用于回收合成或人造草皮產品的單獨組分的改進的方法和系統與流程

背景技術：

1、合成草皮多年來一直被用作足球場、棒球場和英式足球場的面層。近年來，它已被用于期望替代天然草的其他應用中。這些應用至少包括游樂場、住宅和商業草坪以及其他景觀美化、路徑、彩彈射擊場、網球場、果嶺(putting?green)、狗跑活動區(dog?run)等。

2、通常，合成草皮包括草狀織物，其具有背襯和多個類似于草的直立條帶(也稱為面纖維)。許多合成草皮產品還包括分散在直立條帶中的填充物材料，該填充物材料可以由砂、輪胎橡膠碎屑或其他顆粒(單獨或相互結合)而組成。填充物材料模擬天然草皮中的土壤，充當壓載物，和/或有助于使草皮適合特定用途的草皮的物理特性(比如彈性)。

3、合成草皮的使用壽命有限，這取決于草皮的構造、其所用于的應用、風化以及草皮的維護方式。

4、作為實例，用作運動場的典型合成草皮可以具有約8至15年的使用壽命。大量合成草皮目前用于數百個運動場及其他應用。

5、由于范圍從再生橡膠、砂至塑料的材料組成，處理草皮非常昂貴。為了避免以很大成本將草皮送至垃圾填埋場，再循環和再利用合成草皮的全部或部分近年來一直是被探索的選項。

6、用于再循環地毯以及用于使用再循環的地毯廢物制備地毯背襯的方法是已知的。此類方法中的一些涉及將地毯紗線或毛簇(tuft)從背襯分離，例如通過切割以及加工僅紗線。

7、然而，合成草皮在組成上與地毯不同，并且這些組成上的差異使得常規的地毯再循環工藝不適用于再循環合成草皮。大多數地毯產品使用尼龍面纖維，而大多數目前的合成草皮產品使用聚乙烯。

8、大部分地毯的初級涂層是乳膠涂層，而在大部分合成草皮中的涂層是聚氨酯。在美國，只有一小部分闊幅地毯包括含有聚氨酯的涂層，并且只有一小部分合成草皮具有含有乳膠的涂層。在過去6年中制造的大部分合成草皮的背襯已經施用聚氨酯涂層。據信，聚氨酯涂覆的合成草皮作為整體不能再循環。這是因為聚氨酯涂層不能被高效地再循環。聚氨酯是熱固性的(相對于熱塑性的)并且因此再循環是困難且昂貴的。盡管如此，在us?5,185,380中描述了從地毯中回收聚氨酯，其中將背襯刮掉，粉碎，經受旋風分級步驟以去除硬質外來成分，如金屬和pvc，并且將非硬質成分在升高的壓力和溫度下固結以提供片材。因此，這種方法從所使用的地毯的部分提供了新的產品。

9、在草皮中，為了將面纖維鎖定到初級背襯中的目的，將涂層施用于成簇材料的背襯。還可以施用熱熔性粘合劑或聚氨酯泡沫的另外的涂層。此次級涂層典型地用于附接次級背襯，該次級背襯可以是聚酯或聚丙烯。

10、許多合成草皮產品包括在地毯中未發現的并且與常規的地毯再循環方法不相容或在常規的地毯再循環方法中至少不期望的組分。例如，常規的地毯不包括填充物。用于合成草皮裝置(installation)的典型填充物材料包括砂、輪胎橡膠碎屑和/或其他顆粒(單獨或相互結合)。因此，再循環合成草皮提出了在地毯的再循環中沒有遇到的獨特問題。

11、將填充物與草皮的其余部分分離可能要求使用特殊設備，并且可能存在與處理分離的填充物相關的環境問題。再循環方法中的另外的問題是任何殘留的填充物顆粒對尺寸減小過程和最終產品特性的影響。

12、因此，已嘗試再循環和再利用現有合成草皮或現有合成草皮的至少一部分，以避免將整個合成草皮在不再使用時送至垃圾填埋場。在wo?2010/075098中描述了這樣的方法，其中將填充物與背襯和草狀纖維分離，然后減小尺寸并進一步去除填充物，然后進行附聚。將附聚的草皮碎片顆粒放入擠出機中。將顆粒擠出以形成擠出物，例如呈線狀或帶狀。因此，大部分已知方法將地毯或草皮的成分再循環為混合組分的新產品并且沒有將產品逆向工程化(reverse?engineer)為單獨的起始組分。

13、ep?2?096?211描述了另一種用于處理合成草的方法，包括其中首先將草纖維和背襯與填充物和另外的組分分離并且然后隨后以多個步驟分離。因此，現有方法可以將材料分離至純度僅為95％，這在例如該方法用于擠出/固結以提供新產品時是令人滿意的。因此，雖然現有技術的方法是對在垃圾填埋場處處理材料的改進，但是仍然需要將單獨的部分進一步分離成基本上包含一種組分的級分以便提供改進的等級產品。

14、還期望提供是靈活的使得草皮和填充物的組成可以變化的方法。

15、還期望提供這樣的方法，其中結果是單獨組分被純化到高到足以作為草皮或在其他工業中再利用的程度。

16、授予同一申請人的ep?2?862?688涉及一種干式分離方法，其中單獨組分基本上是以純的提供的。該方法包括以特定順序的三個特定分離步驟，因此分離基于尺寸、比重和比重、尺寸和形狀。通常，當草皮產品源自運動場時，橡膠和/或砂被用作填充物。雖然大比例的砂和橡膠可以容易地與草皮產品的剩余部分分離，但是大量的砂和橡膠仍然存在于結構內。特別地，砂、污垢或礫石必須從聚合物組分中去除以便改進它們在相同產品(即人造草皮)或其他類型的產品中的可用性。能夠提供基本上純的還不含砂和/或礫石的橡膠級分是其在相同應用中再利用所必需的。細顆粒如砂的分離已經證明是特別具有挑戰性的任務。此外，該方法的效率仍然是重點領域，以便獲得有成本效益的方法，該方法作為替代方案將繼續優于傳統的填埋和焚化。

17、因此，本發明的目的是進一步改進以高效方式分離單獨組分的方法，并且更確切地說是這樣做的，尤其是通過使填充物分離更高效并且能夠提供改進再利用的尺寸和品質的單獨級分。

技術實現思路

1、在第一方面，這些和另外的目的通過一種用于加工合成草皮產品并且用于回收其組分的方法來解決，所述方法包括進料和減小尺寸工段、填充物分離工段以及草皮和背襯分離工段，所述進料和減小尺寸工段與該填充物分離工段以及該草皮和背襯分離工段處于流體連通，并且

2、其中該進料和減小尺寸工段包括以下步驟：

3、(a)將潮濕的人造草皮產品進料至該進料和減小尺寸工段，

4、(b)將該潮濕的人造合成草皮產品減小尺寸成減小尺寸的草皮材料，優選地至不超過120乘120mm，并且將該減小尺寸的草皮材料進料至干燥單元，

5、(c)在該干燥單元中，例如在滾筒干燥器中，將該減小尺寸的草皮材料干燥至不超過5％w/w、優選不超過3％w/w、最優選不超過1％w/w的水分含量，得到干燥的材料，

6、(d)通過在第一篩分單元103中篩選將該干燥的材料分離成至少基本上包含被進料至該填充物分離工段的填充物材料的第一級分和基本上包含草纖維和背襯組分的第二級分，

7、(e)在減小尺寸單元中將該基本上包含草纖維和背襯組分的第二級分減小尺寸至在最大維度上至多50mm，并且可選地將進一步減小尺寸的級分進料至第一篩選單元，比如具有4至8mm、優選地6mm的開口的滾筒篩，以提供小級分和大級分，

8、(f)將在步驟(e)中獲得的該進一步減小尺寸的級分(5)或如果不是可選的該大級分進料至材料料斗，該材料料斗將可選地進一步減小尺寸至在最大維度上至多35mm的該級分連續地供應至該草皮和背襯分離工段；以及

9、(g)在該填充物分離工段中進一步加工在步驟(d)中獲得的該第一級分和在步驟(e)中獲得的該小級分，如果存在的話。

10、在干燥單元的入口處步驟(c)的干燥空氣溫度適當地具有在125℃至250℃、優選150℃至230℃范圍內的溫度，干燥單元的長度是8至15m、優選10至12m，并且以干基計，減小尺寸的草皮材料以6至10噸/小時的范圍、優選8噸/小時進料。

11、優選的是，在干燥過程中組分不熔化或附聚，因為這將使最終級分的品質劣化。因此，組分的溫度、時間和尺寸是最佳干燥的重要因素，這將使得能夠進行后續分離。尺寸是重要的，因為要干燥的進料由砂和橡膠構成，而且還有地毯，該地毯也必須干燥以釋放完整填充物但不熔化。典型地，地毯的組分具有最低的熔化溫度。

12、當干燥單元是滾筒干燥器時，其以1200至1600rpm、優選1400rpm的速度運行。

13、一旦已經通過減小尺寸、干燥和初始分離適當地制備進料，就有可能在隨后的工段中將不同的組分分離成所需的高純度并以足夠高的產率以實現有成本效益的方法。

14、填充物分離工段包括以下步驟：

15、i)將在步驟d)中獲得的第一級分和在步驟e)中獲得的小級分進料至具有三個篩分裝置，第一篩分裝置，具有0.5至1.5mm的開口的第二篩分裝置，以及具有0.1至6mm的開口的第三篩分裝置的主篩分單元，

16、其中第一篩分裝置是具有穿孔的格柵型篩分裝置，其中穿孔的最長維度是3至6mm，由此提供四個級分，上部級分，第一和第二中間級分以及下部級分，其中第一中間級分被進一步加工用于橡膠回收并且第二中間級分被進一步加工用于砂回收。

17、主篩分步驟將大部分砂與組分的其余部分分離。砂是草皮產品的按重量計最大組分。第一篩分裝置進一步將橡膠與背襯和草皮分離。因此，這個步驟將使得能夠提供純橡膠的更困難任務成為可能。

18、回收草皮產品的組分的另一個挑戰是使得能夠在可用的篩分區域上以一定速度和體積分離這些組分。因此，在實施方案中，篩分裝置中的一個或多個設置有至少一個擋板，優選地在上部篩分裝置比如第一篩分裝置上。還考慮了擋板存在于除了主篩分單元之外的其他篩分單元中的篩分裝置上。

19、擋板將有助于進料分布在整個篩分裝置上，由此在進料被輸送通過各種篩分裝置的過程中提高篩分能力。優選的是，至少一個擋板相對于篩分裝置的水平面以30至60°、優選地40至50°范圍內，比如45°的角度(α)定位，并且至少一個擋板附接在篩分裝置的中間工段中，優選地在篩分裝置的長度的1/4與3/4之間的水平線上。

20、當進料從入口到出口移動穿過篩分裝置時，流的自然移動將導致材料朝向篩分裝置的邊緣移動。然而，當擋板以指定角度放置在篩分裝置的指定區域中時，進料將均勻地分布在整個區域上，由此改進整體分離。

21、考慮了每個篩分裝置具有兩個或更多個擋板，比如2、3、4或5個擋板。擋板的數量可以基于篩分裝置的面積來確定。因此，最佳分離所需的擋板的數量隨著篩分裝置的面積而增加。

22、在主篩分步驟之后，通過以下步驟進一步加工第一中間級分以用于橡膠回收

23、ii)將第一中間級分進料至具有三個篩分裝置，具有1.2至3.5mm的開口的第一篩分裝置，具有0.8至2.5mm的開口的第二篩分裝置，以及具有0.5至2.0mm的開口的第三篩分裝置的第二篩分單元，由此提供四個級分；

24、iii)將從第二篩分單元獲得的四個級分中的每一個進料至第一組四個單獨的分離裝置，所述裝置使用空氣通過比重分離，以提供包含背襯材料和橡膠的四個低密度級分以及包含另外的組分比如石材的合并高密度級分；在此第一橡膠回收步驟中，重材料比如石材從混合級分中分離。這將使得橡膠與其他材料的更復雜分離成為可能。石材，如果不含橡膠，可以再利用和出售。

25、iv)將四個低密度級分中的每一個進料至第二組四個單獨的分離裝置，所述裝置使用空氣通過比重分離，以提供包含背襯材料的合并低密度級分和包含橡膠的第二合并高密度級分，并且進一步其中包含橡膠的第二合并高密度級分被回收或在橡膠拋光單元中進一步加工；

26、在此第二橡膠回收步驟中，現在是重級分的橡膠從包含背襯材料的混合級分中分離。這將允許將橡膠進一步精制加工成不同尺寸的不同橡膠級分。

27、包含背襯材料的合并低密度級分進一步經受以下步驟

28、v)通過在分離器中提供向上引導的氣流通過比重和尺寸分離，該分離器被配置為引起渦旋運動，由此較輕級分在氣流中被向上夾帶并且重級分被允許向下落下；在較輕級分包含背襯材料，并且重級分包含另外的材料比如石材的情況下，可以將石材級分與在步驟v中獲得的重級分混合；

29、在步驟vi)中，在具有兩個篩分裝置，具有2至5mm的開口的第一篩分裝置和具有0.8至3mm的開口的第二篩分裝置的第三篩分單元中使包含背襯材料的較輕級分經受第三篩分步驟，由此提供三個級分；包含草纖維的上部級分，包含背襯的中間級分和包含橡膠的下部級分，可選地上部級分返回到第三減小尺寸裝置并在草皮和背襯分離工段中進一步加工；

30、在步驟vii)中，中間級分和下部級分中的每一個被進料至第三組兩個單獨的分離裝置，所述裝置使用空氣通過比重分離，以提供包含草皮材料的第二合并低密度級分和包含橡膠和背襯混合物的第三合并高密度級分。

31、通過增加這些分離步驟，草纖維和橡膠(用于再利用的兩種最有價值的組分)以基本上純的品質提供。

32、基本上包含砂的級分在填充物分離工段的第二部分中分離，以便特別地提供純砂。因此，該方法可以進一步包括通過以下步驟進一步加工在步驟i)中獲得的第二中間級分以用于砂和橡膠分離的步驟：

33、viii)將第二中間級分進料至具有四個篩分裝置的第四篩分單元，所述篩分裝置具有在1.2至0.2mm范圍內的穿孔，其中這些開口的尺寸從上到下遞減，以提供五個級分；

34、ix)將五個級分中的每一個進料至第四組五個單獨的分離裝置，所述裝置使用空氣通過比重分離，以提供包含橡膠、砂和/或細纖維顆粒的第二組低密度級分和包含砂的第四合并高密度級分，其中回收所述包含砂的級分。

35、在步驟x)中，包含橡膠、砂和/或細纖維顆粒的第二組五個低密度級分中的每一個被進料至第五組五個單獨的分離裝置中，所述裝置使用空氣通過比重分離，以提供如以下規定的低密度級分和高密度級分。

36、當第二組低密度級分的30％vol/vol或更多是橡膠時，提供包含橡膠的第三合并輕級分，并且提供包含砂和橡膠的混合物的第四合并重級分，所述重級分在步驟viii)中再循環到第四篩分單元；以及

37、當第二組低密度級分的30％vol/vol或更少是橡膠時，提供包含砂的第五合并重級分，并且提供包含橡膠和砂的混合物的第四合并輕級分，其中回收砂，并且可以進一步加工或丟棄橡膠和砂的混合物。

38、在另外的步驟ix)中，首先回收砂，并且基于級分中橡膠的存在來確定下一步驟。以這種方式，該方法可以靈活地針對其中橡膠超過或低于30％vol/vol的組成定制。這已經顯示出產生沙或橡膠的最純級分。剩余的混合物級分然后可以被丟棄或者如果設備具有在給定時間點沒有利用的容量，比如在填充物后清潔工段中，可以被進一步處理。

39、這種級分的分離是重要的，因為獲得完全純的橡膠對于能夠以可持續的價格出售級分是必要的。

40、橡膠的進一步加工和分離可以通過進料在整個過程中獲得的橡膠級分中的一種或多種來進行，比如在步驟iv)中獲得的第二合并高密度級分和/或在步驟x)中獲得的第三合并輕級分(當包含橡膠時，這是在其中第二組低密度級分的30％vol/vol或更多是橡膠的實施方案中)。

41、通過以下步驟進一步加工級分：將一個或多個橡膠級分(14，22)進料至具有三個篩分裝置，具有1.5至4mm的開口的第一篩分裝置，具有0.7至1.5mm的開口的第二篩分裝置，以及具有0.2至0.7mm的開口的第三篩分裝置的第五篩分單元(212)，由此提供三個不同的橡膠級分(29a至29c)和粉塵級分(30)。

42、在以上的變體中，在第五篩分步驟之前，可以將橡膠級分中的一個或多個進料至能夠從橡膠顆粒中將細顆粒敲打松散的單元比如錘磨機，并將這樣敲打的混合物進料至第五篩分單元。

43、為了能夠以一定速度以連續方式運行整個過程，可能期望在特定位置具有緩沖罐。因此，在實施方案中，存在緩沖罐，其與能夠從橡膠顆粒中將細顆粒敲打松散的單元比如錘磨機處于流體連通，該緩沖罐接收在整個過程中獲得的橡膠級分。

44、為了增加產率或最小化來自該方法的廢物，期望在該方法和系統中包括填充物后清潔工段。在填充物后清潔工段中，在步驟v)中獲得的包含橡膠、石材和可選地砂的重級分和在步驟iii)中獲得的合并高密度級分中的一個或兩個被進一步加工，該工段包括以下步驟：

45、xii)將包含橡膠、石材、以及可選地砂的重級分和合并高密度級分中的一個或兩個進料至在具有兩個篩分裝置，具有0.4至3mm的開口的第一篩分裝置和具有0.2至2mm的開口的第二篩分裝置的第六篩分單元中的篩分步驟，由此提供三個級分；上部級分、中間級分和下部級分；

46、vii)將三個級分中的每一個進料至第六組三個單獨的分離裝置，所述裝置使用空氣通過比重分離以提供包含橡膠的第五合并低密度級分以及包含石材和砂的第六合并高密度級分，并且進一步其中橡膠被回收或在橡膠拋光工段中進一步加工，比如通過進料至緩沖罐或與在步驟iv)中獲得的第二合并高密度級分和/或在步驟x)中獲得的第三合并輕級分(當包含橡膠時，這是在其中第二組低密度級分的30％vol/vol或更多是橡膠的實施方案中)中的一個或全部混合。因此，通過增加此步驟，進一步增加了橡膠級分的產率，并且減少了整個過程的廢物。

47、與填充物分離路線并行，進料和減小尺寸工段還連接至草皮和背襯分離工段，其中在步驟f)中獲得的大級分在步驟g)中進一步減小尺寸至在最大維度上至多35mm，并且通過在第二分離器中提供向上引導的氣流通過比重和尺寸分離，該第二分離器被配置為引起渦旋運動，由此第二較輕級分在氣流中被向上夾帶并且第二重級分被允許向下落下；其中第二較輕級分基本上包含草纖維組分，并且第二重級分基本上包含背襯材料和草纖維組分的混合物，在另外的步驟h)中，基本上包含草纖維組分的第二較輕級分被進料至具有在最短維度上1至3mm的開口的第二篩選單元，優選滾筒篩，以提供包含背襯和草纖維廢物的最終小級分和包含草皮的最終大級分(35)。在步驟i)中回收包含草皮的最終大級分，并且可選地在后加工工段(500)中進一步加工草皮。當再利用時，草皮是塑料級分的最有價值的部分。

48、根據所有實施方案和步驟，當使用被配置為引起渦旋運動由此較輕級分在氣流中被向上夾帶并且重級分被允許向下落下的分離器時，在優選的實施方案中，該單元是旋風分離器或之字形空氣篩分器。當在之字形空氣篩分器中進行分離時，以18至27hz、更優選20至25hz的頻率提供空氣。用高于和低于以上范圍的各種頻率進行試驗，并且出人意料地發現在所披露的范圍內獲得最佳分離，并且在約20至25hz下獲得最佳結果。

49、當混合組分的尺寸變得越來越小時，分離草皮/草纖維和背襯的任務變得越來越困難。因此，隨著尺寸變得更小，單獨組分的重量差近似。另一方面，減小尺寸是能夠分解草皮材料的各種組分的必要手段。因此，在分離的特定點減小尺寸已證明是有效的，因為在先前的步驟中，原本有問題的組分已被大量分離。

50、還提供了一種用于以連續方式加工潮濕的合成草皮產品以提供合成草皮產品的單獨組分的系統，所述系統包括進料和減小尺寸工段、填充物分離工段以及草皮和背襯分離工段，所述進料和減小尺寸工段與填充物分離工段以及草皮和背襯分離工段處于流體連通，其中進料和減小尺寸工段包括用于潮濕的人造草皮產品的入口，該入口連接至減小尺寸單元比如粉碎機，減小尺寸單元的出口連接至干燥單元，干燥單元的出口連接至第一篩分單元，第一篩分單元具有兩個出口，連接至填充物分離工段的第一出口和連接至第二減小尺寸單元的第二出口，第二減小尺寸單元能夠將組分減小尺寸至在最大維度上至多50mm，第二減小尺寸單元的出口可選地通過具有4至8mm、優選地6mm的開口的第一篩選單元比如滾筒篩連接至材料料斗，所述第一篩選單元具有兩個出口，第一出口，截留物，以及第二出口，濾過物，其中第一出口連接至材料料斗，材料料斗將截留物級分連續地供應至第三減小尺寸單元，優選地切割研磨機，第三減小尺寸單元的出口連接至草皮和背襯分離工段，并且第二出口，濾過物，連接至填充物分離工段。

51、根據本發明的方法和系統被配置為用于連續加工三個主要工段，進料和減小尺寸、填充物分離工段以及草皮和背襯分離工段。填充物后清潔工段可以根據需要通過使如上所述的不同級分能夠流動而連接至填充物分離工段。