WO2024042205A1 - Procédé de séparation d'un mélange de granules par effet triboélectrique - Google Patents

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WO2024042205A1
WO2024042205A1 PCT/EP2023/073334 EP2023073334W WO2024042205A1 WO 2024042205 A1 WO2024042205 A1 WO 2024042205A1 EP 2023073334 W EP2023073334 W EP 2023073334W WO 2024042205 A1 WO2024042205 A1 WO 2024042205A1
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WO
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batch
granules
reactor
mixture
fluid
Prior art date
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PCT/EP2023/073334
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Inventor
Pierre SOMMEN
Original Assignee
Skytech
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C7/00—Separating solids from solids by electrostatic effect
    • B03C7/006—Charging without electricity supply, e.g. by tribo-electricity, pyroelectricity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C7/00—Separating solids from solids by electrostatic effect
    • B03C7/02—Separators
    • B03C7/08—Separators with material carriers in the form of belts

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating a mixture comprising granules of at least a first material and a second material, the mixture being charged by the triboelectric effect and passing through one or more electric field(s). to separate the mixture between at least a first mixture rich in granules of the first material and a second mixture rich in granules of the second material.
  • the invention also relates to a corresponding installation.
  • the triboelectric effect is an electrostatic phenomenon by which at least two materials of different nature electrify each other by contact. Electrons from one are transferred to the other and this situation persists. This is called static electricity. The lack of electrons in one creates a positive electric charge, while the excess of electrons in the other creates a negative charge. It is known to then separate granules of these materials by passing through an electric field, which applies opposing forces on the granules as a function of their respective electric charges.
  • the fluidized bed is more or less static in the reactor, and the granules, once loaded, are attracted out of the fluidized bed depending on their charge by conveyor belts forming electrodes around the fluidized bed . Extraction takes place continuously, and the fluidized bed is continuously supplied with the arrival of new granules.
  • a reactor is again very difficult to adjust, particularly with regard to the electrical charge level. It may also happen that insufficiently charged granules accumulate in the reactor and block it.
  • An aim of the invention is therefore to provide a separation process resolving all or part of the problems mentioned above, which is both effective from the point of view of separation and productive, while being simple to manage, particularly when the nature of the mixture to be separated changes.
  • the subject of the invention is a process for batch separation of a mixture comprising granules of at least a first material and a second material, comprising the following successive steps for each of the batches:
  • the granules of the batch introduced being initially at rest in the fluidization chamber, starting fluidization and obtaining at least one fluidized bed in the fluidization chamber, the fluidization being obtained by at least one ascending fluid current passing through the batch introduced and putting at least a fraction of the granules of the batch introduced into suspension, the fluidized bed charging by triboelectric effect,
  • the process comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
  • the modification of the fluid flow comprises a reduction in the flow rate of the fluid flow causing the granules of the fluidized bed to fall onto a receiving surface of the reactor;
  • the fluid stream has a non-zero residual flow rate in the fluidization chamber after the evacuation of the batch introduced;
  • the reactor is rotatably mounted relative to a frame between at least a first position occupied during fluidization, and a second position occupied during evacuation and in which the receiving surface is more inclined relative to the frame than in the first position , the evacuation comprising a movement of at least 90% by mass of the batch introduced, by gravity, along the receiving surface towards the outside of the fluidization chamber;
  • the modification of the fluid flow comprises an increase in the flow rate of the fluid flow, the evacuation comprising an ejection of at least 90% by mass of the fluidized bed out of the fluidization chamber caused by the increase in flow rate;
  • the reactor comprises an envelope defining: an inlet for the introduction, the inlet being open for the introduction, then closed after the introduction, and an outlet for the evacuation of at least 90% by mass of the batch introduced , the outlet being opened for evacuation, then closed after evacuation;
  • the reactor defines at least one circuit forming a loop for the fluid flow, the reactor comprising at least one fan to obtain the fluid flow in the circuit;
  • the fluid flow is at a temperature between 45°C and 75°C;
  • the granules of the batch introduced are maintained in the form of said fluidized bed for a predetermined duration, the granules of the first material taking an electric charge greater than 90% of a maximum electric charge that can be obtained in the given conditions.
  • the invention also has for an installation for batch separation of a mixture comprising granules of at least a first material and a second material, the installation comprising:
  • a reactor defining a fluidization chamber intended to receive one of the batches to obtain a batch introduced, the reactor being adapted to create a fluidized bed in the fluidization chamber, the granules of the batch introduced being initially at rest in the fluidization chamber, the reactor being adapted to produce at least one ascending fluid current passing through the batch introduced and putting at least a fraction of the granules of the batch introduced into suspension to obtain the fluidized bed, the fluidized bed being charged by triboelectric effect, the reactor being adapted to modify the fluid flow and evacuate at least 90% by mass of the batch introduced out of the fluidization chamber to obtain an evacuated batch, and
  • a separation unit adapted to create at least one or more electric field(s), the installation being adapted to pass the evacuated batch into the electric field(s) and separate the evacuated batch enters at least a first rich mixture in granules of the first material and a second mixture rich in granules of the second material.
  • FIG. 1 is a general view, in perspective, of a separation installation according to the invention, making it possible to carry out a process according to the invention
  • FIG. 1 is a perspective view of a mixture supply device of the installation shown in Figure 1,
  • FIG. 3 is a perspective view of a fluidization reactor of the installation shown in Figure 1, the reactor being in a first position occupied during the fluidization of a batch,
  • FIG. 4 is a perspective view of the reactor shown in Figure 3, the reactor being in a second occupied position during the evacuation of a batch from the reactor, and
  • FIG. 5 is a perspective view of a separation unit of the installation shown in Figure 1.
  • an installation 10 for separating a mixture 12 comprising granules (not shown) of at least a first material and a second material, into at least a first rich mixture 14 in granules of the first material and a second mixture 15 rich in granules of the second material.
  • the mixture 12 comprises for example as first material and second material:
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PS polystyrene
  • the granules of the first material and the second material are capable of becoming electrically charged when they are rubbed against each other by the triboelectric effect.
  • the first mixture 14 is for example rich in granules of the first material, in the sense that it comprises, by mass, a higher rate of granules of the first material than in the second mixture 15.
  • the second mixture 15 is by example rich in granules of the second material, in the sense that it comprises, by mass, a higher rate of granules of the second material than in the first mixture 14.
  • the first mixture 14 comprises, by mass, a proportion of granules of the first material greater than 95%.
  • the second mixture 15 comprises, by mass, a proportion of granules of the second material greater than 95%.
  • the mixture 12 to be separated comprises granules of three distinct materials, or more than three materials.
  • the mixture 12 is for example quaternary (comprises four materials) and is separated into a first binary mixture 14 (rich in two of the materials) and a second binary mixture 15 (rich in the other two materials).
  • the first mixture 14 then comprises, by mass, a proportion of granules of two of the materials greater than 95%
  • the second mixture 15 then comprises, by mass, a proportion of granules of the two other materials greater than 95%.
  • the mixture 12 to be separated comprises the materials PS, ABS, PP and PE and is separated into a first mixture rich in PP/PE, a second mixture rich in ABS/PS, and a third undifferentiated mixture, of composition similar to the mixture 12.
  • the installation 10 is adapted to operate in batches (in English batch) at least at the level of a reactor 16 ( Figure 3) adapted to produce a fluidized bed 18 ( Figure 3) from the mixture 12.
  • the batches of mixture to be separated advantageously succeeds one another at a high rate, which does not alter the productivity of the installation 10, quite the contrary, the installation being advantageously adapted to perfectly control the reactor 16, in particular the residence time of the granules in the reactor.
  • Installation 10 also includes a separation unit 20 (figure 5).
  • the installation 10 includes a particular feed device 22 (figure 2), to constitute the batches introduced one by one into the reactor 16.
  • the batches are already constituted and directly introduced into the reactor 16, or are produced in a manner known per se other than that permitted by the feed device 22.
  • the feed device 22 ( Figure 2) comprises a chassis 24, a vibrating table 26 adapted to create a layer of granules from the mixture 12, a conveyor 28 to move the layer of granules relative to the chassis 24, and two ionizing bars 30A, 30B placed above the conveyor.
  • the feed device 22 includes only one ionizing bar, or more than two.
  • the feed device 22 comprises a hopper 32 containing the mixture to be treated, and an endless screw 34 for conveying the mixture 12 from the hopper to the vibrating table 26.
  • the feed device 22 comprises for example a buffer hopper 36 located at the end of the conveyor 28.
  • the ionizing bars 30A, 30B are adapted to electrically discharge the mixture 12 to be separated.
  • the ionizing bars 30A, 30B are for example activatable, and advantageously adjustable in frequency and distance relative to the conveyor. THE frequency adjustment is advantageously carried out directly on the ionizing bars 30A, 30B.
  • the buffer hopper 36 is adapted to constitute a batch 38 of mixture, the mass of which is for example between 30 and 100 kg, and is advantageously around 50 kg.
  • the reactor 16 ( Figures 3 and 4) defines a fluidization chamber 40 adapted to receive a batch 38 introduced, in the example coming from the buffer hopper 36.
  • the reactor 16 is adapted to create the fluidized bed 18 in the fluidization chamber 40.
  • the reactor 16 is adapted to produce at least one ascending current of fluid 42 passing through the batch 38 introduced to put at least a fraction of the granules of the batch introduced into suspension and obtain the fluidized bed 18.
  • the reactor 16 is adapted to modify the fluid flow 42 and evacuate at least 90% by mass of the batch 38 introduced out of the fluidization chamber 40 to obtain an evacuated batch 44 ( Figure 4).
  • an evacuated batch 44 ( Figure 4).
  • all, or almost all (more than 99% by mass), of batch 38 introduced is evacuated.
  • the reactor 16 is for example configured so that the fluid stream 42 is at a temperature between 45°C and 75°C. This allows the fluid to dry and promotes triboelectricity.
  • the reactor 16 defines for example a receiving surface 46, for example a grid, located under the fluidized bed 18 and intended to receive the granules if the flow rate of the fluid current 42 is reduced, the fluidized bed falling on the receiving surface.
  • a receiving surface 46 for example a grid
  • the reactor 16 is for example rotatably mounted relative to a frame 48 of the installation 10 between at least a first position ( Figure 3) occupied during fluidization, and a second position ( Figure 4), occupied during evacuation and in which the receiving surface 46 is more inclined relative to the frame 48 than in the first position.
  • the reactor 16 is for example movable in rotation around an advantageously horizontal axis D.
  • the reactor 16 comprises for example an envelope 50 defining an inlet 52 for the introduction of the mixture 12, the inlet being open for the introduction, then closed after the introduction.
  • the envelope 50 defines an outlet 54 for the evacuation of at least 90% by mass of the batch 38 introduced, the outlet being open for evacuation, then closed after evacuation
  • the reactor 16 defines at least one circuit 56 forming a loop for the fluid flow 42, the reactor comprising at least one fan 58 to obtain the fluid flow 42 in the circuit 56.
  • the reactor 16 advantageously comprises a homogenization chamber 60 for homogenizing the fluid stream 42, and a heating system 62 adapted to heat the fluid stream 42.
  • the reactor 16 advantageously comprises a recuperator 64 and a sheath 66 connecting the recuperator to the blower 58.
  • circuit 56 includes the blower 58, the homogenization chamber 60, the heating system 62, the fluidization chamber 48, the recuperator 64 and the sheath 66.
  • the fluidization chamber 40 is for example delimited at the bottom (in the first position) by the receiving surface 46, which is advantageously permeable to the fluid flow 42, laterally by the envelope 50, advantageously presenting at least one transparent wall allowing see the fluidized bed 18, and above by the recuperator 64.
  • the homogenization chamber 60 extends for example between the blower 58 and the heating system 62.
  • the homogenization chamber 60 has for example a shape flared upwards (in the first position).
  • the homogenization chamber 60 is advantageously delimited laterally by four flat faces.
  • the fluid is, for example, air, or previously dried air.
  • the recuperator 64 is advantageously adapted to filter the fluid stream 42 and remove fine particles (not shown), so that the latter do not return to the blower 58.
  • the reactor 16 is advantageously adapted to operate in a closed circuit, or in fresh air.
  • the sheath 66 has, for example, an outlet 68 for the fluid flow 42 in “fresh air” mode.
  • the blower 58 also includes an air intake 70 for the same reasons.
  • the receiving surface 46 is for example substantially horizontal. In the second position, the receiving surface 46 is for example inclined at approximately 45° (plus or minus 5°, or even 10°).
  • the separation unit 20 ( Figure 5) comprises for example a hopper 72, a conveyor 74, and electrodes 76 adapted to create the electric field(s).
  • the separation unit 20 includes for example three separation compartments 76 and three endless screws 78 making it possible to fill three bags 80 at the same time.
  • the feed device 22 constitutes batches of the mixture 12.
  • the endless screw 34 draws the mixture 12 from the hopper 32 and conveys it to the vibrating table 26.
  • the vibrating table 26 advantageously creates a layer of mixture on the conveyor 28, which conveys the layer to the buffer hopper 36 in which a batch 38 is formed.
  • the mixture 12 discharges electrically. This involves advantageously carrying out electrical neutralization.
  • Reactor 16 is in the first position and inlet 52 is open.
  • the buffer hopper 36 introduces the batch 38 into the fluidization chamber 40.
  • the flow rate of the fluid stream 42 is then for example zero in the fluidization chamber 40.
  • the granules of the batch introduced are initially at rest in the fluidization chamber 40.
  • the flow rate of the fluid current 42 is not zero during introduction, but has a value such that the granules of the batch 38 introduced are at rest (no fluidized bed). This makes it possible, for example, to more easily maintain a desired temperature in the fluidization chamber 40.
  • the inlet 52 is closed and the flow rate of the fluid stream 42 is increased to a value allowing at least a fraction of the granules, preferably all the granules, of the batch 38 introduced to be placed in suspension, to obtain the fluidized bed 18.
  • the fluidized bed 18 is then charged by the triboelectric effect.
  • Fluidization is obtained under given conditions (temperature of the fluid stream, humidity, flow rate of the fluid stream, etc.), the granules of the batch 38 introduced are advantageously maintained in the form of the fluidized bed 18 for a predetermined duration, the granules of the first material taking an electric charge greater than 90% of a maximum electric charge which would be obtained under the same given conditions by maintaining the granules of batch 38 introduced in the form of the fluidized bed 18 for a duration greater than the predetermined duration. In other words, we wait long enough to obtain an electrical charge greater than 90% of the maximum charge possible under the given conditions.
  • the maximum possible load under the given conditions can be determined by those skilled in the art by simple measurements in the fluidization chamber 40, or in the laboratory.
  • the flow rate of fluid current 42 is reset to its reduced value, or reset to zero, and at least 90% by mass of the batch 38 introduced, preferably the entire batch introduced, is evacuated from the fluidization chamber 40.
  • the granules of the fluidized bed 18 fall onto the receiving surface 46.
  • the outlet 54 is opened and the reactor 16 is switched from the first position to the second position.
  • the receiving surface 46 tilts.
  • the granules move, by gravity, along the receiving surface 46 and exit the fluidization chamber 40 via the outlet 54.
  • the evacuated batch 44 arrives in the separation unit 20.
  • the outlet 54 of the reactor 16 is closed and the reactor is returned to the first position, in which it can receive a new batch of mixture 12.
  • the discharged batch 44 is separated at least between the first mixture 14 and the second mixture 15.
  • the discharged batch 44 is separated into three mixtures, the third being of undifferentiated composition, for example similar to that of mixture 12 to be separated.
  • the third mixture is generally recycled in mixture 12 to be separated.
  • the granules are not evacuated by reducing the flow rate of the fluid current 42 and by tilting the reactor 16 relative to the frame 48, but by increasing the flow rate of the fluid current 42.
  • the evacuation then comprises a ejection of at least 90% by mass of the fluidized bed 18 from the fluidization chamber 40 via an outlet (not shown) provided in the fluid current circuit 56 42. Instead of the particles of the fluidized bed 18 falling back onto the surface reception 46, they are pushed upwards by the increase in the flow rate of the fluid current 42.
  • the separation process is efficient from the point of view of separation, because the granules are properly electrically charged. Although carried out in batches in the reactor, the process remains productive. In fact, the duration of fluidization is perfectly controlled and the risks of malfunction, such as clogging, are reduced.
  • the process is simple to manage, even when the nature of the mixture to be separated changes, thanks to easy configuration of key factors (fluidization time, temperature, air flow).

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  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Procédé de séparation par lots d'un mélange comprenant des granules d'au moins deux matériaux, comprenant les étapes successives suivantes pour chacun des lots : - introduction dans une chambre de fluidisation (40) définie par un réacteur (16) et obtention d'un lot (38) introduit, - les granules du lot introduit étant initialement au repos, démarrage d'une fluidisation et obtention d'au moins un lit fluidisé (18) dans la chambre de fluidisation, la fluidisation étant obtenue par au moins un courant de fluide (42) ascendant mettant au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension, le lit fluidisé se chargeant par effet triboélectrique, - modification du courant de fluide (42) et évacuation d'au moins 90% en masse du lot introduit hors de la chambre de fluidisation, - passage du lot évacué dans un ou plusieurs champ(s) électrique(s) adapté(s) pour séparer le lot évacué.

Description

Procédé de séparation d’un mélange de granules par effet triboélectrique
La présente invention concerne un procédé de séparation d’un mélange comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, le mélange se chargeant par effet triboélectrique et passant dans un ou plusieurs champ(s) électrique(s) pour séparer le mélange entre au moins un premier mélange riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange riche en granules du deuxième matériau.
L’invention concerne aussi une installation correspondante.
L’effet triboélectrique est un phénomène électrostatique par lequel au moins deux matériaux de nature différente s’électrisent mutuellement par contact. Des électrons de l’un sont transférés à l’autre et cette situation persiste. On parle ainsi d’électricité statique. Le défaut d’électrons de l’un crée une charge électrique positive, tandis que l’excès d’électrons de l’autre crée une charge négative. Il est connu de séparer ensuite des granules de ces matériaux par passage dans un champ électrique, qui applique des forces opposées sur les granules en fonction de leurs charges électriques respectives.
Pour augmenter l’effet triboélectrique, de l’énergie mécanique est en général apportée en frottant les matériaux l’un contre l’autre pendant un certain temps. La charge électrique augmente progressivement, à un rythme qui dépend des matériaux et des conditions environnantes, notamment du taux d’humidité. La charge peut dans certains cas diminuer si le frottement dure trop longtemps.
Afin d’obtenir un procédé de séparation présentant une productivité intéressante, il est connu d’introduire en continu le mélange à séparer dans une boîte d’agitation. Les particules sont introduites à une extrémité de la boîte et ressortent à une autre extrémité. Toutefois, la progression du milieu granulaire dans la boîte, due aux mouvements de la boîte, à sa forme et son orientation, est difficile à contrôler. Il peut arriver que les granules en sortie soient insuffisamment chargées, ou que le débit de sortie soit faible.
En outre, si la nature du mélange à séparer change, des modifications mécaniques complexes sont à opérer pour de nouveau obtenir un réglage adapté à la nouvelle nature du mélange.
Afin d’augmenter la vitesse de charge et le débit du mélange en sortie, il a été proposé de produire en continu un lit fluidisé dans un réacteur à partir du mélange à séparer. Le lit fluidisé est obtenu par un courant de fluide ascendant, en général de l’air. Toutefois, à nouveau, l’extraction de granules et plus généralement la progression du lit fluidisé dans le réacteur s’avère difficile à gérer. De plus, lorsque les matériaux ont un temps de charge assez long, le réacteur de fluidisation doit être de grandes dimensions, ce qui entraîne des coûts importants au niveau de la soufflante produisant le courant de fluide, et au niveau de l’éventuel chauffage du courant de fluide.
Dans le document WO 2010/109096, le lit fluidisé est plus ou moins statique dans le réacteur, et les granules, une fois chargées, sont attirées hors du lit fluidisé en fonction de leur charge par des tapis roulants formant des électrodes autour du lit fluidisé. L’extraction se fait en continu, et le lit fluidisé est alimenté en continu par l’arrivée de nouvelles granules. Néanmoins, un tel réacteur est à nouveau très délicat à régler, notamment en ce qui concerne le niveau de charge électrique. Il peut se produire aussi que des granules insuffisamment chargées s’accumulent dans le réacteur et le bloquent.
Un but de l’invention est donc de fournir un procédé de séparation résolvant tout ou partie des problèmes évoqués ci-dessus, qui soit à la fois efficace du point de vue de la séparation et productif, tout en étant simple à gérer, notamment lorsque la nature du mélange à séparer change.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de séparation par lots d’un mélange comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, comprenant les étapes successives suivantes pour chacun des lots :
- introduction d'un des lots dans une chambre de fluidisation définie par un réacteur et obtention d’un lot introduit,
- les granules du lot introduit étant initialement au repos dans la chambre de fluidisation, démarrage d’une fluidisation et obtention d’au moins un lit fluidisé dans la chambre de fluidisation, la fluidisation étant obtenue par au moins un courant de fluide ascendant traversant le lot introduit et mettant au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension, le lit fluidisé se chargeant par effet triboélectrique,
- modification du courant de fluide et évacuation d’au moins 90% en masse du lot introduit hors de la chambre de fluidisation et obtention d’un lot évacué, et
- passage du lot évacué dans un ou plusieurs champ(s) électrique(s) adapté(s) pour séparer le lot évacué en au moins un premier mélange riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange riche en granules du deuxième matériau.
Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la modification du courant de fluide comprend une réduction du débit du courant de fluide provoquant une chute des granules du lit fluidisé sur une surface de réception du réacteur ;
- après la réduction du débit du courant de fluide, le courant de fluide présente un débit résiduel non nul dans la chambre de fluidisation après l’évacuation du lot introduit ; - le réacteur est monté rotatif par rapport à un châssis entre au moins une première position occupée pendant la fluidisation, et une deuxième position occupée pendant l’évacuation et dans laquelle la surface de réception est plus inclinée par rapport au châssis que dans la première position, l’évacuation comprenant un déplacement d’au moins 90% en masse du lot introduit, par gravité, le long de la surface de réception vers l’extérieur de la chambre de fluidisation ;
- la modification du courant de fluide comprend une augmentation du débit du courant de fluide, l’évacuation comprenant une éjection d’au moins 90% en masse du lit fluidisé hors la chambre de fluidisation provoquée par l’augmentation du débit ;
- le réacteur comprend une enveloppe définissant : une entrée pour l’introduction, l’entrée étant ouverte pour l’introduction, puis refermée après l’introduction, et une sortie pour l’évacuation d’au moins 90% en masse du lot introduit, la sortie étant ouverte pour l’évacuation, puis refermée après l’évacuation ;
- le réacteur définit au moins un circuit formant une boucle pour le courant de fluide, le réacteur comportant au moins une soufflante pour obtenir le courant de fluide dans le circuit ;
- le courant de fluide est à une température comprise entre 45°C et 75°C ; et
- la fluidisation étant obtenue dans des conditions données, les granules du lot introduit sont maintenues sous forme dudit lit fluidisé pendant une durée prédéterminée, les granules du premier matériau prenant une charge électrique supérieure à 90% d’une charge électrique maximale pouvant être obtenue dans les conditions données.
L’invention a aussi pour une installation de séparation par lots d’un mélange comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, l’installation comprenant :
- un réacteur définissant une chambre de fluidisation destinée à recevoir un des lots pour obtenir un lot introduit, le réacteur étant adapté pour créer un lit fluidisé dans la chambre de fluidisation, les granules du lot introduit étant initialement au repos dans la chambre de fluidisation, le réacteur étant adapté pour produire au moins un courant de fluide ascendant traversant le lot introduit et mettant au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension pour obtenir le lit fluidisé, le lit fluidisé se chargeant par effet triboélectrique, le réacteur étant adapté pour modifier le courant de fluide et évacuer au moins 90% en masse du lot introduit hors de la chambre de fluidisation pour obtenir un lot évacué, et
- une unité de séparation adaptée pour créer au moins un ou plusieurs champ(s) électrique(s), l’installation étant adaptée pour faire passer le lot évacué dans le ou les champ(s) électrique(s) et séparer le lot évacué entre au moins un premier mélange riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange riche en granules du deuxième matériau.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue générale, en perspective, d’une installation de séparation selon l’invention, permettant de réaliser un procédé selon l’invention,
- la figure 2 est une vue en perspective d’un dispositif d’amenée du mélange de l’installation représentée sur la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en perspective d’un réacteur de fluidisation de l’installation représentée sur la figure 1 , le réacteur étant dans une première position occupée pendant la fluidisation d’un lot,
- la figure 4 est une vue en perspective du réacteur représenté sur la figure 3, le réacteur étant dans une deuxième position occupée pendant l’évacuation d’un lot hors du réacteur, et
- la figure 5 est une vue en perspective d’une unité de séparation de l’installation représentée sur la figure 1 .
En référence à la figure 1 , on décrit une installation 10 selon l’invention pour séparer un mélange 12 comprenant des granules (non représentées) d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, en au moins un premier mélange 14 riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange 15 riche en granules du deuxième matériau.
Le mélange 12 comprend par exemple comme premier matériau et second matériau :
- de l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et du polystyrène (PS),
- du polypropylène (PP) et du polyéthylène (PE), ou
- du polypropylène (PP) et du polystyrène (PS).
Les granules du premier matériau et du deuxième matériau sont aptes à se charger électriquement lorsqu’elles sont frottées les unes contre les autres par effet triboélectrique.
Le premier mélange 14 est par exemple riche en granules du premier matériau, en ce sens qu’il comprend, en masse, un taux de granules du premier matériau plus élevé que dans le deuxième mélange 15. De même, le deuxième mélange 15 est par exemple riche en granules du deuxième matériau, en ce sens qu’il comprend, en masse, un taux de granules du deuxième matériau plus élevé que dans le premier mélange 14.
Avantageusement, le premier mélange 14 comprend, en masse, un taux de granules du premier matériau supérieur à 95 %.
Avantageusement, le deuxième mélange 15 comprend, en masse, un taux de granules du deuxième matériau supérieur à 95 %. Selon une variante non représentée, le mélange 12 à séparer comprend des granules de trois matériaux distincts, ou plus de trois matériaux.
En variante, le mélange 12 est par exemple quaternaire (comporte quatre matériaux) et est séparé en un premier mélange 14 binaire (riche en deux des matériaux) et un deuxième mélange 15 binaire (riche en les deux autres matériaux).
Avantageusement, le premier mélange 14 comprend alors, en masse, un taux de granules de deux des matériaux supérieur à 95 %, et le deuxième mélange 15 comprend alors, en masse, un taux de granules des deux autres matériaux supérieur à 95 %.
Par exemple, le mélange 12 à séparer comprend les matériaux PS, ABS, PP et PE et est séparé en un premier mélange riche en PP/PE, un deuxième mélange riche en ABS/PS, et un troisième mélange indifférencié, de composition analogue au mélange 12.
L’installation 10 est adaptée pour fonctionner par lots (en anglais batch) au moins au niveau d’un réacteur 16 (figure 3) adapté pour produire un lit fluidisé 18 (figure 3) à partir du mélange 12. Toutefois, les lots de mélange à séparer se succèdent avantageusement à un rythme élevé, ce qui n’altère pas la productivité de l’installation 10, bien au contraire, l’installation étant avantageusement adaptée pour parfaitement contrôler le réacteur 16, notamment le temps de séjour des granules dans le réacteur.
L’installation 10 comprend aussi une unité de séparation 20 (figure 5). Dans l’exemple, l’installation 10 comprend un dispositif d’amenée 22 particulier (figure 2), pour constituer les lots introduits un par un dans le réacteur 16.
Selon des variantes non représentées, les lots sont déjà constitués et directement introduits dans le réacteur 16, ou bien sont produits d’une manière connue en soi autre que celle permise par le dispositif d’amenée 22.
Dans l’exemple, le dispositif d’amenée 22 (figure 2) comprend un châssis 24, une table vibrante 26 adaptée pour créer une couche de granules à partir du mélange 12, un convoyeur 28 pour déplacer la couche de granules par rapport au châssis 24, et deux barres ionisantes 30A, 30B placées au-dessus du convoyeur.
En variante, le dispositif d’amenée 22 ne comprend qu’une seule barre ionisante, ou plus de deux.
Dans l’exemple, le dispositif d’amenée 22 comprend une trémie 32 contenant le mélange à traiter, et une vis sans fin 34 pour convoyer le mélange 12 de la trémie vers la table vibrante 26. Le dispositif d’amenée 22 comprend par exemple une trémie tampon 36 située au bout du convoyeur 28.
Les barres ionisantes 30A, 30B sont adaptées pour décharger électriquement le mélange 12 à séparer. Les barres ionisantes 30A, 30B sont par exemple activables, et avantageusement réglables en fréquence et en distance par rapport au convoyeur. Le réglage de la fréquence est avantageusement réalisé directement sur les barres ionisantes 30A, 30B.
La trémie tampon 36 est adaptée pour constituer un lot 38 de mélange, dont la masse est par exemple comprise entre 30 et 100 kg, et est avantageusement d’environ 50 kg.
Le réacteur 16 (figures 3 et 4) définit une chambre de fluidisation 40 adaptée pour recevoir un lot 38 introduit, dans l’exemple en provenance de la trémie tampon 36.
Le réacteur 16 est adapté pour créer le lit fluidisé 18 dans la chambre de fluidisation 40. Le réacteur 16 est adapté pour produire au moins un courant de fluide 42 ascendant traversant le lot 38 introduit pour mettre au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension et obtenir le lit fluidisé 18.
Le réacteur 16 est adapté pour modifier le courant de fluide 42 et évacuer au moins 90% en masse du lot 38 introduit hors de la chambre de fluidisation 40 pour obtenir un lot évacué 44 (figure 4). De préférence, la totalité, ou la quasi-totalité (plus de 99% en masse), du lot 38 introduit est évacuée.
Le réacteur 16 est par exemple configuré pour que le courant de fluide 42 soit à une température comprise entre 45°C et 75°C. Ceci permet de sécher le fluide et favorise la triboélectricité.
Le réacteur 16 définit par exemple une surface de réception 46, par exemple une grille, située sous le lit fluidisé 18 et destinée à recevoir les granules si le débit du courant de fluide 42 est réduit, le lit fluidisé retombant sur la surface de réception.
Le réacteur 16 est par exemple monté rotatif par rapport à un châssis 48 de l’installation 10 entre au moins une première position (figure 3) occupée pendant la fluidisation, et une deuxième position (figure 4), occupée pendant l’évacuation et dans laquelle la surface de réception 46 est plus inclinée par rapport au châssis 48 que dans la première position.
Le réacteur 16 est par exemple mobile en rotation autour d’un axe D avantageusement horizontal.
Le réacteur 16 comprend par exemple une enveloppe 50 définissant une entrée 52 pour l’introduction du mélange 12, l’entrée étant ouverte pour l’introduction, puis refermée après l’introduction. L’enveloppe 50 définit une sortie 54 pour l’évacuation d’au moins 90% en masse du lot 38 introduit, la sortie étant ouverte pour l’évacuation, puis refermée après l’évacuation
Dans l’exemple, le réacteur 16 définit au moins un circuit 56 formant une boucle pour le courant de fluide 42, le réacteur comportant au moins une soufflante 58 pour obtenir le courant de fluide 42 dans le circuit 56. Le réacteur 16 comprend avantageusement une chambre d’homogénéisation 60 pour homogénéiser le courant de fluide 42, et un système de chauffage 62 adapté pour chauffer le courant de fluide 42. Le réacteur 16 comprend avantageusement un récupérateur 64 et une gaine 66 reliant le récupérateur à la soufflante 58.
Dans l’exemple, le circuit 56 inclut la soufflante 58, la chambre d’homogénéisation 60, le système de chauffage 62, la chambre de fluidisation 48, le récupérateur 64 et la gaine 66.
La chambre de fluidisation 40 est par exemple délimitée en bas (dans la première position) par la surface de réception 46, qui est avantageusement perméable au courant de fluide 42, latéralement par l’enveloppe 50, présentant avantageusement au moins une paroi transparente permettant de voir le lit fluidisé 18, et au-dessus par le récupérateur 64.
La chambre d’homogénéisation 60 s’étend par exemple entre la soufflante 58 et le système de chauffage 62. La chambre d’homogénéisation 60 présente par exemple une forme évasée vers le haut (dans la première position). La chambre d’homogénéisation 60 est avantageusement délimitée latéralement par quatre faces planes.
Le fluide est par exemple de l’air, ou de l’air préalablement asséché.
Le récupérateur 64 est avantageusement adapté pour filtrer le courant de fluide 42 et en retirer des particules fines (non représentées), afin que ces dernières ne retournent pas à la soufflante 58.
Le réacteur 16 est avantageusement adapté pour fonctionner en circuit fermé, ou en air frais. La gaine 66 présente par exemple une sortie 68 pour le courant de fluide 42 en mode « air frais ». La soufflante 58 comporte également une prise d’air 70 pour les mêmes raisons.
Dans la première position, la surface de réception 46 est par exemple sensiblement horizontale. Dans la deuxième position, la surface de réception 46 est par exemple inclinée à environ 45° (à plus ou moins 5°, voire 10°).
L’unité de séparation 20 (figure 5) comprend par exemple une trémie 72, un convoyeur 74, et des électrodes 76 adaptées pour créer le ou les champ(s) électrique(s). L’unité de séparation 20 comprend par exemple trois compartiments de séparation 76 et trois vis sans fin 78 permettant de remplir trois sac 80 à la fois.
Le fonctionnement de l’installation 10 va maintenant être décrit. Il illustre un procédé selon l’invention.
Le dispositif d’amenée 22 constitue des lots du mélange 12. La vis sans fin 34 puise le mélange 12 dans la trémie 32 et le conduit jusqu’à la table vibrante 26. La table vibrante 26 crée avantageusement une couche de mélange sur le convoyeur 28, qui convoie la couche jusqu’à la trémie tampon 36 dans laquelle un lot 38 se constitue. En passant sous les barres ionisantes 30A, 30B, le mélange 12 se décharge électriquement. Il s’agit de réaliser avantageusement une neutralisation électrique.
Le réacteur 16 est dans la première position et l’entrée 52 est ouverte. La trémie tampon 36 introduit le lot 38 dans la chambre de fluidisation 40.
Le débit du courant de fluide 42 est alors par exemple nul dans la chambre de fluidisation 40. Les granules du lot introduit sont initialement au repos dans la chambre de fluidisation 40.
Selon une variante avantageuse, le débit du courant de fluide 42 n’est pas nul lors de l’introduction, mais présente une valeur telle que les granules du lot 38 introduit sont au repos (pas de lit fluidisé). Ceci permet par exemple de maintenir plus facilement une température souhaitée dans la chambre de fluidisation 40.
Puis l’entrée 52 est fermée et le débit du courant de fluide 42 est augmenté à une valeur permettant de mettre au moins une fraction des granules, de préférence toutes les granules, du lot 38 introduit en suspension, pour obtenir le lit fluidisé 18. Le lit fluidisé 18 se charge alors par effet triboélectrique.
La fluidisation est obtenue dans des conditions données (température du courant de fluide, humidité, débit du courant de fluide...), les granules du lot 38 introduit sont avantageusement maintenues sous forme du lit fluidisé 18 pendant une durée prédéterminée, les granules du premier matériau prenant une charge électrique supérieure à 90% d’une charge électrique maximale qui serait obtenue dans les mêmes conditions données en maintenant les granules du lot 38 introduit sous forme du lit fluidisé 18 pendant une durée supérieure à la durée prédéterminée. Dit autrement, on attend suffisamment longtemps pour obtenir une charge électrique supérieure à 90% de la charge maximale possible dans les conditions données.
La charge maximale possible dans les conditions données peut être déterminée par l’homme du métier par des mesures simples dans la chambre de fluidisation 40, ou en laboratoire.
Puis le débit de courant de fluide 42 est remis à sa valeur réduite, ou remis à zéro, et au moins 90% en masse du lot 38 introduit, de préférence tout le lot introduit, est évacué hors de la chambre de fluidisation 40. Par exemple, les granules du lit fluidisé 18 retombent sur la surface de réception 46.
La sortie 54 est ouverte et le réacteur 16 est basculé de la première position à la deuxième position. La surface de réception 46 s’incline. Les granules se déplacent, par gravité, le long de la surface de réception 46 et sortent de la chambre de fluidisation 40 par la sortie 54.
Le lot évacué 44 arrive dans l’unité de séparation 20. La sortie 54 du réacteur 16 est fermée et le réacteur est remis dans la première position, dans laquelle il peut recevoir un nouveau lot de mélange 12.
Dans l’unité de séparation 20, le lot évacué 44 est séparé au moins entre le premier mélange 14 et le deuxième mélange 15. Dans l’exemple représenté, le lot évacué 44 est séparé en trois mélanges, le troisième étant de composition indifférenciée, par exemple similaire à celle du mélange 12 à séparer. Le troisième mélange est en général recyclé dans le mélange 12 à séparer.
Selon une variante du procédé, les granules ne sont pas évacuées en réduisant le débit du courant de fluide 42 et en inclinant le réacteur 16 par rapport au châssis 48, mais en augmentant le débit du courant de fluide 42. L’évacuation comprend alors une éjection d’au moins 90% en masse du lit fluidisé 18 hors la chambre de fluidisation 40 via une sortie (non représentée) ménagée dans le circuit 56 de courant de fluide 42. Au lieu que les particules du lit fluidisé 18 retombent sur la surface de réception 46, elles sont poussées vers le haut par l’augmentation du débit du courant de fluide 42.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, le procédé de séparation est efficace du point de vue de la séparation, car les granules sont correctement chargées électriquement. Bien qu’étant réalisé par lots dans le réacteur, le procédé reste productif. En effet, la durée de la fluidisation est parfaitement maîtrisée et les risques de dysfonctionnement, tel qu’un engorgement, sont réduits. Le procédé est simple à gérer, même lorsque la nature du mélange à séparer change, grâce à un paramétrage des facteurs clefs (temps de fluidisation, température, débit d'air) qui est facilité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de séparation par lots d’un mélange (12) comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, comprenant les étapes successives suivantes pour chacun des lots :
- introduction d'un des lots dans une chambre de fluidisation (40) définie par un réacteur (16) et obtention d’un lot (38) introduit,
- les granules du lot (38) introduit étant initialement au repos dans la chambre de fluidisation (40), démarrage d’une fluidisation et obtention d’au moins un lit fluidisé (18) dans la chambre de fluidisation (40), la fluidisation étant obtenue par au moins un courant de fluide (42) ascendant traversant le lot (38) introduit et mettant au moins une fraction des granules du lot (38) introduit en suspension, le lit fluidisé (18) se chargeant par effet triboélectrique,
- modification du courant de fluide (42) et évacuation d’au moins 90% en masse du lot (38) introduit hors de la chambre de fluidisation (40) et obtention d’un lot évacué (44), et
- passage du lot évacué (44) dans un ou plusieurs champ(s) électrique(s) adapté(s) pour séparer le lot évacué (44) en au moins un premier mélange (14) riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange (15) riche en granules du deuxième matériau.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la modification du courant de fluide (42) comprend une réduction du débit du courant de fluide (42) provoquant une chute des granules du lit fluidisé (18) sur une surface de réception (46) du réacteur (16).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, après la réduction du débit du courant de fluide (42), le courant de fluide (42) présente un débit résiduel non nul dans la chambre de fluidisation (40) après l’évacuation du lot (38) introduit.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le réacteur (16) est monté rotatif par rapport à un châssis (48) entre au moins une première position occupée pendant la fluidisation, et une deuxième position occupée pendant l’évacuation et dans laquelle la surface de réception (46) est plus inclinée par rapport au châssis (48) que dans la première position, l’évacuation comprenant un déplacement d’au moins 90% en masse du lot (38) introduit, par gravité, le long de la surface de réception (46) vers l’extérieur de la chambre de fluidisation (40).
5. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la modification du courant de fluide (42) comprend une augmentation du débit du courant de fluide (42), l’évacuation comprenant une éjection d’au moins 90% en masse du lit fluidisé (18) hors la chambre de fluidisation (40) provoquée par l’augmentation du débit.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le réacteur (16) comprend une enveloppe (50) définissant :
- une entrée (52) pour l’introduction, l’entrée (52) étant ouverte pour l’introduction, puis refermée après l’introduction, et
- une sortie (54) pour l’évacuation d’au moins 90% en masse du lot (38) introduit, la sortie (54) étant ouverte pour l’évacuation, puis refermée après l’évacuation.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendication 1 à 6, dans lequel le réacteur (16) définit au moins un circuit (56) formant une boucle pour le courant de fluide (42), le réacteur (16) comportant au moins une soufflante (58) pour obtenir le courant de fluide (42) dans le circuit (56).
8. Procédé selon l’une quelconque des revendication 1 à 7, dans lequel le courant de fluide (42) est à une température comprise entre 45°C et 75°C.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendication 1 à 8, dans lequel, la fluidisation étant obtenue dans des conditions données, les granules du lot (38) introduit sont maintenues sous forme dudit lit fluidisé (18) pendant une durée prédéterminée, les granules du premier matériau prenant une charge électrique supérieure à 90% d’une charge électrique maximale pouvant être obtenue dans les conditions données.
10. Installation (10) de séparation par lots d’un mélange (12) comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, l’installation (10) comprenant :
- un réacteur (16) définissant une chambre de fluidisation (40) destinée à recevoir un des lots pour obtenir un lot (38) introduit, le réacteur (16) étant adapté pour créer un lit fluidisé (18) dans la chambre de fluidisation (40), les granules du lot (38) introduit étant initialement au repos dans la chambre de fluidisation (40), le réacteur (16) étant adapté pour produire au moins un courant de fluide (42) ascendant traversant le lot (38) introduit et mettant au moins une fraction des granules du lot (38) introduit en suspension pour obtenir le lit fluidisé (18), le lit fluidisé (18) se chargeant par effet triboélectrique, le réacteur (16) étant adapté pour modifier le courant de fluide (42) et évacuer au moins 90% en masse du lot (38) introduit hors de la chambre de fluidisation (40) pour obtenir un lot évacué (44), et - une unité de séparation (20) adaptée pour créer au moins un ou plusieurs champ(s) électrique(s), l’installation (10) étant adaptée pour faire passer le lot évacué (44) dans le ou les champ(s) électrique(s) et séparer le lot évacué (44) entre au moins un premier mélange (14) riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange (15) riche en granules du deuxième matériau.
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