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美国塑料回收市场潜力巨大!更低能耗、更高效的回收方案该如何设计?
2024-12-20
回收生产线的新进展反映了人们越来越致力于通过技术创新、监管支持和行业合作来应对塑料垃圾带来的挑战。今年6月,Hillenbrand宣布了一个此类项目,其旗下两家公司科倍隆(Coperion)和Herbold Meckesheim联手为印度包装制造商Magpet Polymer打造一整座PET瓶到瓶单一来源回收工厂。
科倍隆销售回收主管Jochen Schofer解释道:“我们结合了科倍隆和Herbold Meckesheim技术的优势,从机械预处理到再生料成品的所有工艺步骤都优化协调到最佳状态,确保生产出高质量和高能效的PET。”
科倍隆和Herbold Meckesheim设计的瓶到瓶生产线能把所有回收材料放在一起加工,即使这些回收材料表现出不同的特性粘度(IV)或波动的堆积密度。此外,与传统的PET回收工艺相比,该解决方案节省了运营成本和能耗。这是因为该系统先使用具有强制进料功能和洗涤系统技术的破碎机将瓶子加工成薄片,这种破碎机能有效地处理PET,最大限度地减少因形成细小颗粒造成的材料损失,从而最大限度地提高产量。预处理后产生的破碎料被送入ZSK双螺杆挤出机,在那里被熔化、分散并加工成均匀的颗粒。由于挤出机扭矩高达18 Nm/cm³,PET在挤出机中的停留时间非常短。 因为加工温度低,聚合物降解很少,去除了单体、低聚物和水等挥发性成分,产品质量就很好。从挤出机排出后,仍然温热的物料通过熔体泵输送到水下造粒机和固相缩聚(SSP)反应器,在那里进行冷凝和净化。该公司表示,该系统的设计产量为5500公斤/小时,生产出的再生PET已经得到欧洲食品安全局(EFSA)和美国食品药品监督管理局(FDA)的批准用于直接食品接触。 今年11月,Herbold Meckesheim和科倍隆在位于德国Weingarten的科倍隆回收创新中心举办活动,并现场演展示整个回收过程。该中心于2023年开始运营,拥有最先进的、可单独配置的回收设施,可以进行各项操作,例如物料传送、喂料、挤出、配混、造粒和除异味。这个新中心与Meckesheim的Herbold中心形成互补,对塑料的回收利用进行模拟和测试。 科倍隆于2023年在德国Weingarten成立了回收创新中心(图片来源:科倍隆) 9月,在布鲁塞尔举行的AMI再生塑料世界展会上,史太林格回收技术公司(Starlinger Recycling Technology)的销售经理Florian Mitterecker介绍了这家奥地利集团公司的新技术。史太林格集团Viscotec业务部门的ViscoZERO技术是一种熔融相净化反应器,专为对消费后垃圾进行超级清洁处理而设计。 01 超级清洁 在该展会活动中,Mitterecker讨论了ViscoZERO技术在一条由挤出、净化和除异味装置组成的生产线上的应用,该生产线将消费后PP、PE或PS食品包装废物回收成可重复用于食品接触包装生产的再生颗粒。他重点阐述了该系统是如何满足聚烯烃用户的需求,这些用户希望在包装循环中使用再生材料,如盖子到盖子、瓶子到瓶子,甚至希望在汽车等其它要求苛刻的领域中也使用再生材料。 该回收系统由带或不带脱气功能的史太林格RecoSTAR动态回收挤出机、连续熔体过滤器或电动反冲洗过滤器、ViscoZERO熔融相净化反应器、接下来是带式熔体过滤器或动力反冲洗过滤器(位于水下或水环造粒机之前),以及生产工艺末端的PCUplus颗粒冲洗器(可选项)组成。Mitterecker说,这种模块化方法旨在满足客户的不同需求,因为客户可能需要不同的模块。他说,史太林格预计随着前三条已售出生产线(第一条是在奥地利客户处安装的)开始反馈生产数据,他们将会有更多的了解。 ViscoZERO系统开发过程中的第一次测试是在PET包装上进行的,但在其它聚合物上的测试结果也同样值得关注。Mitterecker说,在用PP、PE和PS测试ViscoZERO系统时,它的表现“比预期好得多”。由于测试结果如此之好,史太林格已向美国食品药品监督管理局申请批准该系统生产的材料用于PP盖子(批准已于9月进行)。该公司希望用该系统来加工HDPE和PS时,生产出的材料也能获得美国食品药品监督管理局的批准。 史太林格回收线由RecoSTAR动态回收挤出机、新型ViscoZERO熔融相净化反应器、熔体过滤器、造粒机和PCUplus颗粒冲洗器组成(图片来源:史太林格) 今年早些时候,在美国展会开始前,史太林格回收技术公司商业主管Paul Niedl在表示:“我们将使用这种新的机器设置在今年的NPE上展示一种用于PP、PE或聚苯乙烯等聚烯烃消费后包装的超级清洁解决方案。特别是PP、PS和HDPE消费后包装废物,这些材料的包装在回收过程中会降解,因此通常只能用于较低等级的应用。新技术可以升级回收这些材料,使它们适用于更高等级的应用,包括直接食品接触包装。” 02 瓶子及更多 PET行业的持续增长,尤其是在亚洲和非洲,正在全面推动对回收解决方案的需求。奥地利回收机械制造商Erema表示,仅在过去三年中,它就为瓶子市场交付了100套系统。其中近60%是瓶到瓶的解决方案,而其余的则分为瓶到片材、PET捆扎带和不断增长的瓶到纤维。Erema上海公司总经理James Qiu表示:“我们为特定要求提供合适的系统,包括直接食品接触。” 03 产品质量
Erema工艺的核心是其久经考验的Vacurema技术,该技术于25年前首次推出,此后一直在不断发展完善。Vacurema机器的主要优势是真空反应器中包含的SafeFlake技术,该技术结合了去污、干燥和IV处理。经过真空在合适的温度下预处理后,PET碎片在挤出之前有效地去除了水分和迁移物质,这防止了挤出机中熔体的水解和氧化分解。即使输入材料的质量有波动,颗粒的质量也始终很高,与收购、所有权和能源消耗相关的成本就相对较低。 Erema北美公司首席执行官Robert Wahlmüller在NPE 2024展览会前夕表示:“美国塑料回收市场的潜力非常大,我们的订单已经爆满。” 此外,该公司特别展示了于2022年K展首次推出的Intarema TVEplus DuaFil Compact双过滤系统。该系统旨在回收具有挑战性的高污染、高湿度材料,如带有纸质标签的薄膜垃圾、农用薄膜和家庭垃圾中洗过的薄膜。该机器的一个主要特点是整个熔体处理过程都很温和,这得益于TVEplus系统与DuaFil Compact两项技术的结合。机器的紧凑配置意味着挤出机螺杆比以前的Erema双过滤解决方案短10 L/D(长径比),不再需要出料计量区。用于增加第二过滤单元上游压力的专用熔体泵可确保熔体的处理更均匀。 新的Intarema TVEplus DuaFil Compact系统比之前的Erema双过滤系统短得多(图片来源:Erema) Erema 集团消费后应用业务开发经理Clemens Kitzberger表示:“我们的DuaFil Compact技术降低了压力和温度积聚,从而降低了整体熔体温度,使熔体在脱气前在挤出机的‘PLUS区’达到最高温。这使脱气量增加了33%,同时也减少了熔体停留时间和能耗。” 自2022年K展以来,Erema已售出约20套Intarema TVEplus DuaFil Compact系统。其中一套已交付给总部位于智利的回收和废物处理公司Recupac。Recupac总经理Philippe Morizon表示:“作为Coipsa的废物管理业务部门,我们每年处理超过15万吨不同的材料。Coipsa是智利一家完全融入循环经济各个阶段的包装公司集团。有了这套紧凑型回收系统,我们可以生产出高质量的颗粒,用于制造包装行业的薄膜和其它产品。大家对这套系统的评价很高,特别是它的低能耗和高度自动化,这节省了人工。我相信我们能满足客户的期望,初步结果非常好。” 04 Polyal应用 无菌纸箱主要由纸板(75%)组成,内部有LDPE薄层(20%)和铝箔(5%),这给回收带来了挑战。纸板中的纤维素化合物可以被提取出来并返回到再生纸生产中,剩下的副产品是PE和铝固体残留物,需要有方案来重复利用这些副产品。意大利挤出技术公司鲍山诺(Bausano)建立了一家工厂,将LDPE铝混合物(称为Polyal)转化为芯筒。 Polyal回收工厂使用单螺杆挤出机,带有双脱气和强制进料功能,能够处理不同密度的材料,确保材料在机器内的平稳流动。在挤出之前,物料会经历一个压实过程,这个步骤非常关键,它会让物料变得结实,变成适合进一步加工的可管理材料。最终输出的产品是一个坚固的管子,表面光滑,被认为很适合用来做布料、薄膜、纸张和其它材料的缠绕卷筒。 鲍山诺为客户的定制开始于对客户特定配方的评估,然后进行结构化分析。经过初步评估后,这项工作被转移到公司的实验室,在那里使用毛细管流变仪对材料进行分析,以了解其粘度与剪切速率的关系。根据熔融材料的流变特性,鲍山诺的工程师团队能够对螺杆和挤出头进行设计优化。随后在Brabender Plastograph转矩流变仪上进行的测试为预测材料在所有加工步骤中的行为提供了关键信息。 鲍山诺在为客户定制制造芯筒的挤出生产线时,方法是从评估客户的Polyal配方开始,然后进行结构化分析(图片来源:鲍山诺) 05 流变性
在该案例中使用的Plastograph转矩流变仪可以准确记录混合物的熔化速度、转子扭矩和工艺所需的能源。将获得的数据与已知与挤出系统匹配的材料的流变特性用流体动力学分析软件进行比较。结果表明,客户加工的聚酯的工艺参数与使用鲍山诺技术容易挤出的材料的工艺参数一致,确保了产量和质量都达到最佳水平。 鲍山诺的MD双螺杆挤出机和E-GO R单螺杆挤出机分别设计用于回收PVC和聚烯烃,这家具有前瞻性的公司表示,同时它也在与意大利都灵理工大学合作研究人工智能(AI)和预测性维护。该合作项目旨在创建更高效、更环保的制造流程,通过先进的人工智能驱动的维护策略确保设备维持最佳的工作状态并减少浪费。 06 再次改性
在NPE 2024上,总部位于意大利的Sirmax重点展示了其位于美国印第安纳州安德森的回收工厂和PP改性工厂的成功整合,重申了其对可持续发展和循环经济的承诺。Sirmax美国区经理Lorenzo Ferro表示:“我们进行的垂直整合使我们能够在市场上脱颖而出,满足客户对汽车和家用电器行业更可持续材料的需求。这是在不损害可追溯性和优质原始材料所需的高质量标准的情况下实现的,这些材料目前已经在供应。” 该聚丙烯改性工厂的产能为46875吨/年,由七条生产线组成,其中五条用于生产,两条用于研发。该回收工厂有两条生产线,总产能为17856吨/年。由于美国消费后废物的供应量和质量与欧洲相比较低,该公司一直专注于工业后回收(PIR)废物,材料来源多种,包括软包装和硬包装。Ferro表示,原始设备制造商和加工商不仅希望满足性能要求,还寻求实现关键可持续发展目标,Sirmax的集成系统包括生产工艺和对供应来源的完全控制,可确保生产出的再生材料具有更高可靠性和一致性。 Sirmax在2025-27年产业计划中划拨3000万欧元用于新投资,部分用于其安德森工厂。
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