UBC除漆回收工藝與設備

吳燕翔

(龍口南山鋁壓延新材料有限公司，山東 龍口 265706)

隨著國內罐料產能的不斷釋放，相關UBC(廢舊飲料罐)的回收措施也需進一步加強。UBC回收無論是社會效益還是經濟效益，對大型鋁業公司來說都是可觀的。在此背景下，鋁罐資源循環，UBC除漆回收-熔化-熔鑄(再生鋁)-軋制-制罐-灌裝-銷售-UBC收集，形成閉環。每噸再生鋁比電解原鋁節能達95%，而且節省約5t的鋁礬土資源，CO2和有毒排放物大大減少，有利于環保。根據2017年美國貿委會《影響鋁產業競爭的條件》的報告顯示，世界上再生鋁產量最大的國家是美國，歸功于其成熟健康的終端市場及廢鋁收購基礎設施。自2015年起，中國成為世界上最大的鋁生產國和消費國，但在未加工再生鋁生產國中僅排名第二。在再生鋁行業，廢鋁的可用性和成本(包括運費)是競爭力中最重要的組成部分。廢鋁是再生鋁生產的主要投入原料，在生產總值中占很大一部分。一個國家廢鋁可用性是由幾個因素決定的，其中包括國內鋁行業的年齡、經濟發展水平、回收利用文化以及促進廢鋁收集的基礎設施。對于發展中國家來講，其鋁業的終端市場相對欠發達，更依賴生產原鋁[1]。

在日本和美國，UBC的回收早已成熟，從環保的角度看，主要在于其回收中心自備的預處理設施及其先進的UBC除漆回收工藝與設備。利用UBC生產3104合金工藝流程為，UBC打包料破碎-磁選去除鐵質物質-回轉窖碳化油漆-回轉篩振動脫碳-雙室反射爐熔化-除雜出煤-調整成分-精煉、細化、除氣-過濾-鑄錠。

1 鋁罐LCI(生命周期編目)分析

鋁罐的生命周期如下圖1所示。

圖1 鋁罐的生命周期

目前關于罐裝對環境造成的負擔應該是其內容物負擔還是容器負擔存在分歧，認為圖中的“使用”階段屬于內容物負擔，在這里不做討論。在準備鋁罐LCI分析所需的環境負擔編目數據時，根據罐料生產、制罐及再生鋁生產環節實際情況制作了編目，進行了350mL鋁罐的LCI分析,并且回顧了對鑄件、壓鑄等的再生開環的評價。結果表明,在罐料生產原料中原鋁仍約占50%，廢鋁回收再利用率仍有待提高[2]。

2 日本三建(SANKEN)IDEX除漆系統

三建株式會社位于日本廣島，利用S.A.S.(英國Stein Atkinson Stordy有限公司) INDEX控制流量系統技術合作開發。IDEX全稱Internally Ducted Extraction Decoating System(內部管道抽取除漆系統)。圖2為IDEX除漆系統的基本原理，圖3為該系統的外形圖。在內筒輻射加熱型內流式回旋窖內，既可作為回收再處理過程的前期處理階段，對UBC進行除漆，也適用于有機成分比例較高的各種包裝材料。

圖2 IDEX系統的基本原理

圖3 IDEX系統外形圖

圖4為UBC的處理條件，圖5為UBC的處理流程圖。除漆反應為：(1)約150℃，將UBC加熱到水的沸點以上使其水分蒸發；(2)約370℃，使噴漆、涂膜(有機成分)揮發，碳素成分保留；(3)約480℃，使UBC表面的殘留物碳化；(4)約540℃，凈化UBC表面，進行明亮處理。氧氣濃度 6%～8%，在有機成分揮發過程中氧氣減少，明亮處理時需要加氧氣。

圖4 UBC處理條件

圖5 UBC的處理流程

INDEX系統的特點如下：(1)處理品質高，通過對除漆處理溫度和氧氣的控制來防止氧化燒損，無有機浮游粉塵混入，保證下一工序高收得率和再生鋁的品質；(2)處理范圍廣；(3)控制性能和操作性能都很優異；(4)節能，通過采用內筒輻射加熱，窖內的熱損減少，升溫時間變短以及實現節能操作；(5)設備為緊湊型設備，無需窖內內襯，通過縱向合理配置后燃器減少管道系統，實現設備緊湊化。

考慮到這種除漆窯技術中間有根圓鋼管(芯部管道)，因為進料口的密封容易壞，導致除漆窯里的壓力、氧氣和溫度都不易控制。

3 美國G&P公司大流量除漆工藝與設備

G&P公司開發的除漆窯技術，除漆窯內部不是鋼管，而是密布了不銹鋼鋼片，在除漆窯旋轉的同時，鋼片把廢料播撒開，使廢料充分均勻地受熱，熱氣流和物料的行進方向是逆向的。這種技術可以確保除漆窯內部的壓力、氧氣和溫度得到精確控制。使UBC表面的涂層充分溶解，除漆窯內部廢氣中的活性有機物被充分燃燒掉。這也是最節能、污染排放最低的一種技術。

3.1 工藝簡介

Gillespie&Powers(G&P)公司位于美國密蘇里州圣路易斯，其大流量除漆工藝(MFDP)采用一種獨特的設備配置，可在各種工藝條件下對預處理后的鋁廢料進行除漆。該MFDP系統的特點是隨進料特性的變化，自動連續的調節氣體量(體積或質量)的變化。自動調節由大流量控制回路啟動，隨出窯氣體溫度變化而調節變速風機，隨所需熱量的任何變化，例如水分含量或生產通過量的變化，系統立即作出響應，以保持溫度和氧氣含量的理想條件。這歸功于利用無線溫度感測和控制系統實現窯爐控制?？梢酝ㄟ^HMI菜單依據待處理廢料種類的不同選擇不同控制設定值。系統的主變量是窯速，而這又取決于廢料的尺寸和密度。

該系統包括一個處理氣體循環回路，由變速循環風機、旋風器、燃燒室和所有必要的互連管道、膨脹波紋管以及進出氣閘組成。含有循環氣體和污染產物的處理氣體從燃燒室排出，途經窯的出料罩，從窯中往上，最后到窯的物料入口進料端。隨著氣體沿窯上行前往進料罩，其溫度下降。從進料罩處，工藝氣體通過旋風單元和熱氣循環風機從窯內引入燃燒室。氣閘可以保持物料的連續充排，同時通過避免外部空氣影響工藝過程，保持工藝環境。

熱氣循環風機將處理氣體排放到旨在燒掉氣流中揮發物的燃燒室中。將自動用水稀釋的系統納入循環風機上游的管道系統中，在處理氣體發生過熱的情況下可保護系統。還提供溫控旁路氣體管道以保持氣體以適當溫度進入窯爐和旋風分離器。

內襯耐火材料的水平燃燒室內納入處理氣體入口、氣體出口和清潔通道。燃燒系統將基于噴嘴混合燃燒器并配套所有必要的空/燃比控制，以及符合當前美國標準的安全元件。然后，來自燃燒室的熱氣體既可回到窯中也可排到煙囪。出口處的流量調節閥用于維持系統壓力。如果要進行額外的廢氣處理，煙囪可以提供出口，此時后燃燒器也將配有帶煙囪帽的緊急排氣管。在加熱器過熱的情況下，將打開煙囪帽。

3.2 對工藝要求的工程分析

4個不同的反應區見表1。對該分析得出結論并清楚地表明，該方法需要在窯入口端具有低的氣體溫度而在窯出口端具有較高的氣體溫度，才能以最有效的方式完成該過程。圖6顯示使用氣體逆流工藝時反應包跡完全合適。

表1 4個不同的反應區

圖6 反應區和理想溫度

在參考關于熱交換器的經典文獻時發現這并不為奇，此過程確有發生。由于其效率更高，在大多數單程傳熱操作中都選擇逆流系統，而很少使用并行流(同流)?？偠灾瑢に囈蟮墓こ谭治銮宄乇砻?，G&P公司大流量逆流工藝優于其他工藝配置，其優點如下：(1)在所需處理溫度和氣體流量溫度之間實現完美匹配，形成非常緊密、可控的控制包跡；(2)產品接觸之處氣體溫度沒有高于鋁的熔點，因而避免鋁的氧化；(3)該系統理想地管理顆粒并將其從窯爐排出口排出，因此其不會浸沒在熔體中導致污染和熔體損失；(4)逆流系統換熱效率高；(5)由于平均窯爐溫度較低，即使在高度磨蝕的環境中也無需耐火襯里。

3.3 設備組成和描述

圖7顯示了MFDP的主要組成部分，包括絕熱回轉窯、進料和排放氣閘、變速循環風機、熱氣發生器、排氣管和旋風分離器。

圖7 MFDP的主要組成

碎片通過氣動操作的氣閘進料到窯爐中，因此在窯爐中溫度、氧含量和流動條件控制不受外界干擾。碎片通過劇烈旋轉的回轉窯進入排放氣閘。窯爐經過精心設計，確保連續穩定的通過量和氣體速度，不會阻礙碎片的流動。帶有揮發性有機物和顆粒的氣流離開進料罩并進入變速循環風機的入口，進入旋風分離器以除去大的顆粒，然后進入熱氣發生器以完全破壞揮發物。在系統中產生的處理氣體通過壓力控制旁通導流板排出，其余氣體在系統中繼續循環。專門安裝在回路中的主要系統部件包括分流閥和熱氣發生器旁通管，用于將循環氣流的溫度降低到可將鋁氧化的溫度之下。進入窯爐的氣體則處于理想脫漆的條件，約為537.8℃(1000℉)，含有約7%的氧氣。

該設備的物料傳輸與輔助設備包括近40項，在此不再贅述，僅簡要介紹主要組成部分。窯體由采用礦棉纖維和鋁箔絕熱的轉窖組成，以防止熱損，也有助于減少窯內傳出的噪音。窖身前半部分密布12.72mm(1/2″)厚的A36鋼片，另一半則密布12.72mm(1/2″)的不銹鋼鋼片。設計“窖內飛行”(internal flights)以便廢料上下播散，廢料和處理氣體更好地混合。窯的進料端有一段大約1.83m的螺旋形“飛行”。供料口和排料口氣閘處都將配備煙罩，經大氣污染控制后高空排放，在20t/h的系統處理能力時預期排放指標見表2。

表2 基于UBC廢料的預期排放

4 結語

UBC是一種優質的再生資源，廢氣污染和燒損一直是UBC回收利用過程中遇到的挑戰。2018年1月1日起，我國首個以環境保護為目標的綠色稅種—環境保護稅正式施行，“排污費”成了歷史。在UBC回收利用時必須考慮集約型地、有區別地回收，本文研究得出以下結論：

(1)鋁罐LCI分析表明，鋁罐在生命周期中對環境造成負擔，在罐料生產原料中原鋁仍約占50%，對原鋁生產具有較高依賴性，廢鋁回收再利用率仍有待提高；

(2)盡管UBC回收生產再生鋁相對于電解原鋁是一種節省能源、節約資源和減少排放的做法，但其本身固有的尾氣排放和氧化燒損仍是行業面臨的挑戰，關鍵在于脫漆烘干和回轉振動脫碳；

(3)對日本三建公司IDEX除漆系統和美國G&P公司大流量除漆工藝(MFDP)與進行對比，發現內部管道抽取除漆系統(IDEX)節能、結構緊湊，還能進行有機物含量很高的印刷鋁箔的脫漆；而大流量除漆工藝(MFDP)處理能力大、節能、污染排放最低化，甚至能處理汽車板(ABS)。