Rozdrabnianie tekstyliów do pirolizy to nie to samo, co rozdrabnianie tekstyliów na szmaty do wycierania lub w celu odzysku włókien. Reaktor pirolityczny pracuje w trybie ciągłym, jest zasilany za pomocą ślimaka i nie radzi sobie dobrze z materiałami o zbyt dużych rozmiarach lub włóknistymi. W niniejszym przewodniku wyjaśniono, jaka wielkość cząstek jest faktycznie wymagana w procesie pirolizy, dlaczego pojedyncza rozdrabniarka rzadko jest w stanie ją zapewnić oraz jak zaprojektować linię rozdrabniania, która zapewni zasilanie reaktora przez całą dobę.
Na wstępie jedna uwaga, ponieważ ma ona decydujący wpływ na cały projekt linii: pasek tkaniny może przejść przez sito o oczkach 50 mm i nadal mieć długość 400 mm. Szerokość to nie rozmiar. Jeśli ślimak śrubowy jest przystosowany do materiału o grubości 50 mm, stwierdzenie “wszystko przeszło przez sito” nie oznacza tego samego, co “wszystko zostanie podane”. Właśnie ta rozbieżność między rozmiarem oczek sita a rzeczywistą geometrią cząstek jest źródłem większości problemów z podawaniem materiału w procesie pirolizy tekstyliów.
Dlaczego zużyte tekstylia należy rozdrobnić przed pirolizą
Surowce tekstylne stanowią jeden z materiałów, które najtrudniej jest przetworzyć w reaktorach w branży recyklingowej. Całe ubrania, ścinki oraz bele z odpadów pokonsumpcyjnych mają cztery wspólne problemy:
- Nieregularny rozmiar i kształt. Kurtka, prześcieradło i skarpeta nie mają ze sobą nic wspólnego pod względem geometrycznym. Żaden system ciągłego podawania nie jest w stanie przetworzyć takiej mieszanki bez rozdrobnienia.
- Niska gęstość nasypowa. Gęstość materiałów sypkich wynosi zazwyczaj 30–80 kg/m³. Przy takiej gęstości zbiornik zasypowy mieści bardzo niewielką masę, a szybkość podawania do reaktora ulega znacznym wahaniom z minuty na minutę.
- Splątanie. Długie włókna i paski splatają się, tworzą mostki nad wylotami leja zasypowego i owijają się wokół każdego napotkanego wału obrotowego — w tym ślimaka podającego do reaktora.
- Zanieczyszczenia. Zamki błyskawiczne, guziki, nity i gumki wytrzymują temperatury pirolizy lub zanieczyszczają zwęglony materiał. Metal musi zostać usunięty przed wejściem do reaktora, a rozdrabnianie pozwala na jego oddzielenie od tkaniny.
Skala strumienia surowca sprawia, że warto zająć się tym problemem w sposób właściwy. Zgodnie z U.S. EPA, w ciągu jednego roku w Stanach Zjednoczonych wytworzono około 17 milionów ton odpadów tekstylnych, z czego mniej niż 15% poddano recyklingowi. Zakłady pirolizy przekształcające tekstylia w węgiel i energię są jednym z niewielu rozwiązań, które mogą przyjąć odpady z mieszanych włókien odrzucane przez recykling mechaniczny — ale tylko wtedy, gdy materiał ten dostarczony zostanie w postaci, którą reaktor jest w stanie przetworzyć.
Jaka wielkość cząstek jest wymagana w reaktorze pirolitycznym?
W przypadku reaktorów do pirolizy ciągłej z podawaniem ślimakowym praktyczna odpowiedź brzmi: maksymalnie 50 mm, przy czym docelowa wartość robocza wynosi 20–30 mm. Limit 50 mm określony przez producenta reaktora stanowi górną granicę, a nie cel.
Dwa powody, dla których warto rozdrobnić materiał na drobniejsze cząstki niż podana maksymalna wielkość:
- Niezawodność podawania. Ślimak śrubowy płynnie przenosi kruszonkę o wielkości 20–30 mm. Materiał zbliżający się do granicy 50 mm — zwłaszcza płaskie, giętkie kawałki — tworzy mostki w leju zasypowym i owija się wokół wlotu ślimaka.
- Szybkość reakcji. Piroliza jest procesem ograniczonym przez przenoszenie ciepła. Mniejsze kawałki nagrzewają się szybciej, szybciej ulegają odparowaniu substancji lotnych i tworzą bardziej jednolity węgiel resztkowy. Badania nad szybka piroliza odpadów tekstylnych pokazuje, że rozkład produktu zależy w dużym stopniu od tego, jak szybko cząstki osiągają temperaturę reakcji — a wielkość cząstek jest zmienną, którą można kontrolować na etapie rozdrabniania.
Skład włókien również ma znaczenie. Bawełna składa się z celulozy i ulega rozkładowi głównie w temperaturze od około 300 do 400 °C, podczas gdy poliester rozkłada się w wyższych temperaturach. Mieszanka bawełny i poliestru o jednolitej wielkości cząstek wynoszącej 20–30 mm zachowuje się znacznie bardziej przewidywalnie niż ta sama mieszanka podawana w postaci kawałków o wielkości 10–50 mm, ponieważ wielkość cząstek przestaje być drugą, niekontrolowaną zmienną oprócz składu.
Różne typy reaktorów dopuszczają różne rozmiary wsadu. Ogólne wytyczne techniczne:
| System zasilania reaktora | Typowa maksymalna wielkość podawanego materiału | Cel praktyczny |
|---|---|---|
| Ślimak śrubowy (ciągły) | 50 mm | 20–30 mm |
| Piec obrotowy | 100–200 mm | 50–80 mm |
| Złoże fluidalne | 10–20 mm | poniżej 10 mm |
| Retorta do obróbki wsadowej | ograniczone drzwiami | gruboziarniste – dopuszczalne |
Zawsze należy potwierdzić tę wartość u dostawcy reaktora — jednak linię rozdrabniania należy zaprojektować tak, aby z łatwością ją przekraczać, a nie ledwo osiągać.
Dlaczego pojedyncza rozdrabniarka rzadko rozdrabnia wszystko poniżej 50 mm?
A niszczarka jednowałowa Sito o średnicy oczek 50 mm nie gwarantuje, że każdy element, który przez nie przechodzi, ma 50 mm. Tkaniny są elastyczne: długi pasek fałduje się, przykłada wąską krawędzią do otworu w sicie i prześlizguje się przez niego na całej długości. Dzianiny rozciągają się, przechodząc przez otwory, przez które sztywne tworzywo sztuczne nigdy by nie przeszło.
W trakcie prób przeprowadzonych w naszej fabryce mieszanka odzieży pochodzącej z recyklingu, przetwarzana w maszynie jednowałowej z sitem o oczkach 50 mm, zazwyczaj daje w wyniku nadający się do wykorzystania granulat — oraz trwałą frakcję pasków o długości 100–300 mm. W przypadku odzysku włókien lub produkcji SRF frakcja ta jest często akceptowalna. W przypadku reaktora pirolitycznego z podawaniem ślimakowym jest to właśnie ten materiał, który owija się wokół wału ślimaka i powoduje zatrzymanie instalacji.
Rozwiązaniem jest drugi etap rozdrabniania. Kruszarka obrotowa lub młyn tnący, umieszczone za rozdrabniaczem pierwotnym, przetwarzają gruboziarnisty materiał i rozdrabniają go do kontrolowanej długości i szerokości w zakresie 20–30 mm. Maszyna pierwotna wykonuje ciężką pracę polegającą na rozdrabnianiu odzieży i bel; maszyna wtórna wykonuje precyzyjną pracę polegającą na doprowadzeniu każdego kawałka do stanu bezpiecznego dla ślimaka.
Istnieje jeszcze jedna zaleta: rozdrobnienie do wielkości 20–30 mm zwiększa gęstość nasypową do około 100–150 kg/m³, w zależności od składu mieszanki. Gęstszy materiał oznacza bardziej równomierny przepływ w leju zasypowym, stabilniejsze dozowanie oraz mniejszy zbiornik buforowy przy tym samym czasie pracy.
Zalecana linia technologiczna do przetwarzania surowców przeznaczonych do pirolizy
Linia rozdrabniania tekstyliów służąca do przygotowania wsadu do pirolizy przebiega zgodnie z następującą sekwencją:
Odpady tekstylne → przenośnik taśmowy łańcuchowy → rozdrabniacz jednowałowy → separacja magnetyczna → kruszarka obrotowa → lejek buforowy → przenośnik ślimakowy → reaktor pirolityczny
Każdy etap ma określone zadanie:
- Przenośnik łańcuchowo-pasowy. Obszerne, splątane tkaniny wymagają przenośnika z listwami i możliwością pracy pod dużym kątem nachylenia. Przenośniki taśmowe tracą przyczepność w przypadku luźnych elementów odzieży; konstrukcje z taśmą łańcuchową transportują bele i materiał luzem z kontrolowaną prędkością.
- Rozdrabniacz jednowałowy. Wstępne rozdrobnienie całych elementów odzieży i płatków z bel do postaci gruboziarnistego proszku. W przypadku tekstyliów geometria wirnika i noży ma większe znaczenie niż moc silnika — układ noży zapobiegający owijaniu się materiału oraz siłownik hydrauliczny przystosowany do materiałów ściśliwych zapobiegają zacinaniom, które występują w przypadku zwykłych rozdrabniaczy podczas przetwarzania tkanin.
- Separator magnetyczny. Magnes nadtaśmowy zawieszony nad przenośnikiem wyładowczym wyłapuje zamki błyskawiczne, guziki i druty przed drugim etapem przetwarzania, chroniąc noże kruszarki i zapobiegając przedostawaniu się metalu do węgla drzewnego.
- Kruszarka obrotowa (drugiego stopnia). Redukuje frakcję gruboziarnistą i długie paski do docelowej wielkości 20–30 mm. Jest to etap, na którym “głównie poniżej 50 mm” zamienia się w “niezawodnie poniżej 30 mm”.
- Zbiornik buforowy. Linia rozdrabniająca i reaktor nigdy nie pracują z dokładnie taką samą chwilową wydajnością. Zbiornik buforowy wyposażony w czujniki poziomu zapewnia ich rozdzielenie, dzięki czemu krótkotrwałe zatrzymanie rozdrabniacza nie powoduje niedoboru surowca w reaktorze, a spowolnienie pracy reaktora nie powoduje zatoru na linii produkcyjnej.
- Spiralowy przenośnik. Dozuje rozdrobnione tekstylia ze zbiornika buforowego do układu zasilającego reaktor z regulowaną prędkością. Przy odpowiedniej wielkości materiału wynoszącej 20–30 mm ryzyko owijania się materiału na tym końcowym ślimaku spada niemal do zera.
Aby uzyskać szerszy przegląd typów maszyn i zakresów wydajności poza zastosowaniami pirolitycznymi, zapoznaj się z naszym przewodnik po textylowym shredderze.
Jak dobrać rozmiar linii do rozdrabniania tekstyliów
Wartość znamionowa rozdrabniacza jest mierzona w sprzyjających warunkach, zazwyczaj na materiale o większej gęstości niż tekstylia. Najczęstszym błędem przy określaniu specyfikacji, jaki obserwujemy, jest dobór linii do instalacji pirolitycznej wyłącznie na podstawie wartości znamionowej. Zamiast tego należy wziąć pod uwagę pięć następujących czynników:
- Gęstość nasypowa faktycznie stosowanej paszy. Rozdrabniacz jest maszyną objętościową: wirnik przetwarza stałą objętość na godzinę, a wydajność w kg/h stanowi iloczyn tej objętości i gęstości nasypowej. Luźne ubrania o gęstości nasypowej 40 kg/m³ oraz sprasowane płaty bel o gęstości nasypowej 200 kg/m³ dają zupełnie różne wartości wydajności masowej na tej samej maszynie.
- Formularz zgłoszenia. Materiał w belach wymaga zastosowania przenośnika i tłoka do rozbijania bel; materiał sypki podawany jest szybciej, ale w mniej równomiernych dawkach. Należy wskazać, które z tych rozwiązań — lub oba — są wymagane przy specyfikowaniu linii.
- Wilgoć i zanieczyszczenia. Tekstylia pochodzące z recyklingu konsumenckiego mają różną wilgotność. Mokra tkanina trudniej się tnie, waży więcej, a jej wysuszenie w reaktorze wymaga zużycia energii. Jeśli dostarczany materiał jest wilgotny, należy zaplanować suszenie między rozdrabnianiem a reaktorem oraz dobrać rozmiar rozdrabniacza na podstawie masy mokrej.
- Wartość ciągła, a nie wartość szczytowa. Reaktor pirolityczny pracuje przez całą dobę, siedem dni w tygodniu; linia rozdrabniająca zatrzymuje się w celu wymiany noży, wymiany sit i czyszczenia. Jeśli reaktor zużywa X kg/h, linia rozdrabniająca musi mieć wydajność operacyjną znacznie większą niż X lub stosować strategię zapasów buforowych — zazwyczaj stosuje się oba rozwiązania.
- Możliwości rozbudowy. Operatorzy instalacji do pirolizy rzadko ograniczają się do jednego reaktora. Zaprojektowanie przenośników, szerokości magnesów oraz systemu buforowego z myślą o przyszłej drugiej linii wiąże się z niewielkimi kosztami na etapie projektowania i pozwala uniknąć konieczności przebudowy części początkowej instalacji w późniejszym terminie.
Szczera odpowiedź na pytanie “jakiej niszczarki potrzebuję” zawsze polega na przetestowaniu urządzenia z własnym materiałem. Przeprowadzamy bezpłatna usługa niszczenia na próbę z wykorzystaniem tekstyliów dostarczonych przez klienta w naszej fabryce i sfilmować produkt końcowy, dzięki czemu będą Państwo mogli samodzielnie zmierzyć rozkład wielkości cząstek przed podjęciem ostatecznej decyzji dotyczącej konfiguracji. W celu zaplanowania budżetu dla konfiguracji jedno- i dwustopniowych, nasze przewodnik cenowy po rozdrabniaczach tekstyliów obejmuje zakresy referencyjne oraz czynniki wpływające na koszty.
Rozdrabnianie jednoetapowe a dwuetapowe w procesie pirolizy
| Konfiguracja | Typowy wynik | Zalety | Ograniczenia dotyczące wsadu do pirolizy |
|---|---|---|---|
| Wyłącznie rozdrabniacz jednowałowy | Gruboziarnisty miąższ + długie paski | Niższe nakłady inwestycyjne, prosta linia | Paski frakcyjne owijają ślimaki śrubowe |
| Kruszarka jednowałowa + obrotowa | W zakresie 20–30 mm | Rozmiar bezpieczny dla ślimaka, stabilne dozowanie | Wyższe nakłady inwestycyjne i większe zużycie energii |
| Wyłącznie rozdrabniacz dwuwałowy | Gruboziarnisty, nieregularny | Radzi sobie z belami i twardymi zanieczyszczeniami | Słaba kontrola rozmiaru wyjściowego |
| Wyłącznie walcownia | Drobny, jednolity | Dobra kontrola rozmiaru | Wymagane jest wstępne rozdrobnienie i dozowanie materiału |
W przypadku reaktora z podawaniem ślimakowym najczęściej proponujemy konfigurację składającą się z jednego wału w połączeniu z kruszarką obrotową: pierwszy etap radzi sobie z nieuporządkowanym materiałem, jakim są rzeczywiste odpady tekstylne, a drugi etap zapewnia cząstki o rozmiarze wymaganym przez reaktor. W przypadku, gdy materiał wsadowy zawiera mocno sprasowane w bele lub mieszane odpady wielkogabarytowe, uzasadnione jest zastosowanie dwuwałowego rozdrabniacza wstępnego; sam rozdrabniacz tnący prawie nigdy nie sprawdza się, ponieważ nie jest w stanie przyjąć całych elementów odzieży.
Czesto zadawane pytania
Czy jeden przebieg tnicy wystarczy dla instalacji pirolizy?
Tylko wtedy, gdy reaktor dopuszcza materiał gruboziarnisty — niektóre konstrukcje pieców obrotowych mają taką możliwość. W przypadku reaktorów z podawaniem ślimakowym, w których limit wynosi 50 mm, należy zaplanować dwa etapy. Frakcja długich pasków powstająca podczas jednego przejścia jest niewielka pod względem procentowym, ale ma poważne konsekwencje: zablokowanie jednego ślimaka powoduje zatrzymanie całej instalacji.
Jakie powinna być zawartość wilgotności rozdrobnionych tekstyliów przed pirolizą?
Im niższa wartość, tym lepiej – większość dostawców reaktorów wymaga, aby wynosiła ona poniżej 10–15%. Każdy kilogram wody zawarty w surowcu pochłania ciepło reaktora, zanim jeszcze rozpocznie się piroliza. Sam proces rozdrabniania nie powoduje ani znaczącego wzrostu, ani spadku wilgotności, dlatego należy kontrolować ją już na etapie pozyskiwania surowca lub zainstalować suszarkę pomiędzy zasobnikiem buforowym a reaktorem.
Jak usuwa się zamki błyskawiczne, guziki i elementy metalowe?
Najpierw należy rozdrobnić, a dopiero potem oddzielić. Wstępne rozdrobnienie pozwala na oddzielenie elementów metalowych od tkaniny, a separator magnetyczny typu overband umieszczony nad przenośnikiem wyładowczym usuwa elementy żelazne. W przypadku zamków błyskawicznych z mosiądzu i innych metali nieżelaznych po separatorze magnetycznym można zainstalować separator prądów wirowych — to, czy się to opłaca, zależy od rodzaju surowca oraz wymagań dotyczących jakości węgla drzewnego.
Czy bawełna i polipropylen wymagają różnego rodzaju przetwarzania tnącego?
Linia rozdrabniania jest taka sama; różnią się jedynie ustawienia. Dzianiny i tkaniny o wysokiej zawartości elastanu rozciągają się i wymagają ostrzejszych noży o mniejszych odstępach, podczas gdy gruba bawełna, taka jak dżins, tnie się czysto, ale wymaga większego momentu obrotowego. Ponieważ mieszanki rozkładają się w reaktorze w szerszym zakresie temperatur, jednolita wielkość cząstek ma większe znaczenie w przypadku mieszanych wsadów, a nie mniejsze.
Jak sprawdzić rozmiar wydruku przed zakupem linii?
Prześlij nam próbkę materiału. Przetworzymy ją na maszynach produkcyjnych z konfiguracją sita i noża zaproponowaną dla Twojego projektu, sfilmujemy przebieg testu, a rozdrobniony materiał odeślemy z powrotem, jeśli zechcesz przetestować go we własnych próbach reaktorowych. Dzięki temu przed złożeniem zamówienia nie musisz martwić się o rozmiar, gęstość ani ryzyko związane z pakowaniem.
Wniosek
Przygotowanie odpadów tekstylnych do pirolizy sprowadza się do trzech parametrów: maksymalnej wielkości wsadu do reaktora, docelowej wielkości 20–30 mm, która faktycznie zapewnia niezawodny podawanie, oraz gęstości nasypowej rzeczywistego materiału. Jeśli te trzy parametry zostaną odpowiednio dobrane, pozostałe elementy linii — przenośniki, magnes, zbiornik buforowy, ślimak — same ułożą się wokół nich.
Jeśli określasz sposób przygotowania surowca w ramach projektu pirolizy tekstyliów, prześlij nam swoje wymagania dotyczące materiałów lub umów się na jazdę próbną. Otrzymasz nagranie z testu rozdrabniania z wykorzystaniem Twoich własnych materiałów tekstylnych oraz konfigurację linii dostosowaną do systemu podawania Twojego reaktora, a nie tylko stronę z katalogu.
