CN112888541A - 分离多层塑料层的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分离多层塑料层的系统和方法，将多层塑料的碎片运送到加容器(1)中，加压10至60秒。所述容器使用锅炉中产生的并引入所述容器中的过热蒸汽进行加压，直至达到1至12巴的压力和100至191.12℃的温度，然后将碎片运送到相对压力为‑0.7至0.1巴并且温度为15至25℃的出料罐中，保持1至5分钟。多层碎片随后被转移到机械分离单元中，在其中它们被分离成单层塑料的碎片，最后被转移到机械分类单元中，在其中将它们按材料分类。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于分离多层塑料层的系统和方法。
背景技术
多层塑料目前用于许多活动和领域，例如农业、工业和包装。日益增长的环境问题导致了对产品生命周期进行综合管理的普遍趋势，包括回收和再利用其有用部件，允许随后使用在新产品中回收的材料，并减少浪费、污染和成本。
有多种方法可用于回收由多层材料制成的物品，尤其是至少有一层为塑料的物品。所述方法包括第一阶段，用于削弱层与层之间的粘结(union)，即，粘合剂；还包括第二阶段，用于物理地和/或化学地分离各层。第一阶段需要直接加热多层塑料的碎片。这些碎片是通过切碎物品的初步阶段获得的，以将物品的尺寸减小到适合通过回收方法进行处理的尺寸。第二阶段通常需要使化学品与多层塑料碎片的一部分反应，溶解粘合剂或多层塑料碎片层中的一层。作为替代或与化学分离一起，第二阶段还可包括通过粉碎、研磨、抛光、切割和使用研磨物质对多层塑料碎片层进行物理分离。通常需要后续干燥阶段，以去除第二阶段中的水痕和任何残留流体。
这些回收方法有几个缺点:
-它们需要大量能量，因为要回收的多层塑料碎片物必须加热到高于80℃的温度，以削弱粘结强度，然后干燥分离出的塑料。
-它们需要化学成分，所述化学成分有毒且是污染性的，因此需要特殊的处理和处置方法。
-他们需要研磨物质，这些研磨物质需要特殊的处理和处置方法。
-整个过程需要相当多的资源，因为它需要几种物质，例如只能使用一次的化学成分。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于分离多层塑料层的系统和方法，能够解决上述的缺点。
本发明提供了一种用于分离多层塑料层的系统，包括:
-用于引入多层塑料碎片的进料斗，
-放置在进料斗后面的容器，
-放置在容器后面的出料罐，
-连接到出料罐的机械压缩机，
-连接到出料罐的泵，
-连接到容器和机械压缩机的锅炉，
-放置在出料罐后面的机械分离单元，以及
-放置在机械分离单元后面的机械分类单元，
该系统还包括进料斗和容器之间的阀门、容器和出料罐之间的排放阀、出料罐和机械压缩机之间的回收阀、出料罐和泵之间的阀门以及锅炉和容器之间的入口控制阀。
本发明还提供了一种用于分离多层塑料层的方法，该方法至少包括不同塑料的第一层和第二层，并且该方法使用本发明的系统。该方法包括以下阶段：
-使用在锅炉中产生并被引入容器的预热蒸汽对容器加压，直到容器内部的压力达到1巴至12巴，温度达到100℃至191.12℃，
-将放置在容器后面的出料罐的内部的相对压力置于-0.7巴至0.1巴之间，温度置于15℃至25℃之间，
-将多层塑料切成多层塑料碎片，
-将多层塑料碎片引入容器，并将它们在其中保持10秒至60秒的时间，从而削弱多层塑料碎片层的各层之间的粘结，
-将多层塑料碎片从容器转移到出料罐中，将它们在其中保持1分钟至5分钟的时间，
-将多层塑料碎片从出料罐转移到机械分离单元，在那里，多层塑料碎片被分离成单层塑料碎片，以及
-将单层塑料碎片从机械分离单元转移到机械分类单元，在那里，单层塑料碎片按材料进行分类。
除了节省能量之外，在本发明的方法中使用过热蒸汽还允许在短时间内在容器中同时应用高压和高温，这促进了各塑料层的分离。
从属权利要求中描述了本发明的其他有利实施例。
附图说明
图1示出了用于分离本发明的多层塑料层的系统的元件的布置示意表示。
图2示出了用于分离本发明的多层塑料层的装置的局部示意图。
图3示出了在用于分离本发明的多层塑料层的系统中使用的机械分离单元的实施例。
具体实施方式
多层塑料至少具有不同塑料的第一层和第二层，并且可以包括其它塑料的附加层。
塑料层通常由放置在两个塑料层之间的粘合剂连接。
在本文中，术语“真空”既指绝对压力为零的绝对真空，也指压力低于参考压力的相对真空。为了在必要时指定在短语中提及的是两个真空中的哪个真空，明确使用术语“绝对”或“相对”。
多层塑料通过任何机械方式被切碎成多层塑料碎片。在一个实施例中，碎片的最终尺寸(以它们的较大长度来测量的)不小于10毫米。
过热的蒸汽导致热冲击，热冲击不一定将整个颗粒加热到特定的温度，还会导致机械冲击，机械冲击是当塑料层从大气压力传递到工作压力时，塑料层受到突然的压力变化而引起的。这样，在机械分离阶段可以成功分离各层。蒸汽对碎片施加压力，从而削弱和破坏层与层之间的化学键。因为只有蒸汽被加热，所以节约了能源，并且不需要化学产品。
通过锅炉、阀门、泵或其他控制装置，容器和出料罐内的温度和压力条件保持恒定。这防止了能量损失并提高了生产率，因为容器和出料罐永久地准备好接收多层塑料碎片。
容器可以通过排放阀或其他控制装置连接到出料罐。加压和真空循环包括在容器中引入多层塑料碎片，因为它根据要处理的塑料类型包含特定温度和压力下的过热蒸汽，使用阀门或其他控制装置，根据要处理的塑料类型，把它们放在里面长达预定的时间。然后，使用阀门或其他控制装置将压力和温度损失降至最低，并利用容器和出料罐之间的压力差，将多层塑料碎片转移到出料罐中(该出料罐根据要处理的塑料的类型处于特定的温度和压力条件下，并且低于容器内部的压力和温度条件)；根据要处理的塑料类型，将它们保持在室内长达预定的时间。
根据塑料的类型和多层塑料碎片的其他特性，这些加压和真空循环可以重复一次或多次，通过阀门和其他控制装置将多层塑料碎片从出料罐返回到容器。
可以看出，借助过热蒸汽的作用，可以在容器中同时施加压力和高温。类似地，在出料罐中也同时应用真空和低温。
这种类型的加压和真空循环会增加多层塑料碎片所承受的压力差，压缩和解压各层，并在它们之间产生拉伸、压缩和剪切力，这进一步削弱了各层之间的粘结。这种增压和真空循环的另一个优点是：这些层在真空阶段干燥，消除了随后的干燥阶段。
这种温差会损坏和破坏塑料层之间的粘结，并且，由于粘合和塑料的热膨胀系数的差异，会导致各粘结之间的结构扩张和表面扩张。此外，塑料的分子结构被改变，从而导致各粘结和塑料层的体积变化，这转而进一步恶化了粘结。
在多层塑料碎片的加工过程中，特别是在它们进入容器和从容器排出时，可能会损失蒸汽。为了校正偏离预定条件的情况，提供了阀门，该阀门使容器和锅炉连通，并由控制系统进行管理。控制系统管理阀门的打开，以允许蒸汽进入容器，从而使容器内的预定压力和温度条件保持恒定。
在多层塑料碎片的处理期间，特别是在它们进入出料罐和从出料罐排出期间，来自容器的过热蒸汽可能会进入所述出料罐。为了校正与预定条件的偏差，设置阀门和泵，以使阀门连接泵和出料罐。泵在其内部保持预定的压力和温度条件，从出料罐内部抽取流体。
为了使该方法的产量最大化，泵从出料罐抽取的流体可以重新压缩，并用于该过程的其他部分。
本发明包括碎片的塑料层的机械分离阶段，以获得单层塑料碎片，因此单层塑料碎片也是单组分碎片。粘结已被削弱得足以实现各层的机械分离。这种分离包括切割、刷涂、抛光和摩擦碎片的动作。
最后，一旦碎片被分成单层碎片，就将它们引入一个用于机械分离各层的单元中，其中，通过将单层碎片放在受控的气流中，利用塑料的不同密度，根据它们的成分对它们进行分类。
在一个实施例中，多层塑料层中的一层是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而另一层是聚乙烯(PE)。然而，该方法适合于分离任何其他塑料材料的各层。
参考图1和图2，容器(1)包括内部压力和温度传感器，它们将关于这些量值的数据提供给控制系统。该控制系统通过作用于控制阀(即蒸汽入口控制阀(10)、容器(1)的排放阀(2)和料斗(9)的排放阀(20))以及作用在锅炉(3)上来控制这些变量，从而控制其内部温度。
过热蒸汽的成分是水。
锅炉(3)通过任何加热方法(例如电阻，微波)产生蒸汽。锅炉(3)由控制系统控制，由此，它会产生具有要处理的塑料类型所需特性的过热蒸汽。
首先，在第一批碎片引入之前，打开锅炉(3)，产生过热蒸汽。打开阀门(10)，使过热蒸汽进入容器(1)，直到达到预定的压力和温度条件(压力：1-12巴；温度：100-191.12℃)。在应用分离方法处理所有碎片的整个过程中，这些条件保持不变。
出料罐(4)通过阀门(21)无缝地连接到泵(5)。泵(5)保持出料罐(4)内-0.7巴到0.1巴(相对于环境压力)的恒定相对真空条件，在应用用于处理全部数量碎片的分离方法期间，保持该条件。出料罐(4)中的温度将在15-25℃之间。
当容器(1)和出料罐(4)中的压力和温度条件达到预定值时，在从多层塑料获得尺寸大于10mm的多层塑料碎片后，通过打开位于进料斗(9)出口处的阀门(20)，将它们通过进料斗(9)引入容器(1)。
然后将碎片保留在容器(1)中长达指定的时间，碎片在该容器中受到过热蒸汽的高温和高压。如果各层由PET和PE制成，则该时间优选在10秒至60秒之间。
在该时间之后，打开容器(1)的排放阀(2)，使碎片传到出料罐(4)，将碎片在其中保持预定的时间(1至5分钟)，并在其中经历相对真空和较低的温度。如果各层由PET和PE制成，则该时间优选为5分钟。在这些相对真空条件下经过预定时间后，将碎片带到机械分离单元(6)。
可能进入出料罐(4)的蒸汽通过将出料罐(4)连接到机械压缩机(8)的回收阀(11)提取。得到的冷凝水被过滤并重新引入锅炉(3)中。
真空时间过去后，碎片会转移到机械分离单元(6)中。
如图3所示，机械分离单元(6)包括用于将多层塑料碎片抛光、切割、刷涂和彼此摩擦的装置，以获得由单一类型的塑料制成的单层碎片。这些装置由一个或多个围绕腔室(17)内的轴线旋转的滚筒(16)组成。有些滚筒(16)包括粗糙表面，所述粗糙表面会剥落并擦亮碎片。其他滚筒(16)包括覆盖有垂直于滚筒表面放置的金属杆的表面。因此，切割时不需要刀片或任何其他锋利的元件。滚筒(16)一个接一个地直线排列，在最靠近其表面与腔室(17)表面之一的点和腔室(17)的该表面之间留有一个小的空间(19)，优选是0.8mm的距离，以促进碎片与滚筒(16)的表面之间的摩擦。可以通过朝向或远离腔室(17)的表面移动滚子来调整此空间(19)，或者通过使腔室(17)的最靠近滚筒(16)的表面朝向或远离滚筒(16)移动来调整此空间(19)。一排滚筒(16)被布置成与地板形成接近60°的角度。滚筒(16)包括位于每两个滚筒(16)之间的挡板(18)，滚筒(16)限定最靠近它们的腔室(17)的壁，挡板(18)限定仅通过位于腔室(17)上端的进料斗(12)和位于腔室(17)底端的出料斗(14)打开的分离体积(13)，因此，碎片仅在重力作用下从进料斗(12)通过分离体积(13)移动，而不会到达腔室(17)的另一个体积。
进料斗(12)包括将碎片导向分离体积(13)的壁(15)。
碎片从进料斗(12)引入分离单元(6)中，通过腔室(17)在重力的作用下下落，特别是从分离体积(13)下落，接收滚筒(16)的动作。当它们下落时，各层彼此分离并且通过搅拌作用消除了残留的水分。最后，一旦分离成单层碎片，它们就会通过出料斗(14)离开。
出料斗(14)连接到机械分类单元(7)。机械分类单元(7)包括振动台、吸气机和旋风分离器。颗粒被转移到振动台上。振动台的作用与吸气机的受控吸力相结合，根据碎片的密度将碎片分开，抽吸较轻的相，将较重的相留在振动台上，从而根据碎片组成来分离碎片。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于分离至少包括不同塑料构成的第一层和第二层的多层塑料层的方法，所述方法使用用于分离所述多层塑料层的系统，所述系统包括：
-用于引入多层塑料碎片的进料斗(9)，
-放置在所述进料斗(9)后面的容器(1)，
-放置在所述容器(1)后面的出料罐(4)，
-连接到所述出料罐(4)的机械压缩机(8)，
-连接到所述出料罐(4)的泵(5)，
-与所述容器(1)和所述机械压缩机(8)连接的锅炉(3)，
-放置在所述出料罐(4)后面的机械分离单元(6)，
-放置在所述机械分离单元(6)后面的机械分类单元(7)，
-所述进料斗(9)和所述容器(1)之间的阀门(20)、所述容器(1)和所述出料罐(4)之间的排放阀(2)、所述出料罐(4)和所述机械压缩机(8)之间的回收阀(11)、所述出料罐(4)和所述泵(5)之间的阀门(21)以及所述锅炉(3)和所述容器(1)之间的入口控制阀(10)，
所述方法包括以下阶段：
-使用在锅炉(3)中产生并被引入容器(1)中的预热蒸汽对所述容器(1)加压，直到所述容器(1)内部的压力达到1巴至12巴，温度达到100℃至191.12℃，
-将放置在所述容器(1)后面的出料罐(4)的内部的相对压力置于-0.7巴至0.1巴之间，温度置于15℃至25℃之间，
-将多层塑料切成多层塑料碎片，
-将所述多层塑料碎片引入所述容器(1)，并将它们在其中保持10秒至60秒的时间，从而削弱所述多层塑料碎片的各层之间的粘结，
-将所述多层塑料碎片从所述容器(1)转移到所述出料罐(4)中，并将它们在其中保持1分钟至5分钟的时间，
-将所述多层塑料碎片从所述出料罐(4)转移到机械分离单元(6)，在所述机械分离单元(6)中，所述多层塑料碎片被分离成单层塑料碎片，以及
-将所述单层塑料碎片从所述机械分离单元(6)转移到机械分类单元(7)，在所述机械分类单元(7)中，所述单层塑料碎片按材料进行分类，
其特征在于，放置在所述出料罐(4)中的所述容器(1)中的所述多层塑料碎片返回到所述容器(1)，再次经过以下阶段：将其保持10秒钟至60秒钟之间的时间，从而削弱所述多层塑料碎片的各层之间的粘结。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述多层塑料切成碎片，使得所述碎片的最终尺寸以其最大长度测量不小于10mm。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多层塑料层中的一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，另一层由聚乙烯(PE)制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过进料斗(9)将所述多层塑料碎片引入所述容器(1)中，所述进料斗(9)打开位于所述进料斗(9)出口处的阀门(20))。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多层塑料碎片从所述容器(1)转移到所述出料罐(4)是通过放置在所述容器(1)和所述出料罐(4)之间的排放阀(2)进行的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过放置在所述锅炉(3)和所述容器(1)之间的蒸汽入口控制阀(10)将预热蒸汽从所述锅炉(3)转移到所述容器(1)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，泵(5)从所述出料罐(4)内抽取液体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在将所述多层塑料碎片从所述容器(1)转移到所述出料罐(4)的过程中，蒸汽从所述容器(1)引入所述出料罐(4)中；所述蒸汽通过回收阀(11)抽出，所述回收阀阀将所述容器(1)和所述出料罐(4)连接到机械压缩机(8)，从而将生成的冷凝水过滤并重新引入所述锅炉(3)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述容器(1)包括内部压力和温度传感器，所述传感器向控制系统提供关于这些量值的数据，所述控制系统通过致动所述蒸汽入口控制阀(10)、所述排放阀(2)和所述阀门(20)和通过控制所述锅炉(3)的内部温度来控制该压力和温度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述机械分离单元(6)中，通过包括切割、刷涂、抛光和摩擦碎片的动作将所述多层塑料碎片分离成单层塑料碎片。
Claims (14)
1.一种用于分离多层塑料层的系统，其特征在于，包括：
-用于引入多层塑料碎片的进料斗(9)，
-放置在所述进料斗(9)后面的容器(1)，
-放置在所述容器(1)后面的出料罐(4)，
-连接到所述出料罐(4)的机械压缩机(8)，
-连接到所述出料罐(4)的泵(5)，
-与所述容器(1)和所述机械压缩机(8)连接的锅炉(3)，
-放置在所述出料罐(4)后面的机械分离单元(6)，以及
-放置在所述机械分离单元(6)后面的机械分类单元(7)，
所述系统还包括所述进料斗(9)和所述容器(1)之间的阀门(20)、所述容器(1)和所述出料罐(4)之间的排放阀(2)、所述出料罐(4)和所述机械压缩机(8)之间的回收阀(11)、所述出料罐(4)和所述泵(5)之间的阀门(21)以及所述锅炉(3)和所述容器(1)之间的入口控制阀(10)。
2.根据权利要求1所述的用于分离多层塑料层的系统，其中，所述机械分离单元(6)包括：
-具有壁(15)的进料斗(12)，
-内部包括滚筒(16)的腔室(17)，所述滚筒(16)通过中间挡板(18)对齐并连接，所述滚筒(16)形成最靠近它们的所述腔室(17)的壁，并且所述中间挡板(18)限定分离体积(13)，所述滚筒(16)在它们的表面的最靠近所述腔室(17)的表面之一的点和所述腔室(17)的所述表面之间留有空间(19)，以及
出料斗(14)，
这样，所述碎片通过所述进料斗(12)引入所述机械分离单元(6)，在重力的作用下通过所述腔室(17)下落，特别是通过分离体积(13)下落，在它们下落过程中接收所述滚筒(16)的动作，由此使所述多层碎片的各层彼此分离，并通过搅拌作用消除残留的水分，然后将获得的单层碎片通过所述出料斗(14)排出。
3.根据权利要求2所述的用于分离多层塑料层的系统，其中，所述机械分离单元(6)的所述出料斗(14)连接到所述机械分类单元(7)，所述机械分类单元(7)包括振动台、吸气机和旋风分离器，由此使所述单层碎片被转移到所述振动台上，然后，所述振动台的作用与所述吸气机的受控吸力相结合，根据所述单层碎片的密度将所述单层碎片分离，抽吸较轻的相，将较重的相留在所述振动台上，从而根据所述单层碎片的组成来分离所述单层碎片。
4.一种用于分离至少包括不同塑料的第一层和第二层的多层塑料层的方法，所述方法使用根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括以下阶段：
-使用在锅炉(3)中产生并被引入容器(1)中的预热蒸汽对所述容器(1)加压，直到所述容器(1)内部的压力达到1巴至12巴，温度达到100℃至191.12℃，
-将放置在所述容器(1)后面的出料罐(4)的内部的相对压力置于-0.7巴至0.1巴之间，温度置于15℃至25℃之间，
-将多层塑料切成多层塑料碎片，
-将所述多层塑料碎片引入所述容器(1)，并将它们在其中保持10秒至60秒的时间，从而削弱所述多层塑料碎片的各层之间的粘结，
-将所述多层塑料碎片从所述容器(1)转移到所述出料罐(4)中，并将它们在其中保持1分钟至5分钟的时间，
-将所述多层塑料碎片从所述出料罐(4)转移到机械分离单元(6)，在所述机械分离单元(6)中，所述多层塑料碎片被分离成单层塑料碎片，以及
-将所述单层塑料碎片从所述机械分离单元(6)转移到机械分类单元(7)，在所述机械分类单元(7)中，所述单层塑料碎片按材料进行分类。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述多层塑料切成碎片，使得所述碎片的最终尺寸以其最大长度测量不小于10mm。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的方法，其中，所述多层塑料层中的一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，另一层由聚乙烯(PE)制成。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，通过进料斗(9)将所述多层塑料碎片引入所述容器(1)中，所述进料斗(9)打开位于所述进料斗(9)出口处的阀门(20))。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，所述多层塑料碎片从所述容器(1)转移到所述出料罐(4)是通过放置在所述容器(1)和所述出料罐(4)之间的排放阀(2)进行的。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中，放置在所述出料罐(4)中的所述容器(1)中的所述多层塑料碎片返回到所述容器(1)，再次经过以下阶段：将其保持10秒钟至60秒钟之间的时间，从而削弱所述多层塑料碎片的各层之间的粘结。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其中，通过放置在所述锅炉(3)和所述容器(1)之间的蒸汽入口控制阀(10)将预热蒸汽从所述锅炉(3)转移到所述容器(1)。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中，泵(5)从所述出料罐(4)内抽取液体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在将所述多层塑料碎片从所述容器(1)转移到所述出料罐(4)的过程中，蒸汽从所述容器(1)引入所述出料罐(4)中；所述蒸汽通过回收阀(11)抽出，所述回收阀阀将所述容器(1)和所述出料罐(4)连接到机械压缩机(8)，从而将生成的冷凝水过滤并重新引入所述锅炉(3)中。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的方法，其中，所述容器(1)包括内部压力和温度传感器，所述传感器向控制系统提供关于这些量值的数据，所述控制系统通过致动所述蒸汽入口控制阀(10)、所述排放阀(2)和所述阀门(20)和通过控制所述锅炉(3)的内部温度来控制该压力和温度。
14.根据权利要求4至13中任一项所述的方法，其中，在所述机械分离单元(6)中，通过包括切割、刷涂、抛光和摩擦碎片的动作将所述多层塑料碎片分离成单层塑料碎片。
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