere temperatuur kan worden uitgevoerd en een brosser materiaal wordt verkregen dat bij lagere temperatuur kan worden verkleind tot een fijnverdeeld pro-5 dukt dan tot nog toe mogelijk was.

Door de aanwezigheid van de quatemaire ammonium-verbinding kan de behandeling met zuur worden verlaagd met ongeveer 28-56° C om eenzelfde graad van brosheid te bereiken als zonder de toevoeging. En zoals gezegd kan het bros gemaakte materiaal met de-10 zelfde energie gemakkelijker worden verkleind tot een fijnverdeeld materiaal. De hoeveelheid fijnverdeeld materiaal die door een zeef met openingen van 0,42 mm gaat, is bijna twee keer zo groot als wanneer geen quaternaire ammoniumverbinding bij het bros maken wordt toegepast.

15 De quatemaire ammoniumverbindingen die bij de werkwijze volgens de uitvinding worden gebruikt, zijn mono- of di-quatemaire ammoniumzouten. De zouten zijn steeds chloriden en mono-en dialkylmono-quaternaire zouten, di-quatemaire zouten met twee ammoniumgroepen per molecuul en geëthoxyleerde quatemaire ammonium-20 zouten. De alkylgroepen hebben bij voorkeur een lange keten en zijn afgeleid van vetzuren met in het algemeen 8-18 koolstofatomen bijvoorbeeld talk, kokosnootolie of sojaboonolie.

De quatemaire ammoniumverbinding wordt toegevoegd als een waterige oplossing of dispersie vóór of tijdens de behandeling 25 met het zuur. wanneer een niet-vluchtig zuur wordt gebruikt, wordt de ammoniumverbinding bij voorkeur toegevoegd in waterige vorm met een waterige oplossing van het zuur of op het organisch materiaal ver-sproeid, alvorens het zuur toe te voegen. Wanneer het zuur vluchtig is kan de ammoniumverbinding op het organisch materiaal worden ver-30 sproeid tegelijk met het zuur of daarvoor.

Monoalkyl en dialkyl-quatemaire ammoniumverbindingen die de voorkeur hebben bevatten drie methylgroepen en een groep met een lange keten afgeleid van een vetzuur. Bijzonder geschikt zijn alkyltrimethylammoniumchloridezouten met de formule 1 en dialkyldi-35 methylammoniumchloridezouten met de formule 2 waarin R en R' een 7908775 4 koolwaterstofgroep met 8-18 koolstofatomen voorstellen. Het quater-naire zout kan een alkyldimethylbenzylammoniumchloridezout met de formule 2 zijn waarin Reen alkylgroep met 14-18 koolstofatomen afgeleid van talk en R' een methylbenzylgroep voorstellen.

5 Een geêthoxvleerde quatemaire ammoniumverbinding zoals methyl(polyoxyethyleen)alkylammoniumchloride, heeft de formule 3 waarin R een alkylgroep met 8-18 koolstofatomen voorstelt bijvoorbeeld afgeleid van kokosnootvetzuur of olelnezuur, en x en y samen 2-50 zijn.

10 Een di-quatemair zout met twee quatemaire ammo- niumgroepen per molecuul zoals N,N,N',N',N'-pentamethyl-N-talk-1,3-propaandiammoniumdichloride heeft de formule 4 waarin R een alkylgroep met 14-18 koolstofatomen afgeleid van talkvetzuur, voorstelt.

De lengte en verdeling van de koolwaterstofgroep 15 met lange keten of vetzuurgroep in de quatemaire ammoniumverbindingen is afhankelijk van de keuze van het zout en van de alkylgroep. De alkylgroep in dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride bijvoorbeeld is afgeleid van talkvetzuur en elke groep bezit een daarmee overeenkomstig aantal koolstofatomen. In de ammoniumzouten 20 die in de hierna volgende voorbeelden zijn gebruikt, bedraagt de koolstofketenlengteverdeling ongeveer 3 % tetradecyl (C^), 29 % hexadecyl (C) en 67 % octadecyl (cig)· De overige 1 % bestaat uit octadecenyl en/of octadecadiënyl (C^8 met één of twee onverzadigde bindingen). Het is duidelijk, dat de ketenlengteverdeling afhankelijk 25 is van de samenstelling van de talk. Zo kan talk ongeveer 2,5-4 % ketens korter dan C^g, 27-33 % C^g, 60-68 % C^g en 1-1,5 % langer dan C18 bevatten. Een gehydrogeneerde talk kan nog ongeveer 0,5-2 % mono- en dieengroepen bevatten. Methylbis(2-hydroxyethyl)oleylammo-niumchloride bevat ongeveer 4 % tetradecyl, 5 % hexadecyl, 6 % octa-30 decyl en 85 % octadecenyl en/of octadecadiënyl. Dimethyldikokos- ammoniumchloride bevat ongeveer 5 % octyl, 6 % decyl, 51 % dodecyl, 19 % tetradecyl, 9 % hexadecyl, 5 % octadecyl en 5 % octadecenyl en/of octadecadiënyl.

Voornoemde quatemaire ammoniumverbindingen zijn 35 in het algemeen verkrijgbaar als oplossingen in hetzij alleen water 7908775 5 * t hetzij mengsels van water en isopropanol. Geëthoxyleerde quatemaire ammoniuaverbindingen zijn als zodanig of als oplossing in isopropa-nol verkrijgbaar. De verbindingen zijn vloeibaar of kunnen door zachtjes verwarmen vloeibaar worden gemaakt. Een uitzondering hierop 5 is dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniurachloride, één van de voorkeursammoniumverbindingen. Dit zout heeft de consistentie van een zachte pasta of wasachtig materiaal met een smeltpunt van ongeveer 35° C. Het is praktisch onoplosbaar in water maar vormt onder passend gekozen omstandigheden stabiele dispersies in water tot een 10 concentratie van ongeveer 7,5 gew.%. De dialkyl-quatemaire anmonium-zouten zijn oplosbaar in benzeen, chloroform, tetrachloorkoolstof, methanol en isopropanol, en slechts weinig oplosbaar in aceton bij kamertemperatuur waarbij de oplosbaarheid afneemt met toenemende ketenlengte van de alkvlgroepen.

15 De quatemaire ammoniumverbinding wordt bij voor keur als een waterige oplossing of dispersie aan het zuur toegevoegd, in een hoeveelheid van in het algemeen ongeveer 0,000015-0,2 gew.% berekend op het droge gewicht van het te behandelen organische materiaal.

van 20 Met de uitdrukking "organische bestanddelen vaste afval en cellulosemateriaal" worden materialen bedoeld waarop de werkwijze volgens de uitvinding voor het verkrijgen van een bros pro-dukt, van toepassing is. De uitdrukking heeft betrekking op alle brandbare cellulosematerialen en omvat papier, board , textiel, hout, 25 houtafval met inbegrip van boomschors, gewassen, landbouwprodukten en afval met inbegrip van afval van suikerriet en suikerbieten, voed-selafval, tuinafval en bepaalde plastics. Dergelijke materialen maken het grootste gedeelte uit van stadsvuil waarvan in onderstaande tabel A een voorbeeld van een samenstelling is aangegeven.

30 79 ^ 8 7 7 5 r * 6

TABEL A

Voorbeeld van een samenstelling van stadsvuil.

_Gew, % op droge stof berekend

Bestanddeel In totaal Brandbare organische fractie 5 1 —

Papier en

Papierboard 40,0 52,9

Tuinafval 12,0 15,5

Voedselafval 9,3 12,1

Hout 8,4 10,9

Textiel 2,5 3,2

Plastics 2,5 3,2

Rubber 1,1 1*4

Leder 0,6 0,8 15 Glas 10,3

Metaal 7,1

Vuil 5,2

De werkwijze volgens de uitvinding is van toepassing op praktisch al het organisch materiaal in vast afval zoals 20 stedelijk afval. Dit soort afval heeft een vochtgehalte van ongeveer 18 % waarbij het vocht zich hoofdzakelijk in de organische bestanddelen bevindt. Voedselafval kan olie-achtige materialen zoals vet en oliën bevatten. Voor zover deze materialen in gebruikelijke hoeveelheden in normaal stadsvuil voorkomen, vormen zij geen probleem 25 voor de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding. Ongeveer de helft van de organische fractie in stadsvuil is afkomstig van papier waaronder Kraft papier, kranten en golfkarton. Om de omstandigheden bij het bros maken tevoren te bepalen kan eén mengsel van deze drie soorten papier worden gebruikt.

30 Het bros maken volgens de uitvinding omvat de behandeling van de organische fractie van het afval of van cellulose-materiaal met zuur bij aanwezigheid van een quatemaire ammonium-verbinding bij een bepaalde temperatuur gedurende een voldoende lange tijd om bros worden teweeg te brengen. Anorganische bestand-35 delen in de afval kunnen vó<5r of na het bros maken worden verwijderd.

7908775 « * 7

Het verdient aanbeveling om het bros maken bij een zo laag mogelijke temperatuur uit te voeren om pyrolyse, thermische degradatie of verbranding te vermijden, De temperatuur waarbij het bros maken wordt uitgevoerd bedraagt in het algemeen 100-5 288° C, bij voorkeur ongeveer 120-180° C en meer bij voorkeur onge veer 107-150° C,

Voor het verwarmen van het materiaal bij een temperatuur niet hoger dan 180° C kan hete lucht worden gebruikt.

Bij hogere temperaturen dient een atmosfeer met verlaagd zuurstof-10 gehalte te worden toegepast om verbranding te voorkomen. Om dus een maximale opbrengst te bereiken moet een zodanige combinatie van temperatuur en zuurstofgehalte worden gekozen dat tijdens het bros maken geen aanmerkelijke verbranding of pyrolyse optreedt.

Als zuur voor het bros maken wordt bij voorkeur 15 een mineraal zuur bijvoorbeeld HCl, HgSO^, HNO^ of H^PO^ gebruikt, of een verbinding waaruit een mineraal zuur kan worden gevormd zoals een zout van een mineraal zuur bijvoorbeeld ZnCl2 of FeCl^, of een dampvormig anorganisch zuur bijvoorbeeld SO^, KC>2 °£ N2°5*

Het zuur kan in dampvorm verkeren bijvoorbeeld 20 waterstofchloride of SO^, of in vloeibare vorm bijvoorbeeld verdund H2S04 of HCl, of een alcoholische ZnCl2*-oplossing. Bij ladingsgewijze uitvoering en uitvoeringen waarbij het verwarmen voorafgaat aan het behandelen met zuur of waarbij het verwarmen en behandelen met zuur gelijktijdig worden uitgevoerd, kan het gebruik van een vluchtig 25 zuur, dat wil zeggen een zuur met een kookpunt onder de verbrossings-temperatuur zoals waterstofchloride, voordelen hebben. Het gebruik van een niet-vluchtig zuur dat wil zeggen een zuur met een kookpunt boven de verbrossingstemperatuur bijvoorbeeld verdund en van een dispersie van de quaternaire ammoniumverbinding komt in aanmer-30 king bij continue uitvoering en uitvoering waarbij eerst met zuur wordt behandeld en daarna wordt verwarmd. In het laatste geval kan het organisch materiaal na te zijn besproeid met of te zijn gedrenkt in het zuur en de ammoniumverbinding worden geperst tot een vochtgehalte van 50-30 gew.% of op andere wijze worden behandeld om ten-35 minste een gedeelte van het geabsorbeerde water te verwijderen Όι a . * λ ** λ - νΛ · Κ ♦ * 8 alvorens te verwarmen. Het is duidelijk dat voor het daaropvolgend drogen van het vochtige produkt enige energie nodig is,

Voor een vluchtig zuur wordt een dragergas gebruikt. Omdat de hoeveelheid in het produkt achtergebleven zuur niet 5 rechtstreeks is gerelateerd aan de concentratie zuur in het dragergas, kan de concentratie zuur in het dragergas binnen ruime grenzen variëren. De optimale concentratie is afhankelijk van onder meer de temperatuur, expositietijd van de afval aan de zuurdamp, de wijze waarop de afval met de zuurdamp in aanraking wordt gebracht en het 10 materiaal van de behandelingsapparatuur. Voor het behandelen van papier bijvoorbeeld wordt een mengsel van waterstofchloride en lucht met een concentratie waterstofchloride van 0,1-5 vol.% toegepast, bij voorkeur de hogere concentraties omdat het bros maken dan in het algemeen sneller verloopt.

15 Bij gebruik van een niet-vluchtig zuur bijvoor- beeldvardund zwavelzuur is de hoeveelheid zuur die door het organisch materiaal wordt opgenomen afhankelijk van de zuurconcentratie en de hoeveelheid opgenomen verdund zuur. Bij deze uitvoeringsvorm wordt een zodanige hoeveelheid niet-vluchtig zuur gebruikt dat de concen-20 tratie zuur in het organisch materiaal ongeveer 0,1-5 gew.% berekend op het droge gewicht, bedraagt.

De tijdsduur van de bros making is onder meer afhankelijk van de uitvoeringsvorm, de deeltjesgrootte van het afval, de hoeveelheid gebruikt zuur en de concentratie, de behandelingstijd 25 en behandelingstemperatuur. Wanneer het verwarmen en de zuurbehandeling gelijktijdig worden uitgevoerd dient de behandelingstijd voldoende lang te zijn om het materiaal op de gewenste temperatuur te brengen. In het algemeen bedraagt de behandelingstijd niet meer dan ongeveer 30 minuten en wanneer hogere temperaturen en zuurconcentra-30 ties worden gebruikt kan het bros maken zelfs in enkele minuten bijvoorbeeld ongeveer 5 minuten worden uitgevoerd. De optimale behande-lingsduur om een produkt met de gewenste brosheid te verkrijgen, kan voor een bepaalde deeltjesgrootte afvalmateriaal in samenhang met de uitvoeringsomstandigheden eenvoudig worden vastgesteld. Het kan 35 gewenst zijn om het bros maken uit te voeren tot een bepaalde fractie Q ·Ί A ^ 7 *

/ ta* v «,. ί , V

* > 9 vein het materiaal de gewenste brosheid heeft bereikt om daarna de rest terug te voeren.

De organische fractie in het te behandelen materiaal kan componenten bevatten waaraan water chemisch of fysisch is 5 gebonden. Het gehalte van dit water in het bros gemaakte materiaal dient niet meer dan ongeveer 10 gew.% te bedragen. Het bros gemaakte produkt is bij voorkeur 20 droog mogelijk om het malen te vergemakkelijken.

Wanneer verbrandingsgas of schoorsteengas wordt 10 gebruikt om het materiaal tijdens het bros maken rechtstreeks te verwarmen, kan stoom (waterdamp in tegenstelling tot het aan de organische fractie in de afval gebonden water) in het bros gemaakte produkt komen. Het is echter gebleken, dat het bros gemaakte produkt daardoor niet wordt aangetast.

15 Wanneer het verwannen en behandelen met zuur afzonderlijk worden uitgevoerd kan het verwarmen worden uitgevoerd in bijvoorbeeld een mee- of tegenstroom drooginrichting met directe of indirecte verwarming, een bewegend of wervelend bed, een verbran-dingsinrichting met meerdere haarden of een in de cellulose fabrikage 20 gebruikte koker. Het behandelen met een vluchtig zuur zoals waterstof chloride kan worden uitgevoerd in een mee- of tegenstroom menger.

Bij gebruik van een niet-vluchtig zuur zoals verdund zwavelzuur kunnen het zuur en de quaternaire ammoniumverbinding op het organisch materiaal op een bewegende band worden gesproeid. In plaats daarvan kan 25 het organisch materiaal ook door een zuurbad worden bewogen waarna overmaat behandelingsmiddel bijvoorbeeld door persen tussen rollen kan worden verwijderd.

Wanneer het verwarmen en behandelen met een vluchtig zuur gelijktijdig worden uitgevoerd, kan een roterende droog-30 inrichting worden gebruikt waarin een stroom HCl-gas en waterige dispersie van miatemaire ammoniumverbinding worden geleid.

In sommige inrichtingen voor het bros maken kan wrijving ootreden waardoor het bros gemaakte materiaal wordt ver-poederd. Hiervan gebruikmakend kan het bros maken worden gecombineerd 35 met het verkleinen, bijvoorbeeld met een tuimelinrichting zoals een 7908775 8 % · 10 kogelmolen. Voor het afzonderlijk verkleinen kan eveneens een kogel-molen worden gebruikt of in plaats daarvan verpoederingsinrichtingen of inrichtingen voorzien van tegen elkaar wrijvende oppervlakken.

Omdat het organisch materiaal is bros gemaakt, is voor het verkleinen 5 (of dit nu afzonderlijk of als onderdeel bij het bros maken wordt uitgevoerd) minder energie nodig om een zelfde graad van fijnheid te bereiken dan wanneer het organische afval niet is behandeld. Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt dus energie gespaard.

De deeltjesgrootte van het bros gemaakte produkt 10 kan binnen ruime grenzen variëren afhankelijk van onder meer de manier waarop wordt verkleind en de mate waarin. In het algemeen heeft het grootste gedeelte van het produkt een deeltjesgrootte kleiner dan 0,42 mm en heeft een aanzienlijk gedeelte een nog kleinere deeltjesgrootte van 0,074 mm. De grotere deeltjes kunnen naar de 15 verbrossingsbehandeling worden teruggevoerd.

Het gemalen en, voor zover nodig geklassificeerde produkt bestaat uit een fijn poeder waarvan het (droge) gewicht praktisch gelijk is aan dat van het vaste organische uitgangsmateriaal, en ook de verhouding koolstof, zuurstof en waterstof komen daar-20 mee overeen. Tijdens het bros maken gaat geen of zeer weinig calorische waarde verloren. Wanneer HCl wordt gebruikt bevat het bros gemaakte produkt maar een geringe hoeveelheid chloride-ionen van bijvoorbeeld 0,1-0,2 gew.%, hoewel soms tot 0,6 gew.%. Wanneer H^SO^ wordt gebruikt is de concentratie sulfaationen in het produkt vrijwel recht 25 evenredig met de hoeveelheid zuur die tijdens de behandeling is opgenomen,

Het poedervormige produkt kan rechtstreeks als brandstof worden gebruikt of met vaste, vloeibare of gasvormige brandstof worden gemengd, hetzij voor of tijdens de verbranding. Het 30 kan dus bijvoorbeeld met aardgas worden meegesleept of afzonderlijk en tegelijk met aardgas aan een verbrandingskamer worden toegevoerd.

Ook kan het worden gesuspendeerd in brandstofolie of tegelijkertijd daarmee worden verbrand. En verder kan het worden gemengd met poedervormige kool of tegelijkertijd daarmee worden verbrand. In plaats 35 van als poeder kan het produkt ook als korrels voor brandstof worden 7903773 • * 11 gebruikt. Dergelijke korrels worden in gebruikelijke inrichtingen vervaardigd al dan niet onder toepassing van een bindmiddel zoals water, zetmeel, was of minerale olie. Daarnaast kan het worden samengeperst tot een verbrandingsmateriaal van hoge dichtheid.

5 Een andere toepassing van het verpoederde produkt is als constructiemateriaal bijvoorbeeld plaat, en voor breeuwen of kalfaten. Verder kan het worden gebruikt als chemische voedingsvoor-raad en als verdikkingsmiddel voor wegenteer. Maar hiermee zijn de toepassingsmogelijkheden nog lang niet uitgeput.

10 In de hierna volgende voorbeelden werd een disper sie gebruikt van 4 gew.% dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammo-niumchloride, 4 gew.% ethanol en 92 gew.% water. De dispersie werd bereid door het zout te smelten bij een temperatuur van 54-55° C en op te lossen in een gelijke gewichtshoeveelheid ethanol. De ethano-15 lische oplossing werd uitgeschonken in water met een temperatuur van 60° C onder inwerking van hoge afschuifkrachten zoals in een menger.

Een voldoende hoeveelheid van de ethanolische oplossing werd toegevoegd om een dispersie met voomoemde samenstelling te verkrijgen.

Voorbeeld I-XXXI

20 In elk voorbeeld van de onderstaande tabellen A

en B werd een papiermonster van 20 g gedrenkt in het verbrossings-middel met de aangegeven samenstelling. Nadat het papiermonster volledig was bevochtigd werd het geperst tot een totaalgewicht van ongeveer 40 g. Qnmiddellijk hierna werd het monster gedurende 20 25 minuten gedroogd in een oven met een temperatuur van 99° C en een relatieve vochtigheid van 20 %. Na afloop werd het behandelde papiermonster in snippers van 2,5 x 1,25 cm gesneden en in een voorverwarmde kogelmolen met 2 kg kogels van ongeveer 9 mm gebracht en verwarmd bij een temperatuur van 125° C. Hierna werd het papier tezamen met 30 de kogels gedurende 10 minuten gemalen op een rol of wals. Tenslotte werd het gemalen papier gezeefd met een trilzeef voorzien van ope-ningen ter grootte van 0,42 mm. Het gewichtspercentage fijngemalen papier dat door de zeef viel werd berekend uit het quotiënt van de hoeveelheid papierpoeder die dcorde zeef bleef viel en de gesommeer-35 de gewichtshoeveelheid papierpoeder die door de zeef viel en op de -905775 at 12 zeef bleef liggen.

In de voorbeelden van tabel A werd Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig zwavelzuur en de aangegeven toevoeging.

In de laatste kolom van tabel A is het gewichtspercentage Kraft 5 papier dat na 10 minuten in de kogelmolen bij 125° C door een 0,42 mm trilzeef viel, vermeld.

TABEL A

Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig H2S04 en verhit bij 125° C in een kogelmolen 10 Voorbeeld Toevoeging Contractie- Percentage toevoeging x gemalen pro-dukt (kleiner dan 0,42 mm) I Tetraethvlammoniumbromide 0,1 30 II " 0,2 30 15 III '* 0,01 45 IV " 0,001 35 v Dimethyldi(gefydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride 0,1 32 VI " 0,01 XX 70 20 VII " 0,001 *°* 32 VIII Geen - 34 IX Ureum 0,1 20 X " 0,2 18 XI " 0,5 14 25 ---—— x Berekend op het droge papiergewicht

3fX

Actieve concentratie quatemair ammoniumchloride 75 % van de aangegeven waarde.

In de voorbeelden XII-XXII van tabel B werd 20 g 30 Kraft papier bros gemaakt met 0,2 gew.%-ig zwavelzuur en de aangegeven toevoeging.

35 79 0 8 7 7 5 13

TABEL B

Kraft papier bros gemaakt met 0,2 %-ig I^SO^ en ver^’*- bij 125° C in _een kogelmolen______

Voorbeeld Toevoeging Concentratie- Percentage ge- 5 toevoeging * malen produkt kleiner dan 0,42 mm XII Dimethyldi (gehydzogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride 0,1 20 XIII " 0,01 27 10 XIV " 0,001 39 XV " 0,0001 26 XVI Dimethylkokosvetzuur- ammoniumchloride 0,1 5 XVII " 0,01 18 15 XVIII " 0,001 10 XIX Geen - 21 XX K2Cr2°7 0,1 5 XXI K2Cr2°7 0,01 18 XXII 2°1 0,001 27 20 -- x Actieve concentratie quatemair ammoniumchloride 75 % van de aangegeven waarde en berekend op het droge papiergewicht.

In de onderstaande tabellen C en D zijn de resultaten vermeld van het verkleinen bij vijf verschillende temperaturen 25 voor Kraft papier (tabel C) en krantenpapier (tabel D). De gebruikte concentratie zwavelzuur is die waarbij in de voorgaande voorbeelden van de tabellen A en B de beste resultaten werden verkregen, 30 78 0 8 7 7 5 14

TABEL C

Percentage gemalen Kraft papier kleiner dan 0,42 mm.

X o

Voorbeeld Zuur en toevoeging Maaltemperatuur, C

150 125 100 50 20 5 XXIII 0,5 % H2SO. 72 74 40 26 26 0,01 % Dimethyldi-(gehydrogeneerd talk-vetzuur)ammonium-chloride

XXIV " 46XX

10 XXV 0,2 % H2SO 36 39 13 6 13 0,001 % Dimethyldi-(gehydrogeneerd talk-vetzuur)ammonium-chloride XXVI 0,2 % H-SO. 23 21 9 10 9 2 4 4e? XXVII 0,5 % H„SO. 34 12 15 '24 * Actieve concentratie toevoeging 75 % van de normale concentratie berekend op het dróge papiergewicht

XX

Dispersie in alleen water. ........ · ------------------

20 TABEL D

Percentage gemalen krantenpapier kleiner dan 0,42 mm

Voorbeeld Zuur en toevoeging* Maaltemperatuur 150 125 100 50 20 XXVIII 0,5 % H2S0 92 100 59 27 28 0,01 % Diraethyldi- (gehydrogeneerd talk-vetzuur) ammonium-chloride XXIX 0,5 % EL-SO 71 54 37 24 27 2 4 XXX 0,2 % H2SO 65 40 17 - 30 0,001 % Dimethyldi- (gehydrogeneerd talk-vetzuur)-ammonium-chloride XXXI 0,2 % H2S04 40 30 28 18 27 35 * Concentratie toevoeging 75 % van de normale concentratie berekend 7808775 s *

IS

op het droge papier.

In vergelijkingsvoorbeeld VIII bedraagt het percentage gemalen produkt met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,42 mm 34 % met 0,5 % HjSO^ zonder toevoeging tegen slechts 21 % in verge-5 lijkingsvoorbeeld XIX met 0,2 %-ig H^SO^ zonder toevoeging. Door aan het 0,5 %-ig HjSO^ van vergelijkingsvoorbeeld VIII 0,01 gew.% dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride toe te voegen, wordt het percentage gemalen produkt met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,42 mm verhoogd tot 70 % zoals blijkt uit voorbeeld VI. Een 10 overeenkomstige verbetering wordt bereikt door dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride toe te voegen aan 0,2 gew.%-ig zwavelzuur zoals blijkt uit vergelijking van de voorbeelden XIII-XV en vergelijkingsvoorbeeld XIX.

Voorbeeld XXXII-XLIII

15 In deze voorbeelden werden verschillende toevoe gingen gebruikt. Een papiermonster van 20 g werd bros gemaakt in 0,5 %-ig zwavelzuur dat 0,0075 % van de in onderstaande tabellen E en P aangegeven toevoegingen bevatte. De bros makingsbehandelingen werden op dezelfde wijze uitgevoerd als in de voorgaande voorbeelden 20 waarbij de gedrenkte papiermonsters werden uitgeperst met rollen of walsen en daarna gedroogd in een oven bij een temperatuur van ongeveer 93° C en een relatieve vochtigheid van 20 %, De gedroogde papiermonsters werden in snippers van 2,5 x 0,6 cm gesneden en in een kogelmolen met 2 kg stalen kogels van ongeveer 9 mm die op 125° C 25 was voorverwarmd, gebracht en gedurende 10 minuten gemalen. Het gemalen produkt werd op een trilzeef met openingen ter grootte van 0,42 mm gezeefd. Het percentage deeltjes kleiner dan 0,42 mm ten opzichte van de totale hoeveelheid gemalen produkt is in de onderstaande tabel E vermeld.

30 *7 Λ Λ Λ λ / V U ΰ / / 3 16

TABEL E

Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig HjSO^ en 0,0075 % toevoeging en verhit bij 125° C in een kogelmolen

Voorbeeld Toevoeging Gewicht Percentage vochtig gemalen pro-papier, g dukt kleiner dan 0,42 mm XXXII Geen 42,2 38,7 XXXIII Dimethyldi(gehydrogeneerd talk- 40,0 74,2 vetzuur)ammoniumchloride XXXIV Dimethyldikokosvetzuurammonium- 36,9 68,1 chloride XXXV Trimethylkokosvetzuurammonium- 43,1 51,4 chloride XXXVI Trimethyltalkvetzuurammonium- 38,1 54,8 chloride ^ XXXVII Trimethyldodecylammoniumchloride 41,5 47,4 XXXVIII Trimethylhexadecylammonium- 42,2 49,0 chloride XXXIX Methylbis(2-hydroxyethyl)oleyl- 41,6 71,7 ammoniumchloride 2q XL Methylpolyoxyethyleen(15)octa- 41,3 53,6 decylammoniumchloride XLI Trimethylsoya-ammoniumchloride 41,1 60,9 XLII Trimethyloctadecylammonium- 40,6 52,0 chloride XLIII N,N,N',N',N'-Pentamethyl-N-talk- 38,7 55,2 vetzuur-1,3-propaandiammonium-dichloride 31

Actieve concentratie toevoeging berekend op het droge papier.

Voorbeeld XLIV-LI

30 Een monster Kraft papier van 20 g werd op de in de voorbeeld XXXII-XLIII aangegeven wijze bros gemaakt met HCl en de in onderstaande tabel F aangegeven toevoegingen waarmee in de voorbeelden van tabel E de beste resultaten werden bereikt.

35 7 Q Q S 7 7 £ jT V w tl s \j 17 c- 9

TABEL F

voorbeeld Toevoeging Actieve Percentage concentra- produkt kleiner tie toevoe- dan 0,42 mm ging 5 " XLIV Geen - 57,0 XLV Mèhhylbis(2-hydroxyethyl)- 0,0075 69,3 oleylammoniumchloride XLVI Dimethyldikokosvetzuurammo- 0,0075 49,2 niumchloride 10 XLVII Dimethyldikokosvetzuurammo- 0,0037 33,5 niumchloride XLVIII Dimethyldikokosvetzuurammo- 0,150 33,5 niumchloride XLIX Dimethyldi(gehydrogeneerd talk- 0,0075 52,1 vetzuur)ammoniumchloride 15 L Methylbis-(2-hydroxyethyl)- 0,00375 48,6 oleylammoniumchloride LI Methylbis-(2-hydroxyethyl)- 0,015 50,3 oleylammoniumchloride

Voorbeeld LII-LXVII

20 Te werk gaande volgens de voorbeelden I-XLII

werd Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig en de in onder staande tabellen G, H en J aangegeven toevoegingen. Het percentage deeltjes kleiner dan 0,42 mm is vermeld.

XX

TABEL G

25 Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig * 031 methylbis(2-hydroxy- ethvl)oleylammoniumchloride en verhit bij 125° C in een kogelmolen a

Voorbeeld Percentage toevoeging Percentage gemalen produkt kleiner dan 0,42 mm 30 Lil 0,00075 60,0 LIII 0,0046 64,0 LIV 0,0075 71,7 LV 0,045 44,9 LVI 0,090 48,2 35 “ 790877- 18 * Berekend op het droge papiergewicht uy

Zie vergelijkingsvoorbeeld XXXII (percentage gemalen produkt kleiner dan 0,42 mm 38,1 %).

TABEL H

5 Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig ï^SO^ en dimethyldi(gehy-drogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride en verhit bij 125° C in een ___kogelmolen.

Voorbeeld Percentage toevoeging * Percentage gemalen produkt kleiner dan 0,42 mm 10 --------------------------------- LVII 0,00085 64,0 LVIII 0,0047 58,2 LIX 0,0080 70,9 LX 0,051 41,6 15 LXI 0,084 40,0 X Berekend op het droge papiergewicht.

TABEL J

2Q Kraft papier bros gemaakt met 0,5 %-ig H^SO^ X en dimethyldikokosvet-zuurammoniumchloirde en verhit bij 125° C in een kogelmolen._ χ

Voorbeeld Percentage toevoeging Percentage gemalen produkt kleiner dan 0,42 mm LXII 0,00085 53,7 25 LXIII 0,0034 59,9 LXIV 0,0075 63,0 LXV 0,057 75,4 LXVI 0,075 68,0 3Q LXVII 0,150 43,1 χ

Berekend op het droge papiergewicht.

35 7908776 19

Uit de resultaten van voorbeeld XLVII1-LV1II blijkt dat de effectieve actieve concentratie toevoeging ongeveer 0,00075-0,2 gew.% berekend op het droge gewicht van het organisch materiaal, bedraagt, en dat de hoogste percentages gemalen produkt 5 met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,42 mm worden bereikt met ongeveer 0,002-0,075 gew.% toevoeging en ongeveer 0,5 gew.%-ig E^SO^. Optimale resultaten worden bereikt met ongeveer 0,005-0,0075 gew.% toevoeging berekend op het droge gewicht van de organische fractie. Het is duidelijk, dat de preciese concentratie toevoeging afhanke-10 lijk is van de aard van de quatemaire ammoniumverbinding en het zuur, de concentratie zuur en de aard van het te behandelen organische materiaal.

Uit de voorbeelden van de tabellen C en D blijkt dat het met ongeveer 0,5 gew.%-ig HjSO^ en ongeveer 0,01 gew.% 15 dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride bros gemaakte produkt bij aanmerkelijk lagere temperatuur kan worden verkleind om een optimaal resultaat te bereiken (ongeveer 14-56° C lager dan zonder toevoeging), Het verkleinen kan in het algemeen worden uitgevoerd bij een temperatuur tussen kamertemperatuur en ongeveer 150°C 20 en wordt bij voorkeur uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 100-150° c en meer bij voorkeur bij een temperatuur van 125-150° C.

Aangenomen wordt, dat de quatemaire ammoniumverbinding het organisch materiaal doet zwellen en de kristallijne structuur penetreert waardoor het zuur meer gelegenheid krijgt om 25 op het organische materiaal in te werken. Maar wat hier ook van zij, de toepassing van een quatemaire ammoniumverbinding volgens de uitvinding leidt tot een aanmerkelijke verlaging van de energie nodig om het bros gemaakte organische materiaal te verkleinen.

Opgemerkt wordt nog, dat uit de voorbeelden 30 blijkt dat de quatemaire ammoniumverbinding in de waterige fase moet worden gemengd om een gelijkmatige dispersie te verkrijgen. Aangenomen wordt, dat met een gelijkmatige dispersie de quatemaire ammoniumverbinding gelegenheid krijgt om het organisch materiaal te penetreren, wanneer de quatemaire ammoniumverbinding alleen in water 35 wordt gedispergeerd zoals in voorbeeld XXIV, wordt geen aanmerkelijke 7903775 5 20 verhoging van het verkleiningsrendement bereikt vergeleken met een op ethanol gebaseerde dispersie volgens de uitvinding.

7903776

Claims

1. Werkwijze voor het behandelen van de organische fractie van vast af val en van cellulosemateriaal met een zuur om een bros materiaal te verkrijgen dat verkleind kan worden tot een fijn- 5 verdeeld produkt, met het kenmerk, dat de behandeling met zuur wordt uitgevoerd bij aanwezigheid van een quatemaire ammoniumverbinding.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk/ dat het te behandelen materiaal bestaat uit vast stadsafval.

3« Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk/ 10 dat het te behandelen materiaal bestaat uit hout, houtprodukten, houtafval en mengsels daarvan.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het te behandelen materiaal bestaat uit land- en tuinbouwgewas-sen en produkten, land- en tuinbouwafval en mengsels daarvan.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat als quatemaire ammoniumverbinding een gesubstitueerde quatemaire ammoniumverbinding wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de gesubstitueerde quatemaire ammoniumverbinding tenminste één 20 koolwaterstofgroep met lange keten bevat.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de koolwaterstofgroep met lange keten een alkylgroep met 8-18 koolstofatomen is.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, 25 dat als quatemaire ammoniumverbinding een chloride wordt toegepast.

9. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat als alkyl-gesubstitueerde quatemaire ammoniumverbinding een dialkvldimethylammoniumdichloride wordt toegepast.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, 30 dat als dialkyldimethylammoniumchloride wordt toegepast dimethyldi- (gehydrogeneerd talkvetzuur}ammoniumchloride.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het dimethyldi-(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride wordt toegepast als een waterige dispersie.

12. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, w (ï ^ Q Ί S i y u v / / d V v dat als dialkyldimethylammoniumchloride wordt toegepast dimethyldi-kokosvetzuurammoniumchloride.

13. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat als alkyl-gesubstitueerde quatemaire ammoniumverbinding een 5 alkyltrimethylammoniumchloride wordt toegepast.

14. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat als gesubstitueerde quatemaire ammoniumverbinding een methyl-(polyoxyethyleen)alkylammoniumchloride wordt toegepast.

15. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met 10 het kenmerk, dat de quatemaire ammoniumverbinding wordt toegepast in een actieve concentratie van ongeveer 0,000075-0,2 gew.% berekend op het droge gewicht van het te behandelen organische materiaal.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de quatemaire ammoniumverbinding wordt toegepast in een actieve 15 concentratie van ongeveer 0,00075-1,5 gew.%.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de quatemaire ammoniumverbinding wordt toegepast in een actieve concentratie van ongeveer 0,005-0,1 gew.%.

18. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, 20 met het kenmerk, dat als zuur een mineraal zuur wordt toegepast.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat als mineraal zuur zwavelzuur wordt toegepast.

20. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat als mineraal zuur zoutzuur wordt toegepast. 25

21, Werkwijze volgens conclusie 18, met het ken merk, dat als mineraal zuur een mengsel van tenminste twee minerale zuren wordt toegepast.

22. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat als quatemaire amrooniumverbinding een dialkyldimethylammo- 30 niumchloride wordt toegepast.

23. Werkwijze voor het behandelen van de organische fractie van vast afval en van cellulosemateriaal om een bros materiaal te verkrijgen dat verkleind kan worden tot een poedervormig orodukt door behandelen met een zuur, met het kenmerk, dat de behan- 35 deling wordt uitgevoerd met ongeveer 0,1-5 gew.% zwavelzuur bij 7908776 «. -55 aanwezigheid van een dialkyldimethylammoniumchlori de in een actieve concentratie van ongeveer 0,000075-0,2 gew.% berekend op het droge gewicht van het te behandelen materiaal.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, met het ken-5 merk, dat het te behandelen materiaal bestaat uit vast stadsafval.

25. Werkwijze volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat als dialkyldimethylammoniumchloride wordt toegepast dime-thyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, met het ken-10 merk, dat de quatemaire ammoniuraverbinding wordt toegepast als een waterige dispersie.

27. Werkwijze volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat de waterige dispersie wordt bereid door het dimethyldi- (gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride te smelten, het gesmolten 15 chloride op te lossen in ethanol en de ethanolische oplossing van het chloride te dispergeren in water onder mengen.

28. Werkwijze volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat de actieve concentratie dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur) ammoniumchloride ongeveer 0,0005-0,01 gew.% bedraagt.

29. Werkwijze volgens conclusie 27, met het ken merk, dat de concentratie zuur ongeveer 0,1-1 gew.% bedraagt en de actieve concentratie dimethyldi(gehydrogeneerd talkvetzuur)ammoniumchloride ongeveer 0,0005-0,01 gew.%.

30. Werkwijze volgens één der voorgaande conclu-25 sies, met het kenmerk, dat de behandeling wordt uitgevoerd bij een temperatuur tussen kamertemperatuur en ongeveer 150° c.

31. Werkwijze volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat de behandeling wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 100-150° C.

32. Werkwijze volgens conclusie 31, met het ken merk, dat de behandeling wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 125-150° C.

33. Gevormd voortbrengsel vervaardigd van vast afval of cellulosemateriaal dat is behandeld volgens de werkwijze 35 volgens één der voorgaande conclusies. 790877?

34. Produkten en werkwijzen voor het verkrijgen daarvan zoals beschreven in de beschrijving en voorbeelden. 5 7908776 "Sfr·- V» r ί + Γ i+ CHj R_ 1—CHI cr. R-N —r' Cl I 1 pu CHj CH3 -j I L -1 2 Ί -f. CCHjCHjO^H R-N — CHj Cl* (CHjCHjOLh L J 3 CHj ' CH3 1 + + r-(J - (CHiV - N-CHj 2 Cl I I CHj CHj L J 4 Combustion Equipment Associates Inc., New York, New York, 7908776