Способ и оборудование для конденсации для систем повторной переработки

Группа изобретений относится к способу и оборудованию для криогенной обработки, для систем повторной переработки различных материалов, в частности пластиковых материалов, объединенных с материалами иной природы, таких как материалы, возникающие при повторной переработке либо бытовой техники, либо других сложных изделий. Технический результат - безопасность переработки и защита окружающей среды. Способ повторной переработки сложных изделий, такого как холодильник или подобное, включает стадию измельчения сложного изделия в устройствах измельчения для получения композитного материала с генерированием конденсируемых загрязняющих газов и стадию конденсации в устройствах конденсации конденсируемых загрязняющих газов, где стадия конденсации осуществляется инертным хладагентом. Инертный хладагент, протекающий из указанных устройств конденсации в газообразном состоянии, рециркулируют в устройства измельчения. Устройство конденсации содержит корпус, внутри которого размещается теплообменник в виде двойного змеевика, снабженный входным и выходным штуцерами для инертного хладагента. При этом корпус содержит загрузочный штуцер для конденсируемой смеси воздух/загрязняющий газ, входной штуцер для свежего воздуха и донный сборник для конденсирующих загрязняющих газов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для криогенной обработки, для систем повторной переработки различных материалов, в частности пластиковых материалов, объединенных с материалами иной природы, таких как материалы, возникающие при повторной переработке либо бытовой техники, либо других сложных изделий.

Под термином "сложное изделие" подразумевается сложный продукт, содержащий материалы различной природы, такие, например, как пластиковые материалы различного типа, металлы или другие неметаллические материалы, такие как стекло, дерево и тому подобное. Под термином "композитный материал", как он в дальнейшем используется в настоящем описании, подразумевается смесь материалов различной природы, которые получают при измельчении указанных сложных изделий, содержащий отдельные куски одного материала, а также куски, состоящие из двух или более материалов.

Промышленность повторной переработки вторичных материалов приобретает все большую важность, в основном по причинам, связанным с окружающей средой. На самом деле, является преимущественным уменьшение количества материала, который либо переносится к местам захоронения отходов, которые должны заключаться внутри ограниченных территорий, либо на мусоросжигательные заводы, которые часто подвергаются критике из-за возможности загрязнения от них, возникающей из-за дымов, выходящих из системы, которые содержат вещества, вредные для здоровья, если они не поглощаются.

Наряду с причинами, связанными с окружающей средой, существуют также весомые экономические причины, вызывающие повторное использование вторичных материалов в наибольшей степени. На самом деле утилизация отходов составляет большие затраты для общества.

Отдельный подход требуется для повторной переработки либо бытовой техники, либо сложных продуктов в целом, таких как холодильники, кондиционеры воздуха или любой другой продукт, содержащий хладагенты и/или вспененные материалы, которые пропитаны использованной расширяющейся текучей средой. Эти хладагенты должны удаляться на начальной стадии операции повторной переработки, поскольку они вызывали бы загрязнение системы и пространства рабочей зоны.

Удаление хладагента из змеевиков холодильных установок является относительно простым, поскольку эти хладагенты откачиваются посредством соответствующих насосов при разборке холодильника и на стадиях приготовления к измельчению вместе с моторным маслом.

С другой стороны, удаление расширяющих газов, которые поглощаются во вспененном пластиковом материале, является более проблематичным. На самом деле корпус бытовой техники направляется на начальную стадию измельчения, из которой он выходит в форме композитного материала, имеющего относительно однородный размер. Вспененные материалы, которые легче, чем все остальные, отделяются посредством отсоса и направляются на стадию брикетирования для уменьшения их объема, для конечной утилизации. Теперь, на стадии как измельчения, так и брикетирования, вспененный материал подвергается сжатию, высвобождающему газы, поглощенные в них. Эти газы следует обязательно улавливать для предотвращения их высвобождения в окружающую среду. Для этой цели известные системы повторной переработки включают в себя стадию низкотемпературной (с температурой ниже -130°C) конденсации этих газов.

Важная проблема с этими системами возникает, когда расширяющий газ представляет собой углеводород, как правило, пентан, как часто случается. Фактически, не исключено, что искры, которые приводят ко вспышкам, в присутствии смесей углеводород/воздух возникают во время измельчения. Эти вспышки могут серьезно повредить измельчающее оборудование, даже если они малого размера.

По этой причине главная задача настоящего изобретения заключается в создании способа и оборудования для его осуществления, которые сделают возможным более высокую безопасность переработки.

Эта задача решается с помощью способа и оборудования для его осуществления, как определяется в прилагаемой формуле изобретения.

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из описания примерного варианта осуществления, которое приводится в настоящем описании ниже в качестве показательного и неограничивающего примера, со ссылками на следующие чертежи:

фиг.1 показывает блок-схему способа по настоящему изобретению;

фиг.2 показывает вид сбоку в разрезе устройств конденсации в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 показывает вид, соответствующий тому же направлению, с фиг.2 деталей змеевика устройств конденсации в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.1 показывает стадию конденсации газов, генерируемых во время стадии измельчения сложного изделия и стадии брикетирования синтетического вспененного материала, воспроизводимого в ходе процесса повторной переработки, после начального измельчения. Эти последующие стадии, будучи совершенно обычными, не показаны, поскольку они не являются конкретной задачей настоящего изобретения. Будет достаточно добавить, что синтетический вспененный материал воспроизводится посредством отсоса из потока композитного материала, получаемого на стадии измельчения. Этот композитный материал после измельчения обычно распределяется на соответствующие ленточные конвейеры, с которых один или несколько узлов отсоса удаляют вспененный материал, который легче, чем остальные материалы, и переносит последний в машину для брикетирования.

Как действие измельчения внутри измельчителя, так и прессование вспененного материала внутри машины для брикетирования высвобождают значительные количества газа из этого материала, то есть расширяющего газа, используемого для приготовления материала. Этот газ представляет собой конденсируемый загрязняющий газ и, как правило, представляет собой либо насыщенный углеводород, как правило, пентан, либо фреон, такой как R11 или R12.

На фиг.1 устройства для измельчения схематически обозначены номером 1 и устройства для брикетирования обозначены номером 2.

Обычно используемые устройства 1 для измельчения представляют собой оборудование известного типа. Композитный продукт, предварительно отделенный от частей, содержащих токсичные вещества/загрязнения, таких как (моторное) масло или газов различной природы, таких как охлаждающие газы (теплообменники холодильников или кондиционеров воздуха), вводится в мельницу, из которой композитный материал будет выходить в измельченной форме желаемого размера. Размер может изменяться посредством воздействия на скорость мельницы и время измельчения и посредством размещения сита с отверстиями желаемого размера на выходном отверстии мельницы.

Устройства 2 для брикетирования также представляют собой устройства обычного типа и включают устройства для прессования и экструзии брикетированного материала.

Газ, высвобождаемый как из устройств 1 измельчения, так и из устройств 2 брикетирования, откачивается устройствами 3 для приема (как правило, вентилятором) вместе с воздухом и переносится в устройства 4 для конденсации по соответствующему трубопроводу 5.

Обращаясь к фиг.2, устройства 4 для конденсации содержат корпус 401, внутри которого расположен теплообменник 402 в виде двойного змеевика, снабженный входными и выходными штуцерами 403, 404. Хладагент протекает в двойном змеевике 402. Этот хладагент представляет собой инертную текучую среду с температурой кипения ниже -130°C. Как правило, этот инертный хладагент представляет собой жидкий азот, по этой причине в оставшейся части настоящего описания будут делаться ссылки на этот хладагент в качестве примера и неограничивающим образом. Устройства 1 конденсации дополнительно содержат загрузочный штуцер 405 для конденсируемой смеси воздух/загрязняющий газ и выходной штуцер 406 для свежего воздуха. Конкретная геометрия теплообменника и применяемые условия динамики текучей среды предотвращают осаждение слоя отвержденных компонентов на поверхностях теплообменника, таким образом предотвращая потери эффективности и риск того, что система может быть блокирована из-за механического забивания. Эта проблема является весьма ощутимой, поскольку газовый поток несет также вещества с высокими температурами плавления, такие как масла и соли аммония, происходящие от загрязнения вспененных материалов холодильника аммиаком и смазочными материалами контуров получения холода.

Загрязняющие газы, находясь в контакте со змеевиком 402, через который протекает жидкий азот, конденсируются и собираются на донном сборнике 407 устройств конденсации, из которых они отводятся и направляются на утилизацию. Наоборот, свежий воздух, протекающий из устройств 4 конденсации, направляется к вентилятору по линии 6.

С другой стороны, жидкий азот после поглощения тепла переходит в газообразное состояние и протекает из устройств конденсации по линии 7. Эта линия 7 рециркулирует газообразный азот в устройства 1 измельчения.

Линия 8 рециркуляции части свежего воздуха в устройства 1 измельчения ответвляется от линии 6 откачки для воздуха.

Как линия 6 откачки после ответвления линии 8, так и линия 8 рециркуляции для воздуха перекрываются соответствующими клапанными устройствами 10, 11, которые обеспечивают регулировку газового потока, а следовательно, и давление внутри устройств 1 измельчения.

Линия 12 откачки для азота, перекрываемая клапанным устройством 13, ответвляется от линии 7 рециркуляции для азота.

При стандартных рабочих условиях клапанные устройства 13 закрыты, так что весь азот, протекающий из устройств 4 конденсации, рециркулирует в устройства 1 измельчения. Введение инертного газа, такого как азот, создает по существу инертную атмосферу внутри устройств измельчения после того, как система поработает в течение нескольких минут. Тем самым, предотвращается то, что загрязняющие газообразные углеводороды, необязательно высвобождаемые вспененным материалом, могут вызвать вспышку, даже в присутствии возможных искр.

Как сказано, часть свежего воздуха, протекающего из устройств 4 конденсации по линиям 6 и 7, рециркулируется в устройства 1 измельчения. Предпочтительно, объем воздуха, рециркулируемый в устройства 1 измельчения, находится в пределах между 10 и 15% от общего объема, протекающего из устройств 4 конденсации. Воздух и азот, протекающие в устройства 1 измельчения через линии 7 и 8, являются такими, чтобы создавать по существу инертную атмосферу внутри этих устройств 1 измельчения, и количество кислорода составляет менее 5% объемных по сравнению с общим объемом газообразных веществ.

Кроме того, поток холодного и сухого воздуха и азота понижает содержание влаги во внутренней атмосфере устройств 1 измельчения и, как следствие, в потоке газа, поступающем в устройства 4 конденсации. По этой причине, потребление жидкого азота сводится к минимуму, поскольку уменьшается его потребление, связанное с ненужной конденсацией пара. Другими словами, тот же азот, который в форме жидкого азота вызывает конденсацию конденсируемых загрязняющих газов в устройствах 4 конденсации, используется в форме газа вместе с рециркулируемым воздухом для уменьшения концентрации пара в устройствах 1 измельчения. Дополнительное преимущество заключается в том, что внутренняя температура поддерживается при совершенно безопасном значении как для обрабатываемого продукта, так и для системы. Предпочтительно, эта температура меньше 50°C.

Важно, чтобы небольшое разрежение всегда присутствовало в устройствах 1 измельчения для предотвращения утечки генерируемого газа наружу с легко представимыми проблемами для окружающей среды. По этой причине можно рекомендовать, чтобы какие-нибудь датчики давления присутствовали в устройствах 1 измельчения и чтобы это внутреннее давление поддерживалось под контролем посредством соответствующего индикатора 14 давления, чтобы остановить или, по меньшей мере, уменьшить поступление потока азота и/или воздуха. Этот эффект может быть получен посредством закрывания клапанных устройств 11, либо частично, либо полностью и открывания клапанных устройств 10, и необязательно, воздействия на клапанные устройства 13.

Предпочтительно, чтобы эта операция контролировалась автоматически. Для этой цели в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения узел 15 контроля и мониторинга соединяется с указанным индикатором 14 давления и соединяется в рабочем состоянии с клапанными устройствами 10, 11 линии 6 откачки и линии 8 рециклирования для воздуха соответственно. Узел 15 контроля и мониторинга регистрирует давление внутри устройств 1 измельчения посредством индикатора 14 давления и передает соответствующий контрольный сигнал закрывания клапанных устройств 11 и/или контрольный сигнал открывания клапанных устройств 10, если это давление достигает заданного уровня, который чуть меньше, чем атмосферное давление.

Из того, что сформулировано выше, являются непосредственно понятными преимущества настоящего изобретения.

Повторная переработка смеси азот/воздух позволяет как устранить риск вспышек во время измельчения, так и уменьшить потребление жидкого азота на стадии конденсации. Повторная переработка холодного азота и воздуха, кроме того, делает возможным поддержание внутренней температуры измельчителя при приемлемых значениях, в особенности в случае 24-часовой непрерывной переработки.

Узел контроля и мониторинга дает возможность для работы при исключительной безопасности, таким образом предотвращая то, что какие-либо избыточные давления, которые вызывали бы утечку части загрязняющих газов, могут создаваться в устройствах измельчения.

Понятно, что описываются только некоторые конкретные варианты осуществления способа и оборудования, представляющие собой цель настоящего изобретения, в которые специалисты в данной области смогут внести все модификации, необходимые для его адаптации для конкретных применений, не выходя при этом за рамки защиты настоящего изобретения.

1. Способ повторной переработки сложного изделия, такого, как холодильник или подобное, включающий в себя стадию измельчения указанного сложного изделия в устройствах (1) измельчения с получением композитного материала с генерированием конденсируемых загрязняющих газов и стадию конденсации в устройствах (4) конденсации указанных конденсируемых загрязняющих газов, где указанная стадия конденсации осуществляется инертным хладагентом, отличающийся тем, что указанный инертный хладагент, протекающий из указанных устройств (4) конденсации в газообразном состоянии, рециркулируют в указанные устройства (1) измельчения.

2. Способ повторной переработки по п.1, в котором указанный инертный хладагент имеет температуру кипения ниже -130°С.

3. Способ повторной переработки по п.2, в котором указанный инертный хладагент представляет собой жидкий азот.

4. Способ повторной переработки по любому из пп.1-3, в котором в указанных устройствах (1) измельчения создается пониженное давление посредством устройств (3) отсоса, обеспечивающих сообщение потоков указанных устройств (1) измельчения с указанными устройствами (4) конденсации.

5. Способ повторной переработки по любому из пп.1-3, в котором часть воздуха, протекающего из указанных устройств (4) конденсации, дополнительно вводят в указанные устройства (1) измельчения, после чего его подвергают обработке для конденсации указанных конденсируемых загрязняющих газов.

6. Способ повторной переработки по п.5, в котором указанная часть воздуха соответствует 10-15% (об.) воздуха, протекающего из указанных устройств (4) конденсации.

7. Способ повторной переработки по п.6, в котором указанный воздух, протекающий из указанных устройств (4) конденсации, распределяется между линией (6) откачки и линией (8) рециркуляции, указанные линии (6, 8) откачки и рециркуляции перекрываются соответствующими клапанными устройствами (10, 11).

8. Способ повторной переработки по любому из пп.1-3, в котором указанные устройства (1) измельчения содержат датчики давления, соединенные с индикатором (14) давления.

9. Способ повторной переработки по любому из пп.1-3, в котором предусматривается узел (15) контроля и мониторинга, соединенный с указанным индикатором (14) давления и соединенный в рабочем состоянии с указанными клапанными устройствами (10, 11) линии (6) откачки и линии (8) рециркуляции для воздуха соответственно, в котором указанный узел (15) контроля и мониторинга регистрирует давление внутри устройств (1) измельчения посредством индикатора (14) давления и передает соответствующий контрольный сигнал закрывания клапанных устройств (11) и/или контрольный сигнал открывания клапанных устройств (10), если это давление достигает уровня, который немного ниже, чем атмосферное давление.

10. Способ повторной переработки по любому из пп.1-3, в котором указанные устройства (4) конденсации содержат корпус (401), внутри которого размещается теплообменник (402) в виде двойного змеевика, снабженный входным и выходным штуцерами (403, 404) для указанного инертного хладагента, указанный корпус (401), кроме того, содержит загрузочный штуцер (405) для конденсируемой смеси воздух/загрязняющий газ, выходной штуцер (406) для свежего воздуха и донный сборник (407) для указанных конденсированных загрязняющих газов.

11. Устройства (4) конденсации, содержащие корпус (401), внутри которого размещается теплообменник (402) в виде двойного змеевика, снабженный входным и выходным штуцерами (403, 404) для указанного инертного хладагента, указанный корпус (401), кроме того, содержит загрузочный штуцер (405) для конденсируемой смеси воздух/загрязняющий газ, выходной штуцер (406) для свежего воздуха и донный сборник (407) для указанных конденсированных загрязняющих газов.
Приоритет по пунктам:

25.07.2005 по пп.1-11.