NO170461B - Fremgangsmaate og innretning til ekstrudering av oppstykket avfallsmateriale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til ekstrudering av et oppstykket avfallsmateriale som inneholder et støpbart plastmateriale, omfattende de trinn å

oppmale og komprimere avfallsmaterialet slik at det utvikles tilstrekkelig varme til at plastmaterialet

smelter, og å

ekstrudere avfallsmaterialet til et stanglignende, fast

legeme.

Videre angår oppfinnelsen en innretning til utførelse av fremgangsmåten.

Det er kjent at leveviset og industriens struktur nå for tiden forandrer seg på mange måter, idet det vanlige husholdsavfall og industriavfallet øker i volum og er av varierende beskaffenhet. Det er således nødvendig å anvende en fjerningsmåte som tilsvarer mottakskapasiteten av store mottaksanlegg og også avfallets beskaffenhet. Eksempelvis blir plastmaterialer i stor utstrekning benyttet til innpakning av mat, og i form av innpakningsbokser eller -beholdere og lignende, som blir gjenvunnet som løst gods i forbrenningsanlegg. Spesielt har det askelignende, forbrente avfall varierende egenskaper og inneholder ikke-brennbare stoffer og farlige materialer, f.eks. tungmetaller.

Plastavfallsmaterialet er vanligvis bare i liten grad forråt-net, og spesielt når det brennes, bevirker det høy temperatur i forbrenningsovnen, noe som forårsaker giftige gasser og ødeleggelse av ovnens gulv og vegger. I tillegg er plast-avf allsmaterialet så voluminøst at det opptar stor plass under lagring eller tilbakesendelse og er vanskelig å håndtere.

Når det forbrente materialet er i askeform og deponeres på bakken, vil det spres med vinden og vaskes bort av regnvann. Det askelignende, forbrente avfall blir derfor gravd ned

eller kastet på sjøen for deponering. De giftige, tunge metallsubstanser som inneholdes i det forbrente avfall har imidlertid tilbøyelighet til å forbli i grunnen og vil bli

fraktet bort av regnvannet til elver, sjøer og brønner som i sin tur blir forurenset. Forurensningen av vannet resulterer følgelig i en forurensning av miljøet, idet også sjøvannet blir forurenset. Til motvirkning av forurensningen er det kjent å binde askelignende, forbrent avfallsmateriale med sementmaterialer til gjenvinning i form av monolittiske betongblokker. Betongblokkene har imidlertid liten fasthet og er således uegnet til bruk for byggearbeider. I praksis benyttes slike blokker bare til deponering. Anvendelse av sementmaterialer som et støpbart middel til gjenvinningsformål er således både økonomisk og driftsmessig ufordelaktig. Anvendelse av en ny fremgangsmåte til overvinnelse av disse vanskeligheter er således påkrevet.

I lys av det ovennevnte er oppfinnelsen rettet mot prinsippene til samtidig behandling av det askelignende, forbrente avfallsmateriale og plastavfallsmaterialet, idet det gjøres bruk av en binde- eller skrueekstruderingsmaskin til forbedring av behandlingseffektiviteten og til effektiv gjenvinning av avfallsmaterialene for bruk av disse som konstruksjonsmateria-ler for bygging med betong eller asfalt, vanlige konstruksjons-materialer for vegger eller gulv, varmeisolasjonsmaterialer etc.

Det karakteristiske ved legemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av de i kravene angitte kjennetegnende trekk.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser utførelseseksempler på en innretning til fremstilling av et støpt, massivt legeme ifølge oppf innelsen. Fig. 1 er et grunnriss, delvis i snitt, som viser en innretning benyttet i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et sideriss, delvis i snitt, av den på fig. 1 viste innretning.

Fig. 3 viser et tverrsnitt etter linjen III-III på fig. 2.

Fig. 4 er et frontriss av en plate med en rekke hull.

Fig. 5 er et perspektivriss som viser et støpt, massivt legeme ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 og 7 er riss i likhet med fig. 1, som viser andre utførelsesformer.

Et støpt, massivt legeme av forbrent avfallsmateriale ifølge oppfinnelsen blir tildannet ved binding av askelignende, forbrent avfallsmateriale til et smeltet plast(avfalis)materiale som kan støpes eller stivne, og ekstrudering av en blanding av disse materialer til et fast legeme med stanglignende form. En fremgangsmåte til fremstilling av det støpte, massive legeme omfatter de trinn å kna, knuse og mate en blanding av forbrent avfallsmateriale og plastavfallsmateriale ved hjelp av en skrueinnretning 4, 4', å knuse og komprimere blandingen samt utføre operasjoner som medfører varmeutvikling i denne ved hjelp av en roterende komprimeringsinnretning som er forbundet med skrueinnretningen 4, 4<1>, å la inneholdt vann fordampe ved ekspansjon av blandingen, dvs. avlasting av blandingen slik at den bringes ut av den sammentrykte tilstand, og å ekstrudere blandingen gjennom en perforert plate 8 slik at den får stanglignende form.

Ifølge oppfinnelsen omfatter det plastavfallsmateriale som gjenvinnes i et forbrenningsanlegg termoherdende harpiks og termoplastisk harpiks, spesielt f.eks. polyetylen, polypro-pylen, polyvinylklorid, polystyren etc. Det forbrente avfallsmateriale kan være bunnaske fra bunnen av en ovn i anlegget, flyveaske fra røkkanalene, varmeoverføringspartier og støvsam-lere, og andre produkter fra forbrenningsovnene, idet all denne aske kan benyttes. Det askelignende, forbrente avfallsmateriale bør holdes på en vektprosent på 10% til 80% (fortrinnsvis 20% til 70%) av den samlede blanding av avfallsmaterialer. Dersom vektprosenten er på under 10% reduseres virkningsgraden av behandlingen av avfallsmaterialet. Dersom den er over 80% blir bindeevnen av den plast som kan stivne og således det faste legemes evne til opprettholdelse av sin form liten.

En innretning til støping av et massivt legeme av forbrent avfallsmateriale (heretter kalt støpeinnretningen) ifølge oppfinnelsen er enten en skrueekstruderingsinnretning med to aksler som vist på fig. 1 og 2, eller en skrueekstruderingsinnretning med en enkelt aksel som vist på fig. 6 og 7.

Det stanglignende, støpte, massive legeme av forbrent avfallsmateriale som blir formet ved binding av et askelignende forbrent avfallsmateriale til et smeltet plast(avfalis)-materiale som er støpbart, dvs. kan stivne, og ekstrudering av en blanding av disse er meget fast og stivt, idet partiklene av avfallsmaterialet blir fanget i plastbindematerialet under støpingen eller stivningen, slik at intet giftig stoff kan unnslippe fra dette. Når det er anbragt i sjøen eller i grunnen, vil det massive legeme således bli hindret i å forårsake forurensning. I tillegg er det massive legeme av forbrent avfallsmateriale så tett og har så stor spesifikk vekt, at det vil således synke i vann og forbli på det sted hvor det er nedsenket. Videre kan det fordelaktig benyttes som et byggemateriale ved bygging med betong eller asfalt. Dersom det ved hjelp av en valsemaskin gis platelignende istedenfor stanglignende form, kan det støpte massive legeme ifølge oppfinnelsen benyttes som et byggemateriale for vegger eller gulv, og også som et varmeisolasjonsmateriale for luftkondi-sjoneringsanlegg pga. dets gode varmeisolerende egenskaper.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere. Såvel det forbrente avfallsmateriale i askeform som plastavfallsmaterialet tilføres skrueinnretningen 4, 4' i det ovennevnte forhold. Samtidig som plastavfallsmaterialet som løsgods blir oppskåret og knust til små biter ved rotasjonen av skruebladene, blir det blandet med forbrent avfallsmateriale under knaing og ført fremover. En knadd blanding av de to avfallsmaterialer mates deretter inn i en roterende komprimeringsinnretning 6, 6' hvor den blir ytterligere oppmalt og komprimert mens plastmaterialet smelter pga. den frembragte friksjonsvarme samtidig som det inneholdte vann oppvarmes. Når blandingen av plastisk, flytbart avfallsmateriale i det følgende trinn blir bragt ut av komprimert tilstand, blir den hurtig ekspandert. Dette resulterer i at det støpbare, smeltede plastavfallsmateriale omkapsler det askelignende forbrente avfallsmaterialet mens det oppvarmede vann fordamper pga. trykkfallet. Strømmen av knadde avfallsmaterialer som omfatter mindre vann, blir tvunget ut gjennom en perforert plate 8, og følgelig blir det askelignende forbrente avfallsmateriale levert i form av et stanglignende, støpt, massivt legeme 9, idet det er innkapslet pga. bindeeffekten av det støpbare, smeltede plastavfallsmaterialet. Det stanglignende, smeltede, massive legeme 9 er, som nevnt ovenfor, hovedsakelig stivt og har en størrelse som er på 1/10 til 1/20 av den opprinnelige. 1 det følgende vil foretrukne utførelsesformer av innretningen ifølge oppfinnelsen bli beskrevet nærmere. Fig. 1-4 viser en ekstruderingsinnretning som ligner det støpeapparat (et apparat til innkapsling av avfallsmateriale som inneholder høymoleky-lære stoffer) som er foreslått av denne oppfinner og vist i japansk patentsøknad nr. 60-147166 (1985) .

På tegningene er det med henvisningstallet 1 angitt en ekstruderingsinnretning som i den ene ende har en innløpsåpning 11 til innmating eller ladning av materialet og i den annen ende har en fremre utløpsåpning 12. Mellom innløpsåpningen 11 og utløpsåpningen 12 er det montert et par roterende drivaksler 2 og 3 som forløper innbyrdes parallelt. På den fremre halvdel og på periferien av de roterende drivaksler 2 og 3 er det montert skrueformede blad som utgjør et par av første skrueinnretninger 4 resp. 4' som arbeider som en toakslet skrueinnretning. De første skrueinnretninger 4, 4' som har to kontraroterende aksler (til mating fra den ene til den annen side på fig. 1), tar imot det ladede materialet og knuser plastdelene av materialet til korn som blandes med det askelignende, forbrente avfallsmateriale, og en blanding av avfallsmaterialene blir deretter ført fremover.

Det fjerne eller ytre endeparti av de første skrueinnretninger 4, 4' med to aksler er forbundet med et par skiveelementer 5 resp. 5', som har skruelinjeformede blad 51, 51' tildannet på disse, og er fast montert på drivakslene 2 resp. 3. Skiveelementene 5, 5' er innrettet til overføring av blandingen av avfallsmateriale fra de toakslede skrueinnretninger 4, 4' til de roterende komprimeringsinnretninger 6, 6' ved at det skyves. De roterende komprimeringsinnretninger 6, 6' er fast montert på periferien av drivakslene 2 resp. 3, slik at de er forbundet med skiveelementene 5, 5'. De roterende komprimeringsinnretninger 6, 6' omfatter respektive koniske, oppstrøms anordnede partier 61, 61' og sylindriske, nedstrøms anordnede seksjoner 62, 62<*>. I periferioverflaten av komprimeringsinnretningene 6, 6<*> er det tildannet en flerhet av skruelinjeformede spor 63 resp. 63' som er anordnet med like mellomrom, og som strekker seg fra de koniske partier 61 resp. 61<*> til sylindriske partier 62 resp. 62'. Begge roterende komprimeringsinnretninger 6 og 6' er anordnet i en foring 13, slik at klaringen c mellom foringen 13 og komprimeringsinnretningene 6, 6<1> kan innstilles. Foringen 13 har en flerhet av skruelinjeformede spor 13a og 13a' som er anordnet med like mellomrom, og som er tildannet i den indre vegg av denne og strekker seg på skrå i forhold til de skruelinjeformede spor 63 resp. 63'. Blandingen av avfallsmaterialet som mates inn i mellomrommet c mellom foringen 13 og de roterende komprimeringsinnretninger 6, 6' blir komprimert og samtidig knust til korn ved en oppmalingsvirkning under rotasjonen, hvorved det utvikles varme pga. kompresjonen. Dette bevirker at plastavfallsmaterialet smelter og avgir oppvarmet vann.

De roterende komprimeringsinnretninger 6, 6' er i sin tur forbundet med et par andre skrueinnretninger 7 resp. 7' med to aksler hvor blandingen bringes ut av sin sammentrykte tilstand. Herved fordamper det oppvarmede vann pga. det øyeblikkelige trykkfall og unnslipper i dampform gjennom en utløpskanal Q anordnet over skrueinnretningene 7, 7'. Blandingen som inneholder mindre vann blir deretter knadd og komprimert av de andre, toakslede skrueinnretninger 7, 7<1> som strekker seg koaksialt i forhold til de første skrueinnretninger 4, 4', og til slutt støtt ut gjennom en flerhet av fremad tilspissede boringer 81 i en perforert plate 8 under kraftig utskyvning. Samtidig blir det forbrente avfallsmaterialet bundet ved bindeeffekten av det støpbare, smeltede plastmaterialet og således avlevert i form av et stanglignende, massivt legeme 9.

Den perforerte plate 8 har to grupper av boringer 81 som er tildannet i denne, og som er anordnet koaksialt i forhold til de roterende drivaksler 2 resp. 3 og i overensstemmelse med periferien av disses respektive andre, toakslede skrueinnretninger 7 og 7• som vist på fig. 4, og er avtagbart montert i den fremre utløpsåpning 12. Istedenfor at gruppene av boringer er sirukulære, som vist i utførelseseksempelet, kan de være mangekantede eller ha korsform, idet platen 8 er utskiftbar. Det støpte, massive legeme 9 som ekstruderes gjennom boringene 81 har en diameter på omtrent 15-40 mm og en lengde på omtrent 35-60 mm, og har tilstrekkelig stor tetthet og fasthet til å bli benyttet som bygningsmateriale for bygging med betong.

Fig. 6 viser en type innretning med enkelt aksel, hvor en eneste roterende drivaksel 2 har et skruelinjeformet blad som er montert på periferien av dennes fremre halvdel, slik at den utgjør en første, enkeltakslet skrueinnretning 4. Skrueinnretningen 4 har ved sin ytre eller fjerne ende et dreieelement 5 med skruelinjeformede blad 51 og en roterende komprimeringsinnretning 6, som begge er montert i den tidligere beskrevne rekkefølge. Den roterende komprimeringsinnretning 6 er i sin tur forbundet med en annen skrueinnretning 7 som er montert koaksialt i forhold til den første skrueinnretning 4. På den fremre ende av den annen skrueinnretning 7 er det anordnet en utløpsåpning, i hvilken det er anbragt en perforert plate 8. Det forbrente avfallsmateriale og plastavfallsmaterialet som blir ladet fra en ladeinnløpsåpning 11 av apparatet, blir knadd og knust ved bevegelsene av den første skrueinnretning 4, det roterende element 5 med de skruelinjef ormede blad og den roterende komprimeringsinnretning 6. Plastavfallsmaterialet smelter deretter pga. varmen som utvikles under komprimeringen og friksjonen. Det askelignende, forbrente avfallsmateriale kan således nært bindes til det støpbare, smeltede plastavfallsmateriale når disse materialer presses gjennom boringene av en perforert plate 8 ved hjelp av den annen skrueinnretning 7, og blir deretter avlevert i form av et stanglignende, massivt legeme 9.

På fig. 7 er det vist en annen skrueinnretning av enkeltakslet type som ligner den som er vist på fig. 6, hvor skrueinnretningene 4 ved den nedstrøms beliggende ende har et fremmad svakt tilspisset eller konusformet parti 40. Den indre vegg av innretningens hus er også tilspisset tilsvarende det konusformede parti 40. Når det når det konusformede parti 40 av skrueinnretningen 4, blir følgelig det materiale som skal behandles, kraftig komprimert før det strømmer inn i den roterende komprimeringsinnretning 6 fordi størrelsen på passasjen i innretningen gradvis avtar. Knusingen og utviklingen av kompresjons- og friksjonsvarmen kan således skje mer effektivt ved hjelp komprimeringsinnretningen 6.

Andre enn de ovenfor beskrevne bestanddeler, som vist på fig. 6 og 7, har en funksjon som ligner funksjonen av de bestanddeler som er vist på fig. 1-4. Da like komponenter er angitt med like nummere på tegningen, utelates den nærmere beskrivelse vedrø-rende fig. 6 og 7.

I det følgende vil det bli oppgitt resultatet av en prøve hvor det stanglignende, støpte, massive legeme av forbrent avfallsmateriale som er fremstilt av hver av de ovennevnte innretninger, er blitt undersøkt vedrørende sin trykkfasthet og anvendelighet i forbindelse med anbringelse i vann.

(i) Behandlet materiale:

Det forbrente avfallsmateriale i form av løst gods med spesifikk vekt på 0,94 ble tilført i askeform fra en forbrenningsovn, og plastavfallsmaterialet i form av kvadratiske flak, som hadde sidelengde på mindre enn tilnærmet 70 mm, og som ble brukket av fra oppskummede pakker for mat og flaskebeholdere av polyetylen for petroleum, hvor begge disse bestanddeler hadde samme vekt, ble matet inn i den ovennevnte innretning og avlevert i form av et stanglignende, støpt, massivt legeme med en diameter på 28 mm. Det massive legeme hadde en spesifikk vekt på 1,8, noe som tilsvarte et volumreduksjonsforhold på 1/13 til 1/18 i forhold til det opprinnelige volum av avfallsmaterialene. Det er således åpenbart at det askelignende, forbrente avfallsmateriale ble tett bundet til det smeltede plastavfallsmateriale. Det støpte, massive legeme kan følgelig forbli i ro når det anbringes i vann.

(ii) Anvendelighet ved anbringelse i vann

Det støpte, massive legeme ble senket i vann og oppbevart i en periode på 21 dager ved romtemperatur. Mens legemet var nedsenket, viste vannet intet tegn på å bli grumset eller forurenset pga. utlekking av metallsubstanser.

(iii) Måling av trykkfasthet

Et prøvestykke av det massive legeme med diameter på 28 mm og lengde på 28 mm ble undersøkt vedrørende trykkfasthet ved hjelp av en kompresjonsprøvemaskin. Resultatet var at det brøt sammen da trykket var på 1085 kg. Det betyr at det massive legeme har en trykkfasthet på omtrent 170 kg/cm<2> og det er således egnet til bruk som et konstruksjonsmateriale til bygging med betong og asfalt. Dersom diameteren av det stanglignende, massive legeme økes (f.eks. 70-80 mm), kan det også benyttes som et vanlig konstruksjonsmateriale for vegger eller gulv. I tillegg består det massive legeme hovedsakelig av forbrent avfallsmateriale og plastavfallsmateriale og har således gode varmeisoleringsegenskaper, slik at det kan benyttes som et varmeisolasjonsmateriale for klimaanlegg.

De viste innretninger er bare utførelseseksempler på innretninger ifølge oppfinnelsen, og det vil forstås at de innretninger som er vist i den ovennevnte, tidligere søknad kan være like velegnet.

Det støpte, massive legeme av forbrent avfallsmateriale ifølge oppfinnelsen er tildannet ved nær binding av et askelignende, forbrent avfallsmateriale med et smeltet plastavfallsmateriale som er støpbart, dvs. kan stivne, og ekstrudering av en blanding av disse til et legeme med stanglignende form som således har øket spesifikk vekt, slik at det kan forbli i ro uten å drive bort når det anbringes i vann. I tillegg er det askelignende, forbrente avfallsmaterialet innkapslet i et plastavfalls-bindemateriale, slik at farlige substanser som inneholdes i dette kan forbli innelukket, noe som bevirker at det ikke forekommer noen miljøforurensning. Det massive legeme som har forhøyet tetthet og fasthet pga. plastmaterialets bindeevne, kan benyttes som konstruksjonsmateriale for bygging med betong eller asfalt. Spesielt dersom det gis en platelignende form, kan det massive legeme benyttes som et vanlig konstruksjonsmateriale for vegger eller gulv, eller som et varmeisolasjonsmateriale med et bredt, industrielt anvendel-sesområde, idet det har gode egenskaper vedrørende varmemot-stand og -isolasjon.

Det massive legeme er således formet på en slik måte at både det forbrente avfallsmateriale og plastavfallsmaterialet blir knadd og komprimert samtidig som plastmaterialet smelter pga. utviklingen av friksjonsvarme. Dette tillater at to typer avfallsmaterialer effektivt kan behandles sammen under en spesiell fremgangsmåte. I tillegg eliminerer fremgangsmåten bruken av en stor forbrenningsovn for forbrenning av plast-avf all. Det massive legeme som blir fremstilt, har et volum nær 1/10 til 1/20 av det samlede avfallsmateriale, slik at det lett kan håndteres under transport, og når det gjenvinnes for deponering, kan det styrke grunnen og gjøre den motstands-dyktig. Når det deponeres i vann, vil det massive legeme ikke forårsake miljøforurensning eller utgjøre en havbunn bestående av løs masse.

Ifølge oppfinnelsen kan det samtidig behandles og gjenvinnes to typer avfallsmaterialer. Dette muliggjør effektiv eliminering av vanskeligheter i forbindelse med avhending av en rekke avfallsmaterialer som har voldt stor bekymring. Spesielt med tanke på at mengden av avfallsmateriale, er stor, særlig i byene stor, og at omtrent 15% er aske, mens 10% er plast, fortjener oppfinnelsen offentlig oppmerksomhet.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til ekstrudering av et oppstykket avfallsmateriale som inneholder et støpbart plastmateriale, omfattende de trinn å - oppmale og komprimere avfallsmaterialet slik at det utvikles tilstrekkelig varme til at plastmaterialet smelter, og å ekstrudere avfallsmaterialet til et stanglignende, fast legeme (9), karakterisert ved de ytterligere trinn å ekspandere avfallsmaterialet etter at det er blitt komprimert og før det ekstruderes, slik at eventuelt vann som det inneholder kan fordampe, og - slippe ut det fordampede vann til omgivelsene.

2. Innretning til ekstrudering av et oppstykket avfallsmateriale som inneholder et støpbart plastmateriale, omfattende en komprimeringsinnretning (6,6',13) til komprimering og eventuell knaing og oppmaling av avfallsmaterialet og smelting av plastmaterialet, og en munnstykkeanordning (8), regnet i strømningsretningen for avfallsmaterialet, karakterisert ved at den videre omfatter en ekspansjonsinnretning (7,7') som er anordnet mellom komprimer-ings innretningen (6,6<*>,13) og munnstykkeanordningen (8), til fordamping og eventuelt vann som avfallsmaterialet inneholder, og en utløpsåpning (Q) hvorigjennom fordampet vann kan strømme ut.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at ekspansjonsinnretningen (7,7') omfatter en gjennomstrømningspassasje for avfallsmaterialet med større tverrsnitt enn tverrsnittet av gjennom-strømningspassasjen av komprimeringsinnretningen (6,6',13) ved dennes utløp.