用于处理液体和微粒物质组合的系统和方法与流程

本申请涉及分层系统和用于处理液体中的微粒物质的方法，其中微粒物质包括两种或更多种类型的颗粒，这些颗粒的密度低于液体，并且具有不同的流体力学性质，从而通过处理可以分离不同类型的颗粒。

背景技术：

1、塑料材料在全球范围内的广泛使用以及随之产生的塑料废物和污染的产生是对环境的众所周知的挑战，引起了科学界和政界的广泛关注。此外，大多数塑料材料在其生产过程中都需要不可再生材料，例如化石燃料。然而，由于塑料是一种用途广泛、非常有用的材料，它在当今工业化世界中是不可或缺的，自20世纪50年代发明以来，全球塑料年产量一直在增加，2019年超过300,000,000,000公斤。

2、尽管大多数塑料废物适合回收利用，但全球90％以上的塑料产量要么被焚烧，要么被堆放或倾倒在自然界中。塑料回收通常仅限于单一类型塑料的产品，因为熔化和重复使用几种不同类型的塑料产品往往会产生表现出结构和机械弱点的聚合物共混物。生产一公斤原生塑料平均需要三公斤天然油，这使得塑料行业成为全球大型温室气体排放源。由于每年有数百万吨的塑料最终进入环境，而且大多数塑料材料的生产都基于化石燃料，因此塑料回收是绿色能源转换和追求可持续未来的关键一步。因此，塑料及其生产对地球的资源和环境造成了巨大压力。

3、最常见的塑料废物组合是pe和pp的混合物，占全球废物的近80％。与例如水相比，pp和pe的密度都很低，因此，可持续回收这些水材料以开发高效的方法来分选和分离这些材料混合物至关重要。

4、目前对塑料(特别是微粒形式的塑料)进行分选的方法包括沉浮技术，其中将微粒物质浸没在介质中，以便分离出颗粒的两个清晰的级分，一个级分沉到介质的底部，另一个级分浮到顶部，这样两个级分都可以被去除。此类方法的局限性在于，颗粒的分离通常不令人满意，并且此类方法不适用于分离在介质中全部下沉或漂浮的不同类型的颗粒的混合物。wo2020119873描述了一种处理和分离液体中颗粒的系统，其中颗粒的密度高于液体的密度。然而，这样的系统不适合处理和分离比液体轻的颗粒。因此，迫切需要找到进一步更好的解决方案来对塑料进行分选和分离，从而提供更可持续的塑料回收和再利用。

技术实现思路

1、本公开描述了对背景技术的缺点进行改进的分层系统和方法，包括但不限于提供闭环质量处理和分离浸没在密度大于微粒物质的液体中的微粒物质混合物中的颗粒的改进的分层系统和方法。

2、因此，在第一方面，本发明提供了用于处理包含液体(300)和微粒物质(400)的组合物的分层系统，其中微粒物质(400/500)包含两种或更多种类型的颗粒(500)，这些颗粒具有i)最小粒径、ii)密度低于液体(300)的密度和iii)液体(300)中的不同流体力学性质，其中分层系统包括分层机，该分层机包括：

3、a)分层室(100)，其用于容纳液体(300)和微粒物质(400)的组合，所述分层室具有一个或多个侧壁(101)；

4、b)第一可移动筛分装置(200)，其构造成用于在所述分层室内垂直或接近垂直地上下移动，其中所述第一可移动筛分装置允许待处理组合物的液体(300)移动通过所述筛分装置，而不允许待处理组合物中的微粒物质(400)在所述垂直或接近垂直的移动过程中移动通过所述筛分装置；以及

5、c)第一驱动系统(600)，其连接到所述第一可移动筛分装置，用于使所述第一可移动筛分装置在所述分层室内垂直或接近垂直地向下和向上移动，从而处理所述液体内的微粒物质(400)；

6、其中，所述第一驱动系统构造成定位所述第一筛分装置，使得所述第一可移动筛分装置的下表面(201)位于待处理组合物中的微粒物质(400)上方，从而通过所述第一可移动筛分装置的向下移动使微粒物质(400)在所述分层室中向下移动。

7、在第二方面，本发明提供了用于处理包含液体和微粒物质的组合物的方法，包括以下步骤：

8、d)提供本发明的分层系统；

9、e)提供包含液体和微粒物质的待处理组合物，其中微粒物质包括两种或更多种类型的微粒物质，所述微粒物质具有i)最小粒度、ii)低于液体密度的密度和iii)液体中的不同流体力学性质；

10、f)将待处理的组合物放置在分层系统的容器和/或分层室中，分层室位于分层系统的第一筛分装置下方；

11、g)通过第一筛分装置的向下冲程和向上冲程，使液体中的微粒物质产生一系列向下和向上的移动，每个移动的特征在于具有加速度、速度和幅度；以及

12、h)任选地包括排放步骤，其中将微粒物质从容器和/或分层室中排出。

1.用于处理包括液体((300))和微粒物质(400)的组合物的系统，其中所述微粒物质包括两种或更多种类型的颗粒(500)，所述颗粒具有i)最小粒径、ii)低于所述液体的密度的密度以及iii)所述液体中不同的流体力学性质，其中该系统包括分层机，所述分层机包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述两种或更多种类型的颗粒的流体力学性质在所述液体中的颗粒沉降速度方面不同。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述两种或更多种类型的颗粒在表面电阻、几何形状和/或密度方面不同。

4.根据权利要求3所述的系统，其中不同类型的颗粒之间的密度差异在0至5g/cm3之间。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述微粒物质包括2种以上类型的颗粒，例如多达5种类型的颗粒，例如多达10种类型的颗粒。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述颗粒具有选自球形、近球形、长方体、棒状或片状颗粒中的一种或多种的形状。

7.根据权利要求6所述的系统，其中超过75％的颗粒为球形、近球形和/或长方体。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述颗粒的最长直径或对角线在0.01mm至1.000mm之间，例如在1mm至10mm之间。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述微粒物质的颗粒的最长直径或对角线在最小到最大最长直径之间的范围小于100倍。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述颗粒的密度比液体的密度低至少1％。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述颗粒的密度在0.5-5.0g/cm3之间。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中一种类型的颗粒的密度比另一种类型的颗粒的密度低至少1％。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中一种类型的颗粒与另一种类型的颗粒之间的重量比在1:1至1:1000之间。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中颗粒床的高度在1cm至1000cm之间。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述微粒材料包括有机聚合物材料，例如塑料材料。

16.根据权利要求15所述的系统，其中有机聚合物选自pp、pe、pet、pom、pc、abs、pc-abs、peek、pvc或它们的组合。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述液体的密度在0.5g/cm3和3g/cm3之间。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述液体((300))是水或水溶液，任选地包括表面活性剂和/或一种或多种杀生物剂。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述颗粒与所述液体之间的体积比高于1％。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中颗粒与液体之间的体积比在1:100至4:1之间。

21.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述分层室的内部形状是具有圆形、椭圆形、长方体或多边形底座的柱。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述分层室的体积为至少500升，例如至少1000升，例如至少2000升，例如至少(300)0升。

23.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述分层室具有一个或多个入口(103)，用于使液体和/或微粒物质进入所述分层室，并且其中所述第一驱动系统能构造成将所述第一可移动筛分装置垂直或接近垂直地定位在所述一个或多个入口上方，从而允许所述液体和/或微粒物质被引入到所述第一可移动筛分装置下方的所述分层室中。

24.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述分层室具有一个或多个出口(104)，用于使微粒物质从所述分层室排出，并且其中所述第一驱动系统能构造成将所述第一可移动筛分装置垂直或接近垂直地提升在所述一个或多个出口上方。

25.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括流体补偿系统，所述流体补偿系统流体连接到位于所述第一可移动筛分装置下方的所述分层室，并且构造成将液体输送到所述分层室以及从所述分层室接收液体，从而当所述第一可移动筛分装置下方的体积通过所述第一可移动筛分装置的向上移动而增加时，能够将液体供应到所述分层室，并且当所述第一可移动筛分装置下方的体积通过所述第一可移动筛分装置的向下移动而减小时，能够从所述分层室接收液体。

26.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一可移动筛分装置的表面积介于0.1m2至100m2之间，例如1m2至25m2之间。

27.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一可移动筛分装置是板筛，所述板筛的筛孔小于所述微粒物质的最小粒径，从而将所述分层室内的所述微粒物质保持在所述第一可移动筛分装置的下表面下方。

28.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一可移动筛分装置包括多孔材料，所述多孔材料具有孔，所述孔的最长直径或对角线小于所述微粒物质的最小粒径，从而将所述微粒物质保持在所述第一可移动筛分装置的下表面下方的所述分层室内。

29.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一可移动筛分装置的一个或多个外边缘在所述垂直或接近垂直移动期间紧靠所述分层室的一个或多个侧壁定位，并且所述第一筛分装置的外边缘与所述一个或多个侧壁之间的任何距离小于所述微粒物质的最小粒径。

30.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一筛分装置的所述外边缘与所述分层室的所述一个或多个侧壁之间的距离介于0mm至5mm之间，例如介于0mm至2.5mm之间。

31.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括

32.根据权利要求31所述的系统，其中所述第二可移动筛分装置是板筛，所述板筛的筛孔小于所述微粒物质的最小粒径，从而将所述分层室内的微粒物质保持在所述第二可移动筛分装置的上表面上方。

33.根据权利要求31或32所述的系统，其中在所述垂直或接近垂直移动期间，所述第二筛分装置的外边缘或边缘紧靠所述分层室的一个或多个侧壁定位，并且所述外边缘与所述一个或多个侧壁之间的任何距离小于所述微粒物质的最小粒径。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述第一筛分装置的所述外边缘与所述侧壁之间的距离介于0mm至5mm之间，例如介于0mm至2.5mm之间。

35.根据权利要求31至33所述的系统，其中所述分层室具有一个或多个入口，用于使液体和/或微粒物质进入位于所述第二可移动筛分装置上方的所述分层室，任选地位于其最低位置。

36.根据权利要求31至35所述的系统，其中所述分层室具有一个或多个出口，用于从所述分层室排出微粒物质。

37.根据权利要求31至36所述的系统，其中所述第一驱动系统能构造成用于将所述第一可移动筛分装置提升到排放高度以上，所述排放高度是所述微粒物质全部或部分地被提升到所述分层室内的液体的表面以上的高度。

38.根据权利要求31至37所述的系统，其中所述第二驱动系统能构造成用于提升所述第二可移动筛分装置并将停靠在所述第二可移动筛分装置上的微粒物质放置在排放高度处，所述排放高度是所述微粒物质全部或部分地被提升到所述分层室内的液体的表面以上的高度。

39.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统包括通过驱动轴连接到所述第一筛分装置和任选的第二筛分装置的驱动引擎。

40.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立配置，用于使所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置以分层运动移动，所述分层运动包括穿过所述分层室中的液体的一系列垂直或接近垂直的向下冲程和向上冲程。

41.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立配置，用于在完成所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向上冲程和任选的向下冲程移动与启动所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向下冲程和任选的向上冲程移动之间暂停所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的移动。

42.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立配置，用于在完成所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向下冲程与启动所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向上冲程之间有停靠期或暂停。

43.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，在完成所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向下冲程与开始所述第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向上冲程之间的暂停长度至少为0.5秒，例如至少1秒，或例如至少1.5秒，例如至少5秒，例如至少20秒。

44.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于调整第一可移动筛分装置和任选的第二可移动筛分装置的向下冲程和/或向上冲程的加速度、速度和/或幅度。

45.根据权利要求44所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于将所述加速度调整在1mm/s2至10.000mm/s2之间。

46.根据权利要求44所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于将所述速度调整在1mm/s至10,000mm/s之间。

47.根据权利要求44所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于将所述速度调整为大于受阻沉淀沉降速度。

48.根据权利要求47所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于将所述速度调整为至少比所述沉降速度大10％。

49.根据权利要求44所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于将所述幅度调整为1mm至50m之间。

50.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统能够构造成用于在处理待处理组合物期间在上停靠位置和最大下位置之间调整所述第一筛分装置的移动的幅度，从而确保所述微粒物质在所述处理期间保持浸没在所述液体中。

51.根据权利要求10至50所述的系统，其中所述第二驱动系统能够构造成用于在待处理组合物处理期间在下停靠位置和最大上位置之间调整所述第二筛分装置的移动的幅度。

52.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第一驱动系统和任选的第二驱动系统能够独立构造成用于在冲程期间调整幅度、速度和/或加速度。

53.根据权利要求31至52所述的系统，其中在处理期间所述第一筛分装置的最大下位置位于所述第二筛分装置的最大上位置之上。

54.根据权利要求31至53所述的系统，其中所述第一驱动系统和第二驱动系统独立运行。

55.根据权利要求31至53所述的系统，其中所述第一驱动系统和第二驱动系统同步运行。

56.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括用于从所述分层室内的液体中排出所述微粒物质(400)的排放系统(900)，其中所述排放系统能够构造成用于排出所述微粒物质的一个或多个任选的最上层。

57.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述排放系统能构造成用于重复排出所述微粒物质的一个或多个任选的最上层颗粒层。

58.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述排放系统包括刮擦装置(902)，所述刮擦装置(902)能构造成用于顺序刮掉一个或多个任选的最上层颗粒层。

59.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括用于识别不同类型的颗粒(500)的识别系统(900)，所述识别系统(900)包括能够区分一种类型的颗粒的化学组成的一个或多个特性与另一种类型的颗粒的化学组成的一个或多个特性的至少一个检测器。

60.根据权利要求59所述的系统，其中所述检测器是检测所述微粒物质的一层或多层、任选的最上层的紫外光、可见光和/或红外光或图像的相机。

61.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括搅拌器和/或超声波发生器，所述搅拌器和/或超声波发生器构造成用于从液体中去除气体。

62.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括一个或多个视觉检测器，所述一个或多个视觉检测器构造成用于在分选过程中接收来自所述分层室内部的光信号。

63.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括一个或多个重量检测器，所述一个或多个重量检测器构造成用于在分选之前称量所述颗粒

64.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括一个或多个应变计，所述一个或多个应变计连接到所述第一驱动系统和/或第二驱动系统，并构造成用于在分选过程中监测所述驱动发动机通过驱动轴传递到所述筛分装置的应变或力。

65.用于处理包含液体和微粒物质的组合物的方法，包括以下步骤：