CZ52998A3 - Způsob zpracování sypkého odpadu a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Sypký odpad se zrny menšími než 0,2 mm v množství 5 až 85 % hmotn. se mísí s vytříděným a drceným termoplastovým odpadem. Směs se za stálého postupného pohybu a otáčení zahřívá na teplotu 210 až 320ÉC. Zařízení k provádění způsobu je tvořeno extrudérem /1/ s pohyblivým šnekem /3/ ve vyhřívaném válci /2/ s navazujícím tělesem /13/ domíchávače /8/ s vyhřívaným válcovým prostorem, uvnitř s dvěma souběžnými otočnými tvarovými hřídeli /21/ pro dopravu a míchání směsi. K výstupu /7/ domíchávače /8/ je připojen přes kanály /10/ rozvaděče /9/ zásobník /20/ zplastifikované směsi.

ÍV

• · · • · - · · • · · · · ·

Způsob zpracování sypkého odpadu • ·· • · · · · · •· • · · ·· a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování sypkého odpadu, např. popílku obsahujícího těžké kovy a karcinogenní látky z čištění kouřových spalin ve spalovnách komunálního odpadu. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

V praxi je jako odpadový materiál označován materiál, který nemá další přímé použití. Tento materiál je produkován v současnosti v takových množstvích, že je mimo finanční i kapacitní možnosti jeho případné další zpracování v těchto množstvích. Řada nejrůznějších odpadů, např. popílků nebo komunálních odpadů, např. nej různějších plastových obalů, končí proto na povrchových skládkách. Ekologický dopad takovéhoto nakládání s odpady je zřejmý. Např. zejména popílek, obsahující těžké kovy volně skladovaný, může způsobit zamoření povrchových i podzemních vod tím, že se z něho vylučují nej různější ekologicky nebezpečné sloučeniny. Termoplasty, např. nejrůznější obaly, lahve atd., neohrožují přímo životní prostředí v takové míře, jejich rozpad je však ve volné přírodě dlouhodobou záležitostí. Z těchto důvodů je vyvíjena snaha tyto odpadové materiály opětně využít, nebo převést do takového stavu, aby jejich negativní působení na životní prostředí bylo minimalizováno. Byla vyvinuta řada technologických postupů, které řeší odstraňování sypkých odpadů, zejména popílků, např. jejich použitím k výrobě stavebních prvků. Jsou známy technologické postupy zpracování sypkých odpadů, na jejichž výstupech jsou sice získávány materiály, ve kterých byly nebezpečné sypké materiály stabilizovány, avšak většinou ne takovým způsobem, aby mohly být použity pro výrobu nejrůznějších výrobků nebo stavebních prvků, určených pro nej širší veřejnost, nebo skladovány na skládkách s nižším stupněm zabezpečení. Postupem doby byly vyvinuty technologické postupy, na základě kterých jsou škodlivé sypké odpady míšeny s upravenými odpadovými termoplasty, přičemž sypký odpadový materiál, resp. jeho částice, jsou uzavřeny, tj. obaleny v termoplastickém materiálu, který je relativně odolný vůči klimatickým vlivům, čímž dlouhodobě zabraňuje případnému vyluhování škodlivých látek ze sypkého odpadu. Jedním z takovýchto způsobů je způsob popsaný např. v CZ zveřejněné přihlášce vynálezu zn.sp. PV 2825-94, kdy upravený, plastifikovaný termoplastový odpad se mísí s elektrárenským popílkem za určitých fyzikálních podmínek. Jiný způsob likvidace popílku je předmětem evropské patentové přihlášky vynálezu zveřejněné pod č. 0 626217 Al (č. přihl. 94201448.1) Celá řada dalších patentových dokumentů popisuje způsob likvidace popílků, založených na stejném principu, tj. na jejich míšení s plastovým odpadem. Jednotlivé technologické postupy se odlišují fyzikálními podmínkami, za kterých jsou prováděny a vzájemnými poměry složek odpadových materiálů. Nevýhodou všech těchto dosud známých technologických postupů je, že vyluhování škodlivých látek z popílku je poměrně vysoké.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje způsob zpracování sypkého odpadu, zejména popílku ze spaloven komunálního odpadu a zařízení podle předloženého vynálezu. Podstata způsobu zpracování spočívá v tom, že sypký odpad s převážnou částí zrn o velikosti menší než 0,2 mm v množství 5 až 85 % hmotn. se mísí s vytříděným a drceným termoplastovým odpadem, načež se pod tlakem postupující směs za stálého míchání postupně zahřívá až na teplotu plastifikace použitého termoplastového odpadu v rozsahu 210 až 320°C. Poté se zplastif ikovaná směs domíchává po dobu delší než 90 sek. při udržování teploty v rozsahu 250 až 320°C. Při tomto domíchávání zplastifikovaný termoplastový odpad prosycuje porézní zrna sypkého odpadu a po povrchu je ze všech stran obalí za současného zmenšení objemu směsi. Po domíchání se směs plní do formy.

Výhodou uvedeného postupu je dokonalé obalení zrn sypkého odpadového materiálu termoplastovým materiálem a malá pórovitost tímto postupem zhotoveného tělesa. V důsledku toho je ztížen, resp.

zcela zamezen přístup kapalin nebo jakýchkoliv atmosferických vlivů k částečkám sypkého odpadu zapouzdřeného v termoplastickém • · materiálu, a tím zamezeno jejich vyluhování. Pokud sypký materiál obsahuje neškodný nebo méně škodlivý materiál, lze ho ve spojení s termoplastovým odpadem využít pro výrobu výrobků, na které nejsou kladeny velké požadavky z hlediska hygienických předpisů, tj . výrobky, které nepřijdou do styku v masovém měřítku se spotřebitelskou veřejností. Pokud je zplastifikovaný termoplastický odpad plněn hygienicky závadným sypkým materiálem, jsou z tohoto materiálu zhotovována tělesa vhodných tvarů, která v důsledku výše uvedených vlastností lze skladovat na skládkách s menším stupněm zabezpečení, než by tomu bylo v případě skládky volně loženého sypkého materiálu, kde by docházelo k rozptylu a vyluhování škodlivých látek.

Způsob zpracování sypkého odpadu se s výhodou provádí tak, že se tento sypký odpad smísí s termoplastovým odpadem ještě před jeho zahříváním na plastifikační teplotu. Výhodou tohoto způsobu je, že do zařízení pro plastifikaci termoplastového odpadu již vstupuje dobře homogenizovaná směs, jejíž obě složky se v průběhu plastifikace ohřívají současně a rovnoměrně, zatímco v případě přidávání sypkého odpadu do již zahřátého příp. zplastifikovaného termoplastového odpadu dochází v místě přidávání sypkého odpadu k narušení teplotních poměrů v zařízení, a tím k možnému zhoršení homogenity směsi a v důsledku toho i kvality výsledného produktu.

Jiné výhodné provádění způsobu se vyznačuje tím, že s vytříděným a drceným termoplastovým odpadem se sypký odpad mísí v množství 50 až 60% hmot. Při tomto přidávaném množství sypkého materiálu dochází k dokonalému obalení zrn sypkého odpadu termoplastovým materiálem, přičemž výsledný výrobek má zrna sypkého odpadu rovnoměrně rozdělena ve všech částech svého objemu.

Je rovněž výhodné, je-li doba domíchávání směsi zplastifikovaného termoplastového odpadu 3 až 8 minut. Při této době domíchávání je dosaženo dobré homogenity výsledné směsi a malé poréznosti výsledného výrobku při minimální energetické náročnosti tohoto technologického kroku předmětného způsobu.

S výhodou se směs zplastifikovaného termoplastového odpadu domíchává se sypkým odpadem při dopravním pohybu směsi v tenké vrstvě 1 až 3 mm mezi volně zabírajícími souběžnými tvarovými

hřídeli, otáčejícími se obvodovými rychlostmi, jejichž rozdíl je 0,02 až 0,5 m/s. Při domíchávání za těchto podmínek dochází k vysokému stupni promísení směsi a k odstranění případných vzduchových bublinek, a tím k současnému zmenšení objemu směsi. Výsledkem je vysoce homogenní směs bez plynových dutinek, a tím i neporézní konečný výrobek s rovnoměrně rozloženými a dobře termoplastovým materiálem obalenými zrny a tudíž odolný vůči vyluhování škodlivých látek zrn sypkého odpadu.

Zařízení pro provádění předmětného způsobu je tvořeno extrudérem s vyhřívaným válcem majícím na svém výstupu teplotu 210 až 320°C. Vyhřívaný válec je opatřen vnitřním pohybovým šnekem a na svém vstupu má zaústěnu násypku pro vytříděný a drcený termoplastový odpad a pro sypký odpad. Extrudér má svůj výstup propojen se vstupem domíchávače, tvořeného tělesem s vyhřívaným válcovým prostorem, ve kterém jsou po jeho délce uspořádány dvě souběžné otočné tvarové hřídele pro dopravu směsi. Výstup domíchávače je opatřen prostředky pro spojení s formou.

Toto zařízení k provádění předmětného způsobu přes svoji konstrukční jednoduchost zajistí dokonalé promísení sypkého odpadu se zplastifikovaným termoplastovým odpadem.

Je výhodné, je-li každá z tvarových hřídelí opatřena na svém povrchu lichoběžníkovými závity navzájem zabírajícími s radiální, případně i axiální vůlí. Mezi navzájem zabírajícími čelními i bočními plochami lichoběžníkových závitů je tak vytvořen geometricky definovaný prostor, kterým prochází zpracovávaná směs za neustálého pohybu materiálu ve všech místech svého objemu, čímž dochází k velmi intenzivnímu promíchání.

Za účelem usnadnění, resp. urychlení průchodu směsi domícháVačem popřípadě i k dalšími domíchání směsi je výhodné, aby lichoběžníkové závity byly alespoň v jednom místě svého chodu přerušeny a hřídel byla v tomto místě opatřena míchacími lopatkami.

U výhodného provedení zařízení podle vynálezu jsou prostředky pro spojení s formou tvořeny vstřikovací hlavicí. Přímé napojení domíchávače na formu přes vstřikovací hlavici je zejména vhodné při výrobě tvarově jednodušších výrobků, kdy pro vpravení zplastifikované směsi do formy není třeba větších tlaků.

• · • * • · · · • · · ·

Jiné provedení zařízení se vyznačuje tím, že prostředky pro spojení s formou jsou tvořeny rozvaděčem s vnitřními kanály a uzavíracími členy, které jsou napojeny jednak na alespoň jeden hydraulicky ovládaný zásobník a jednak na vstřikovací hlavici. Výhodou takovéhoto uspořádání zařízení je, že šnek extrudéru a domíchávač mohou pracovat s menšími výstupními tlaky. Zplastifikovanou směsí je plněn přes rozvaděč alespoň jeden zásobník, ze kterého je poté tato směs vstřikována přes rozvaděč a vstřikovací hlavici do nově přistavené formy.

Výhodou zařízení, při kterém se zplastifikovaná směs odvádí do zásobníku je i menší opotřebení extruderu, resp. jeho pohonu, neboř extruder vytlačuje termoplastickou směs do zásobníku při menších tlacích, např. 2 MPa.

Je velmi výhodné, je-li zařízení opatřeno dvěma zásobníky, kdy jeden z nich je ve funkčním propojení s výstupem domíchávače, zatímco druhý je ve funkčním propojení se vstřikovací hlavicí. Výhodou je zde nepřerušovaný chod extrudéru a domíchávače, neboř v průběhu výměny formy a v průběhu vstřikování směsi z jednoho zásobníku do formy je zplastifikovaná směs termoplastového odpadu a sypkého odpadu z domíchávače dopravována přes rozvaděč do druhého zásobníku.

Podstata dalšího výhodného uspořádání zařízení spočívá v tom, že zásobník je tvořen vyhřívaným vytlačovacím válcem s výtlačným pístem, spřaženým s hydraulickým pístem hydraulického válce.

Toto konstrukční uspořádání zařízení umožňuje snadné řízení tlaku při vstřikování směsi do formy v důsledku spřažení výtlačného pístu s hydraulickým pístem, na který působí tlakové medium, jehož tlak lze snadno známými způsoby řídit. Toto řízení vstřikovacího tlaku je zejména důležité při plnění tvarově složitých forem, kdy je třeba udržovat, popř. zvýšit tlak po naplnění formy a doplňovat vnitřní prostor formy po smrštění vstříknutého materiálu.

· • » • · • · • · · · • ·

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých obrázek 1 schematicky znázorňuje řez extruderem s domíchávačem zplastifikovaného termoplastového odpadu. Na obrázku 2 je zobrazen příčný řez domíchávačem podél čáry A-A z obrázku 1. Na obrázku 3 je opět schematicky znázorněn řez extruderem a domíchávačem, napojenými přes rozvaděč na zásobník.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle obrázku 1 sestává z extruderu 1, který je tvořen vyhřívaným válcem 2, opatřeným násypkou 4. Ve vnitřním prostoru vyhřívaného válce 2 je umístěn pohybový šnek 3,. Násypkou 4 je do vnitřního prostoru přiváděn upravený, vytříděný termoplastový odpad, např. PE folie, obaly PET atd., rozdrcený a rozemletý na částice o velikosti 6 až 10 mm. Teplota v oblasti násypky 4 do vyhřívaného válce 23 je asi 60°C. Plastifikace ve vyhřívaném válci

2. probíhá za neustálého míchání, tj . neustálého otáčení pohybového šneku 3, přičemž je směs tlačena směrem k výstupu 5.. Z vyhřívaného válce 2. vystupuje již zplastifikovaný termoplastový odpad ve směsi se sypkým odpadem a je veden vstupem £ do domíchávače 8.. Domíchávač

8. je tvořen tělesem s vnitřním vyhřívaným válcovým prostorem 13, ve kterém jsou otočně uloženy dva rovnoběžné hřídele 21, jak je to zřejmé z příčného řezu znázorněném na obr. 2. Hřídele 21 jsou poháněné pohonnou jednotkou 14., kterou je např. elektromotor, přes převodovku 15 . Hřídele 21 jsou opatřeny lichoběžníkovými závity 22 , které do sebe volně zapadají, přičemž se otáčejí ve stejném nebo opačném směru. Jejich pohyb je synchronizován tak, aby rozdíl jejich obvodových rychlostí byl např. 0,3 m/s. K výstupu 7 domíchávače 8. může být připojena přímo vstřikovací hlavice 11.

Na obrázku 3 je schematicky znázorněna další varianta zařízení podle vynálezu. Výstup 7. domíchávače 8 je zde napojen na rozvaděč

9. se soustavou kanálu 10 a uzavíracích členů. Jak je z obrázku 3 zřejmé, nastavením uzavíracích členů lze promíchaný termoplastový odpad se sypkým odpadem vést z výstupu 2 domíchávače 2 přímo do vstřikovací hlavice 11, nebo do zásobníku 20 . Zásobník 20 je plněn při tlaku 1 až 4 MPa, což snižuje nároky na pohon extruderu 2· Je-

li vstřikování prováděno ze zásobníku 20 přes rozvaděč 9_, je možné využít vyšších tlaků, např. 10 MPa, kterých by nebylo možné dosáhnout při vstřikování přímo z extrudéru i. Na obrázku 3 je pro lepší přehlednost znázorněn pouze jeden tento zásobník 20. Zásobník 20 je tvořen vyhřívaným vytlačovacím válcem 16 s výtlačným pístem 17, který je mechanicky vázán s hydraulickým pístem 18 hydraulického válce 19. Hydraulický válec 19 je plněn pracovním mediem s řízeným tlakem. Ovládáním parametrů pracovního media lze podle potřeby výhodně regulovat rychlost vstřiku, vstřikovací tlak a dotlak. Doba vstřiku není závislá na době plastifikace směsi, přičemž směs lze vpravit do formy za dobu 2 až 10 krát kratší než při plnění formy přímo z extruderu 1 nebo domíchávače 8..

Na popsaném zařízení je prováděn způsob zpracování sypkého odpadu společně s termoplastovým odpadem, při kterém se termoplastový odpad třídí na jednotlivé frakce podle druhu termoplastu a drtí se na částice o velikosti do 20 mm. Tyto částice se následně rozemílají na částice o velikosti 6 až 10 mm, odstraní se prachové částice tvořené zbytky papíru, např. z nej různějších nálepek na obalech a jednotlivé frakce se smíchají v potřebných poměrech pro daný výrobek. Takto upravený termoplast se smíchá s popílkem o zrnitosti 0,1 mm. Je výhodné, je-li z termoplastového odpadu a popílku vytvořena směs, která obsahuje 60% hmotn. popílku, přičemž zbytek tvoří termoplastový odpad. Popílek, resp. jiný sypký odpad je možné přidávat do termoplastu i v jiné fázi způsobu, např. při plastifikaci termoplastu nebo při domíchávání termoplastu. V těchto případech je výhodné předehřátí přidávaného sypkého materiálu. Směs popílku a upraveného termoplastového odpadu je vedena do násypky 4 plastifikačního zařízení. Na vstupu působí na termoplastový odpad teplota přibližně 100°C, při které dochází k počátku plastifikace částic termoplastového odpadu, jejíž stupeň se v důsledku zvyšující se teploty ve směru pohybu zpracovávaného termoplastového odpadu zvyšuje až na teplotu 300°C, takže směs termoplastového odpadu a sypkého odpadu opouští výstup ze zařízení ve zcela plastickém stavu. Termoplastový odpad se poté přivádí do domíchávače 8,. Zde je termoplastový odpad udržován na teplotě vyšší než byla teplota v předchozím stupni zpracování, a to po dobu s výhodou delší než 90 sek. Po celou dobu je směs zplastifikovaného termoplastového odpadu a popílku promíchávána ve slabé vrstvě např. 2 mm silné, <1 · • · • · • · · · · · • ······ · · · • · · · * • · * · · <·· ···· vytvořené mezi povrchy dvou rotujících válců, jejichž obvodové rychlosti se liší o 0,3 m/s. V důsledku vnitřního tření ve vrstvě směsi, za těchto podmínek, dochází vedle intenzivního promíchávání směsi a obalování zrn popílku i k odstraňování vzduchových bublin ze směsi, a tím k jejímu zhutnění a v důsledku toho i ke zmenšení objemu směsi o 20 až 3 0 %. Výsledkem tohoto způsobu zpracování sypkého odpadu, např. popílku, je výrobek tvořený zrny sypkého odpadu, obalenými a propojenými termoplastem s minimem pórů, a tím i dobrou odolností proti vyluhování škodlivých látek z popílku.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení podle vynálezu lez využít všude tam, kde vznikají problémy se skladováním odpadových sypkých materiálů, zejména obsahujících těžké kovy, kdy hrozí nebezpečí vyluhování ze škodlivých látek.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zpracování sypkého odpadu, zejména popílků s obsahem těžkých kovů a karcinogenních látek z čištění kouřových spalin ve spalovnách komunálního odpadu, vyznačující se tím, že sypký odpad s převážnou částí zrn o velikosti menší než 0,2 mm v množství 5 až 85% hmotn. se mísí s vytříděným a drceným termoplastovým odpadem a pod tlakem postupující směs se za stálého míchání postupně zahřívá až na teplotu plastifikace použitého termoplastového odpadu v rozsahu 210 až 320°C a následně domíchává po dobu delší než 90 sekund při udržování teploty v rozsahu 250 až 320°C, takže zplastifikovaný termoplastový odpad prosycuje porézní zrna sypkého odpadu, po povrchu je ze všech stran obalí za současného zmenšení objemu směsi, a po domícháni se směs plní do formy.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že míšení sypkého odpadu s termoplastovým odpadem probíhá samostatně jako předběžný krok ještě před zahříváním.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že s vytříděným a drceným termoplastovým odpadem se mísí sypký odpad v množství 50 až 60% hmotn.
4. 4. Způsob podle některého z předcházejících nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že domíchávání směsi zplastifikovaného termoplastového odpadu se sypkým odpadem probíhá v rozsahu 3 až 8 minut.
5. 5. Způsob podle některého z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že domíchávání směsi zplastifikovaného termoplastového odpadu se sypkým odpadem probíhá při dopravním pohybu směsi v tenké vrstvě 1 až 3 mm mezi volně zabírajícími souběžnými tvarovými hřídeli, kde rozdíl obvodových rychlostí obou hřídelí je 0,02 až 0,5 m/s.
6. 6. Zařízení k provádění způsobu podle některého z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že je tvořeno extrudérem (1) s vyhřívaným válcem (2), majícím na svém výstupu teplotu v rozmezí 210 až 320°C, který je opatřen vnitřním pohybovým šnekem (3), do něhož je zaústěna násypka (4) vytříděného a drceného « · • · • · · • · · · • · · · • ······ · • * · · • · · · · · · termoplastového odpadu a sypkého odpadu, kde výstup (5) extrudéru (1) je propojen se vstupem (6) domíchávače (8), tvořeného tělesem (13) s vyhřívaným válcovým prostorem, ve kterém jsou po jeho délce uspořádány dvě souběžné otočné tvarové hřídele (21) pro dopravu směsi, přičemž výstup (7) domíchávače (8) je opatřen prostředky pro spojení s formou (12).
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že každá z tvarových hřídelí (21) má na svém obvodu lichoběžníkové závity (22), navzájem zabírající s radiální, případně i axiální vůlí.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že lichoběžníkové závity (22) jsou alespoň v jednom místě svého chodu přerušeny a hřídel (21) je zde opatřena míchacími lopatkami (23).
9. 9. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že prostředky jsou tvořeny vstřikovací hlavicí (11).
10. 10. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že prostředky jsou tvořeny rozvaděčem (9) s vnitřními kanály (10) a uzavíracími členy, které jsou napojeny jednak na alespoň jeden hydraulicky ovládaný zásobník (20) a jednak na vstřikovací hlavici (11).
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že zásobníky (20) jsou dva, kde zatímco jeden z nich je ve funkčním propojení s výstupem (7) domíchávače (8), druhý je ve funkčním propojení se vstřikovací hlavicí (11).
12. 12. Zařízení podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím, že zásobník (20) je tvořen vyhřívaným vytlačovacím válcem (16) s výtlačným pístem (17), spřaženým s hydraulickým pístem (18) hydraulického válce (19).