Способ получения композиционного материала из твердых бытовых отходов

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для получения композиционного материала из органических твердых бытовых отходов. Согласно способу получения композиционного материала из отходов органические отходы и пластик подвергают измельчению, перемешиванию и термической обработке с получением однородной массы, затем подвергают полученную массу воздействию повышенного давления и повышенной температуры и осуществляют формование полученного материала. В качестве органических отходов и пластика используют органическую часть твердых бытовых отходов (ТБО) с содержанием влаги до 50%. Измельчение, перемешивание и термическую обработку отходов проводят одновременно в пре-реакторе, в котором также осуществляют испарение влаги. Оттвод влаги из пре-реактора и гранулирование массы осуществляют при температуре 60-180°C, полученной за счет трения механических элементов пре-реактора и массы. Воздействие на гранулированную массу повышенной температуры и повышенного давления и формование полученного материала осуществляют с помощью экструдера, оборудованного нагревателем. Изобретение обеспечивает переработку влажных отходов. 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для получения композиционного материала из органических твердых бытовых отходов.

Известен способ получения композиционного материала из отходов пластика и сухого осадка сточных вод с помощью шнекового реактора-экструдера, в который загружают сухой осадок сточных вод и измельченный пластик, при прохождении вдоль реактора масса нагревается, пластифицируется и экструдируется с получением изделия нужного профиля (US 2014/0054825, опубл. 27.02.2014).

Известный способ не может быть применен для переработки влажных бытовых отходов, поскольку не обеспечивает их измельчения, удаления влаги и необходимой степени гомогенизации смеси отходов и частиц пластика.

Наиболее близким к предложенному является способ получения композиционного материала, заключающийся в измельчении растительных волокон и/или промышленных отходов до размера частиц не более 10 мм, смешивании их с пластиком, уплотнении смеси путем термообработки при 20-150°C, нагреве смеси до 80-300°C и формовании в камере под давлением от 5 до 1500 кг/см² (WO 2005/123840, опубликовано 29.12.2005).

Недостатком известного способа является то, что он также не может быть применен для переработки влажных твердых бытовых отходов, поскольку не предусматривает удаление влаги из перерабатываемой массы.

Задача изобретения заключается в создании способа получения композиционного материала из влагосодержащих твердых бытовых отходов.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении удаления влаги в процессе одновременного измельчения, перемешивания и термической обработки ТБО, включающих различные пластики.

Технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного материала из отходов, заключающемся в том, что органические отходы и пластик подвергают измельчению, перемешиванию и термической обработке с получением однородной массы, затем подвергают полученную массу воздействию повышенного давления и повышенной температуры и осуществляют формование полученного материала, согласно изобретению в качестве органических отходов и пластика используют органическую часть твердых бытовых отходов (ТБО) с содержанием влаги до 50%, измельчение, перемешивание и термическую обработку отходов проводят одновременно в пре-реакторе, в котором также осуществляют испарение влаги и гранулирование массы при температуре 60-180°C, полученной за счет трения механических элементов пре-реактора и массы, а воздействие на гранулированную массу повышенной температуры и повышенного давления и формование полученного материала осуществляют с помощью экструдера, оборудованного нагревателем.

Достижению технического результата способствуют частные случаи реализации изобретения:

- измельчение отходов осуществляют до размера частиц не более 5 мм, однако наилучшие результаты достигаются в случае размеров частиц в диапазоне 0,1-0,2 мм;

- используют пре-реактор, представляющий собой конусообразную емкость с расширением конуса кверху с установленной внутри емкости осью, которая связана с приводом вращения и на которой закреплены в несколько рядов подвижные инструменты - в верхней части дробящие инструменты и в нижней части режущие инструменты, а между ними на внутренней поверхности емкости закреплены неподвижные инструменты - в верхней части дробящие и в нижней - режущие инструменты с уменьшением зазоров между подвижными и неподвижными инструментами в направлении сверху вниз, при этом пре-реактор имеет отводную трубу для вывода испаряемой влаги;

- используют экструдер со шнеком, имеющим переменный шаг, уменьшающийся по направлению к экструзионной головке;

- используют органическую часть ТБО с содержанием влаги до 50% без ухудшения качества получаемой продукции;

- используют органические отходы с примесью минеральных компонентов в количестве не более 10% без ухудшения качества получаемой продукции;

- формование материала включает его дополнительную обработку после экструдера с помощью каландров с циркулирующей в них холодной оборотной водой.

Предложенный способ получения композиционного материала из ТБО осуществляется следующим образом.

На первой стадии из состава ТБО в первую очередь отбирают неорганические фракции (металлы цветные и черные), стекло, керамику, камни. Оставшаяся органическая часть ТБО представляет собой смесь отходов пластиков всех видов, макулатуры (картона, бумаги), пищевых и растительных отходов, включая древесину, листья, ветви, а также кожи, текстиля, резины. Органическая часть ТБО может быть получена и использована не только из бытовых отходов текущего поступления, но и из бытовых отходов, хранившихся на полигонах в течение длительного времени.

Минеральные фракции отправляют на продажу и далее они в процессе участия не принимают.

Из органических фракций отбирают полимеры и взвешивают. Также взвешивается оставшаяся часть органики. Определяется требуемое массовое соотношение пластика и остальной органики, которое может варьироваться от 20/80 до 80/20. Добавляют необходимое количество отходов пластика для достижения требуемого соотношения. Так как органика в составе ТБО всегда не только грязная, но и влажная (часто просто мокрая), то требуемое соотношение достигается пересчетом на сухой вес ингредиентов. Содержание влаги в подаваемых на обработку отходах может составлять до 50%. Стандартная композиция не содержит каких-либо добавок, но они допустимы в пределах до 10% от общего веса композиции при достижении каких-либо определенных характеристик. В качестве добавок могут использоваться органические и минеральные жидкие и твердые вещества, в т.ч. обычный мелкозернистый песок, пигменты, красители, пр.

На второй стадии осуществляют обработку композиции в пре-реакторе.

Пре-реактор представляет собой вертикально установленную конусообразную емкость объемом в 1-3 куб. метров с расширением конуса кверху. Внутри пре-реактора установлена приводимая электродвигателем во вращение ось, на которой в несколько рядов с возрастающей книзу частотой установлены дробящие (вверху) и режущие (внизу) инструменты. На внутренней поверхности конуса установлены неподвижные дробящие и режущие инструменты таким образом, что зазоры между подвижными и неподвижными инструментами вверху составляют от 10 до 12 мм, в середине - от 5 до 6 мм, а внизу - от 0,3 до 1,2 мм.

Предварительно взвешенные ингредиенты (пластики и прочая органика) в выбранном соотношении загружают в верхнюю часть работающего пре-реактора. Загружаемые отходы могут иметь размеры до 0,4 м ×0,3 м. Вращающиеся со скоростью от 200 до 800 оборотов в минуту дробящие и режущие инструменты измельчают введенную массу и активно перемешивают ее. Измельчение отходов осуществляют до размера частиц не более 5 мм, однако наилучшие результаты достигаются в случае размеров частиц в диапазоне 0,1-0,2 мм.

За счет трения рабочих механизмов пре-реактора и компонентов отходов температура в пре-реакторе поднимается до 60-180°C. Благодаря поднимающейся температуре содержащаяся в отходах влага активно испаряется и выводится из пре-реактора через отводную трубу. В это же время находящиеся в пре-реакторе пластики подплавляются и обволакивают измельченные частицы обезвоженной органики, образуя однородную пастообразную смесь. После обработки, длительность которой находится в зависимости от массы введенных в пре-реактор ингредиентов, но не превышает 5 минут, открывается находящаяся в нижней части пре-реактора заслонка и в приемную емкость высыпается условно гранулированный полуфабрикат (гранулы разного диаметра от 2 до 5 мм, не абсолютно круглой формы, а также иные фрагменты, напоминающие измельченные чипсы).

На третьей стадии осуществляется обработка полученной массы в реакторе и ее формование. Полученный на предыдущей стадии полуфабрикат засыпается в приемную емкость реактора, который представляет собой экструдер со шнеком общей длиной около 4 метров, на противоположном конце которого установлена фильера. Шнек имеет переменный шаг, уменьшающийся по направлению к экструзионной головке.

Экструдер оборудован электронагревателями. В реакторе полуфабрикат нагревается до температуры 120-160°C, а перед фильерой создается давление более 1000 кг/см² (до 1500 кг/см²), в силу чего подплавленный полуфабрикат выдавливается из фильеры и вытекает на приемный стол. Три пары охлаждаемых водой металлических каландров формируют заданную толщину плиты, которая может варьироваться от 2 до 30 мм, и одновременно охлаждают ее до полного отверждения с помощью циркулирующей в них оборотной холодной воды. Продольные циркулярные пилы разрезают плиту на доски или плиты требуемой ширины, а поперечная пила - на фрагменты заданной длины. Обрезанные с боковин полосы кромки направляют в пре-реактор для повторного использования. Получаемая продукция готова к применению и использованию без какой-либо дополнительной обработки, хотя таковая возможна (например, брашинг - обработка поверхности полосы металлическими щетками, нанесение на поверхность материала рельефа, имитирующего срез древесины, полимерных композитов, содержащих пигменты или красители с целью придания продукции большей привлекательности).

Полученный предложенным способом композиционный материал имеет высокую водостойкость, невысокую плотность, показатели прочности соответствуют требованиям, предъявляемым к строительным материалам, имеет высокую несущую способность, высокую стойкость к удару, не подвержен действию микроорганизмов, грибов, плесени.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать строительный материал высокого качества, низкой стоимости и одновременно решить проблему безотходной утилизации ТБО.

1. Способ получения композиционного материала из отходов, заключающийся в том, что органические отходы и пластик подвергают измельчению, перемешиванию и термической обработке с получением однородной массы, затем подвергают полученную массу воздействию повышенного давления и повышенной температуры и осуществляют формование полученного материала, отличающийся тем, что в качестве органических отходов и пластика используют органическую часть твердых бытовых отходов (ТБО) с содержанием влаги до 50%, измельчение, перемешивание и термическую обработку отходов проводят одновременно в пре-реакторе, в котором также осуществляют испарение влаги, отвод влаги из пре-реактора и гранулирование массы при температуре 60-180°C, полученной за счет трения механических элементов пре-реактора и массы, а воздействие на гранулированную массу повышенной температуры и повышенного давления и формование полученного материала осуществляют с помощью экструдера, оборудованного нагревателем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение отходов осуществляют до размера частиц не более 5 мм, предпочтительно 0,1-0,2 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют пре-реактор, представляющий собой конусообразную емкость с расширением конуса кверху с установленной внутри емкости осью, которая связана с приводом вращения и на которой закреплены в несколько рядов подвижные инструменты - в верхней части дробящие инструменты и в нижней части режущие инструменты, а между ними на внутренней поверхности емкости закреплены неподвижные инструменты - в верхней части дробящие и в нижней - режущие инструменты с уменьшением зазоров между подвижными и неподвижными инструментами в направлении сверху вниз, при этом реактор снабжен отводной трубой для испаряемой влаги.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют экструдер со шнеком, имеющим переменный шаг, уменьшающийся по направлению к экструзионной головке.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют органические отходы с примесью минеральных компонентов в количестве не более 10%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование материала включает его дополнительную обработку после экструдера с помощью каландров с циркулирующей в них холодной оборотной водой.