从纤维素废料制备均质纤维素产品的方法技术

本发明专利技术方法对包含城市固体废物和有生物危害性的废物的多种浆料和纸质材料加以处理，得到均质纤维素产物，该方法步骤包括把多种浆料和纸质材料投入到一个容器里；注入蒸汽，同时搅拌这些原料；搅动这些原料的同时对容器里散发出来的气体进行净化；把容器密封起来以确保其气密性；在足够的温度和压力下使物料达到蒸汽饱和以膨胀其物理和化学结构；搅拌原料的同时，降低容器的压力进一步膨胀其物理和化学结构；最后出料。如果在１４０℃到１６０℃的温度范围内和２７５ＫＰａ到４５０ＫＰａ压力范围内，本发明专利技术方法的进行无需净化气体，而在上述净化，降压，和抽真空步骤中，把释放的有机化合物和其它空气污染物收集起来并经过处理，所利用的温度，压力和处理时间将足够净化和消毒试验室和医疗上所产生的有生物危害性的废物。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及再生利用，特别是涉及将各种浆料和纸质材料转换成多元应用的均质纤维素产品的再生利用。本专利技术还涉及到减少各种浆料、纸质材料、以及包括城市固体废物(MSW)和有生物危害性的废物的混杂废物中其它成分(如塑料)的量，有利于对这种废物中含有的各种成分，包括均质纤维素和塑料进行分离、回收和再生利用。本专利技术还涉及到对含有多种浆料和纸质材料和塑料的、并被微生物沾染的废物，例如有生物危害性的实验室废物和医疗废物进行净化和消毒，生成对环境安全的适于再生利用和/或处置的产品。上述的所有方面都涉及到对处理后的材料的空气污染物，例如挥发性有机化合物(VOC)的清除、捕捉和处理，使它们对环境无害。
技术介绍
含碳的化石原料是有限的自然资源，这些原料正在迅速地被消耗。目前全世界正在面临着由于能源和石化生产所用的矿产原料的耗尽，尤其是石油所引发的许多重大环境问题。石油提取、运输、提炼和制造中所产生的各种固体的、液体的和挥发性有机化合物已经并正在继续排放到环境中。然而在化石燃料燃烧时产生的二氧化碳排放到大气中是一个最大的环境问题。化石燃料的使用使大气中增加了大量的二氧化碳和有机化合物。因为二氧化碳是从化石矿物释放出来的，长期以来又一直有效地从生物界中被消除，但是目前地球上没有足够的植物群消耗掉正在产生的二氧化碳。因此大气中二氧化碳的比例正在增加。二氧化碳和有机化合物(例如挥发性有机物)，我们称之为“温室气体”，使高能量、短波长的太阳辐射穿透大气，使地球表面变热，但是这些相同气体也阻碍低能量、长波长的辐射，而这些辐射是将来自地球吸收的热量发散掉。因此，热量被积聚在地球的大气层中，这就称为“温室效应”。减少使用或不使用含碳的化石原料如燃烧燃料和化学原料可以阻止，并且可能还会逆转当前生物界变化的趋势。使用可再生的生物质来代替化石燃料是一项棘手的任务，但也是一项对环境有益的任务，值得为此付出努力，尤其是当我们考虑到当前的趋势持续下去后的长期效应问题时。当今地球所面临的另一个环境问题是废物的产生和处置，包括城市固体废物(MSW)和生物危害性废物。对大量城市固体废物(MSW)进行生产性的和有效的再生利用能大大减少目前废弃物的量。在城市固体废物中含有的多种浆料和纸质材料也能提供大量的可替代化石燃料和化学原料的可再生生物质。减少有生物危害性废物量、并对它进行净化消毒，就能以环境安全的方法对这种原料进行再生利用和/或处置。城市固体废物(MSW)包括，但不限于下列一些纤维素材料和非纤维素材料，例如办公室废物、商业废物、公共机构中的废物、工业废物、住宅区生活废物、多种浆料和纸质材料、墨水、胶、塑料、玻璃、金属、食品废物和落叶枯草废物。纤维素成分(例如多种浆料和纸质材料)从重量上，特别是从体积上占了城市固体废物中相当大的比例。因此无论是从重量上还是从体积上，特别需要循环利用纤维素成分，来减少城市固体废物的处置量。作了多次尝试将城市固体废物用在所谓的“资源回收设施”中来生产能量。这些设施是焚烧城市固体废物来产生蒸汽和/或发电，但事先没有分离出可以再生利用的物料，或者也可能进行一些很粗略的或少量的资源回收。这些设施称为“大肚子”(mass-bum)焚烧炉，这种焚烧炉的选址、审批许可、建造和运行都非常昂贵，除此以外，还产生大量有害气体或有毒气体和粒子，还产生大量有害有毒的飞灰，有时候还有底灰，这些都必须填埋到特殊设计和监控的“单填埋”场中。其它有些设施是将城市固体废物粉碎后并去除了不燃物后进行焚烧，从而回收能量，这称为“废物衍生燃料”(“RDF”)焚烧炉。RDF焚烧炉比起“大肚子”燃烧炉来释放较少量的有害有毒空气污染物，产生较少的有毒有害飞灰。还有一些设施将手工劳动与机械装置相结合，从城市固体废物中分离出可再生利用的物料，这些称为城市固体废物料回收设备(废物MRF)。这些设备中出来的不可再生利用的物料通常被粉碎，在现场内或现场外焚烧用于能量回收。废物物料回收设备中(MRF)的焚烧炉燃料产生的空气污染物和飞灰比“大肚子”焚烧炉或RDF焚烧炉的少。又做了多次尝试来封住或回收城市固体废物填埋场的气体，用于能量生产。回收和利用填埋场的气体能减少排放到大气中去的温室气体，特别是城市固体废物中所含的家用和工业化学品中产生的挥发性有机化合物以及城市固体废物埋入填埋场后腐败物料的厌氧菌分解处理时产生的沼气和二氧化碳。不经过化学变化的生物质(如木头、落叶枯草和食物废物)以及经过化学变化的生物质(如多种浆料、纸质材料、皮革、橡胶、以及其它的植物聚合物)燃烧产生的二氧化碳不会使大气中二氧化碳的浓度产生净增值，这与变成化石的生物质是不同的。近期的生物质与化石化的生物质不同，它是可以再生的，因为生长中的植物放出足够数量的二氧化碳给新的生物质，它们最终腐烂或燃烧生成的排放到大气中的二氧化碳发生循环。正如先前指出的，变成化石的生物质(如石油、煤等)燃烧时会使大气中的二氧化碳产生净增值。利用可再生的植物生物质，包括城市固体废物中的多种浆料和纸质材料，除了直接燃烧产生能量以外，还产生固态、液态和气体燃料、化学品、肥料和其它有用产品，还包括组合材料和钻井液，这样就能减少或消除对化石化生物质的依赖性，并消除或减少由于其使用所带来的不希望有的二次效应，同时减少了废弃物的量。为了能充分利用可再生的植物生物质，来取代含碳的化石物料，(除了那些不需要进一步改变就可作为固体燃料的以外)，必须要将植物生物质，特别是木材生物质转化为能被各种化学品、酶和/或微生物处理的形态，将生物质转变成希望得到的终端产品。自然生物降解作用是将植物生物质分解成基本取代基的最佳的、并且是对环境安全的方法，但是过程太慢，无法满足工业化社会对原料的需求。因此如果要有效利用植物生物质，就必须迅速降解。木材生物质是一种坚硬的物质。化学品、酶和微生物很难进入复合分子。纸浆和造纸工业已经使用了一些方法，通过机械上缩小尺寸和化学处理，至少部分地分解了木材生物质的结构，但是这个行业想要得到的终端产品必须具有纤维紧密性，具有一定的抗拉强度和刚性。必须要进行额外处理使这些浆料和纸质材料转化成适合用于各种复合材料(如纤维板、混凝土骨料、塑料板等)以及钻井液的均质纤维素产品，或将复合分子最终分解成其它的有用产品，如液态、气态燃料、化学品和肥料。植物生物质中最主要和最多的有机物料是叫做木质纤维素的结构成分。这种物料主要是由三种不同的生物聚合物(biopolymers)组成纤维素、半纤维素和木质素。这些复合分子是可再生能量和碳质材料的主要来源，最终可以取代化石化的含碳材料，用于生产燃料、化学品、肥料、复合材料、钻井液，并产生能量。先前曾作过尝试，开发几种从混杂的废物中分离出多种浆料和纸质材料，并将它们分解用于多种用途的方法。原先的方法主要是将这些材料进行物理剪切，以便减少颗粒大小。有几种称为“干加工”的方法，是将这些物料放到高速锤击磨碎机或低速磨碎机中产生一种粒度非常均匀的产品，叫做“蓬松料”。这种蓬松料通常是用混杂的废物(如城市固体废料)，分离掉密实材料(如玻璃、石英砂、铁金属)，含水量很高的污染物已经在粉碎过程中减小粒度大小后制得的，干的“蓬松料”用作“废物衍生燃料”(RDF)，直接燃烧产生能量。另一种叫做“湿加工”方法是用一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理各种浆料和纸质材料生产均质纤维素产品的方法包括下列步骤：投入各种浆纸质材料到容器；把蒸汽引入容器，同时搅拌这些材料；来自容器的清洗气体通过通气阀，同时搅拌这些材料；捕集并处理上述气体使一些挥发性有机化合物和一些在气体中存在的其它空气污染物变得无害；密封该容器以使容器受压密封；使材料在足够的温度和压力下用蒸汽饱和以膨胀材料的物理和化学结构，同时搅拌该材料；使容器减压以进一步膨胀材料的物理和化学结构；从容器中排放已加工的产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔H埃利，
申请(专利权)人：世界废物处理技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]