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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Recycling. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und ein System zum Aufbereiten von Altpapier für die Wiederverwendung.
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Beim Papierrecycling wird zunächst Altpapier und Altkarton gesammelt. Das zu recycelnde Material wird sortiert. Fremdstoffe werden in der Regel manuell entfernt. Mit Hilfe von speziellen Pressen wird das sortierte Material zu Papierballen komprimiert, die dann in eine Papierfabrik transportiert werden.
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In der Papierfabrik wird das zu Ballen komprimierte Altpapier für die Wiederverwendung zur Papierherstellung aufbereitet. Hierzu wird das Altpapier zerkleinert und dann mit Wasser zu einem Papierbrei (sogenannter Pulp) aufgelöst. Das Auflösen des Altpapiers erfolgt mit Hilfe eines Pulpers, dessen Größe je nach Durchsatz zwischen 10 und 100 m3 variiert. In dem Pulper wird ein Strudel erzeugt, in dessen Mitte sich Fremdstoffe sammeln, die bei der Sortierung nicht entfernt worden sind. Sie werden entweder periodisch manuell entfernt oder kontinuierlich aus dem Pulper gezogen. Der entstandene Papierbrei wird durch feine Löcher aus dem Pulper gedrückt und anschließend weiterbehandelt.
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Soll aus dem Altpapier neues Papier, Kartonage oder ein anderes Folgeprodukt hergestellt werden, dann ist es notwendig, die Druckfarbe und andere unerwünschte Restsubstanzen zu entfernen. Die Druckfarbenentfernung wird auch als Deinking bezeichnet. Hierbei gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Verfahren, das Flotationsdeinking und das Waschdeinking.
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Mit dem Deinking soll der Weißgrad des eingesetzten Altpapiers durch die Entfernung der Druckfarbe erhöht werden. Dabei wird ausgenutzt, dass nur die hydrophilen Fasern vom Wasser benetzt werden, während die hydrophobe Druckfarbe weitgehend unbenetzt bleibt.
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Aus diesem Prozess leiten sich die Anforderungen an das für das Deinking geeignete Altpapier ab. Beispielsweise können aus im Flexodruck hergestellten Druckprodukten die verwendeten Druckfarben nicht entfernt werden. Sie bereiten daher erhebliche Probleme beim Recycling. Schon geringe Mengen von mit dem Flexodruck bedruckten Papier führen zu einem sehr schlechten Weißgrad. Die Druckfarbenpartikel sind zu klein und nicht hydrophob, weshalb bei ihnen der Flotationsprozeß nicht funktioniert. Ähnliche Probleme bereiten bei der Flotation Tintenstrahltinten, die auf nicht gestrichenem Papier verdruckt wurden, sowie sogenannte Elektro-Ink und UV-Lacke.
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Die Deinkbarkeit ist ein wesentliches Kriterium für die Recyclierbarkeit eines Papierprodukts.
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In COST Action E48- The future of Paper Recycling in Europe: Opportunities and Limitations; Published by the Paper Industry Technical Association (PITA), Bury, Greater Manchester, Great Britain, 2010, Kapitel 5 und 6, Seite 49 bis 87 sind die aktuelle Zusammensetzung und die Qualität von wieder gewonnenem Papier und die Verfahrensschritte zum Aufbereiten von Altpapier für die Papierherstellung beschrieben. Auf der Seite 53 und Seite 54 sind Anfragen von Papierherstellern für Sensorsysteme zum Überwachen der Altpapierqualität erläutert. Es werden vor allem Sensoren zum Überwachen des Feuchtigkeitsgehaltes, für den Gehalt an unbrauchbaren Materialien und für die Qualitätseinteilungen nach EN 643 benötigt. Darüber hinaus werden seltener Sensoren zur Detektion von Ascheanteil, volatilen Bestandteilen, Ligninanteil, Tintenanteil, Chemikalien, Klebstoff, Additive, angefragt. Folgende Technologien werden für die möglichen Sensoren diskutiert:
- – Bildanalyse;
- – nahe Infrarottechnik
- – Massenspektrometrie.
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Mit der Infrarotechnolgoie wird der Feuchtigkeitsanteil im Altpapier detektiert. Weiterhin gibt es Geräte zur optischen Detektion von unerwünschten Bestandteilen im Altpapier. Auf Seite 57 ist eine neue Generation von künstlichen Nasen mittels Massenspektrometrie beschrieben, die neue Möglichkeiten zum Analysieren von Gerüchen und volatilen Bestandteilen eröffnet.
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Das meiste Druckgut wurde bisher mittels Offset-Druckverfahren bedruckt. Deshalb sind die Prozesse zum Aufbereiten von Altpapier auch mit dem Offset-Druck bedruckten Altpapier optimiert.
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Wird mit Flexodruck bedrucktes Papier, Fotodruck bedrucktes Papier oder mit Tintenstrahl bedrucktes Papier aufbereitet, so gibt es erhebliche Probleme.
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Aus Novalina Lingga, Ph.D., Shimatzu, Application News GCMS AD-0014-GM, November 2005, „Analysis of Organic Solvents in Printing Ink by Gas Chromatography Mass Spectrometry, geht die Untersuchung von organischen Lösungsmitteln in Drucktinte mittels Massenspektrometry mit einem Gaschromatographen hervor. Die einzelnen organischen Lösungsmittel können hierbei detektiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbereiten von Altpapier für die Wiederverwendung zur Papierherstellung zu schaffen, das auch beim Zuführen von nur schwer recycelbarem Altpapier, insbesondere mit Tinte für Tintenstrahldruck bedruckten Altpapier, stabil ausgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbereiten von Altpapier für die Wiederverwendung zur Papierherstellung werden folgende Schritte ausgeführt:
- – Zerkleinern des zu recycelnden Altpapiers,
- – Auflösen des zerkleinerten Altpapiers in Wasser zu einem Papierbrei,
wobei mittels einer chemischen Analyse des aufzubereitenden Altpapiers Aufbereitungsparameter detektiert werden und nach Maßgabe dieser Aufbereitungsparameter die Zusammensetzung des Altpapiers verändert wird und/oder das Verfahren zum Aufbereiten von Altpapier angepasst wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nach Maßgabe der detektierten Aufbereitungsparameter die Zusammensetzung des Altpapiers im Papierbrei gesteuert werden. Insbesondere kann festgestellt werden, ob sich der Anteil schwer zu recycelnden Altpapiers einem vorbestimmten Schwellenwert nähert, so dass ein leicht zu recycelndes Altpapier zusätzlich hinzugefügt werden kann und der Anteil schwer zu recycelndes Altpapiers nicht den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Steuerung des Altpapiers kann durch Zuführen von noch nicht bearbeitetem Altpapier erfolgen oder auch durch Mischen von Papierbreien, die unterschiedliche Zusammensetzungen von Altpapier enthalten. Dies heißt, dass die Steuerung des Altpapieranteils zu einem beliebigen Zeitpunkt des Verfahrens zum Aufbereiten des Altpapiers erfolgen kann.
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Diese Steuerung erfolgt vorzugsweise automatisch, so dass das Verfahren zum Aufbereiten des Altpapiers stabil ausgeführt wird, auch wenn selbst schwer zu recycelndes Altpapier, das beispielsweise mit Tinte für den Tintenstrahldruck oder mit einem Farbmittel für den Flexodruck bedruckt ist, zugeführt wird. Die Zuführung dieses schwer zu recycelnden Altpapiers wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren automatischen dosiert, so dass der Anteil des Altpapiers, das schwer zu recyceln ist, vorbestimmte Schwellenwerte nicht überschreitet. Diese Schwellenwerte liegen bspw. bei kleiner oder gleich 10 Gew.% des mit wasserlöslicher Tinte bedruckten Papiers und/oder 1 Gew.% bis 5 Gew.% des im Flexodruck bedrucktem Papier. Diese Schwellenwerte beziehen sich jeweils auf das entsprechend bedruckte Papier bzgl. der gesamten Papiermenge. Die Anteile können anlagenspezifisch variieren, insbesondere beim Einsatz von Bleichung erhöhen sich die möglichen Anteile von mit dem Tintenstrahl-Verfahren bedrucktem Papier.
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Zur Durchführung der chemischen Analyse wird vorzugsweise eine Gasprobe in der Nähe des Altpapiers oder dem Papierbrei genommen und diese Gasprobe wird dann chemisch auf Aufbereitungsparameter untersucht. In einem Ballen Altpapier kann unterschiedlich bedrucktes Altpapier enthalten sein. Die flüchtigen Bestandteile mischen sich sehr schnell in der Umgebungsluft, so dass die Gasprobe einen repräsentativen Mittelwert der unterschiedlichen Qualitäten des Altpapiers darstellt. Vorzugsweise wird zur Probennahme das Altpapier erwärmt oder mit warmer Luft beströmt, so dass das Austreten der flüchtigen Stoffe unterstützt wird. Die Proben können am noch nicht bearbeiteten Altpapier oder während des Zerkleinerns des Altpapiers oder am Papierbrei genommen werden. Während des Zerkleinerns ist die Probe besonders repräsentativ, da hier unterschiedliche Bestandteile des zugeführten Altpapiers mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen und beim Aufbrechen der Papierstrukturen die flüchtigen Bestandteile austreten.
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Es ist auch möglich, eine Flüssigkeitsprobe des Papierbreis zur Durchführung der chemischen Analyse zu nehmen und diese Flüssigkeitsprobe chemisch auf Aufbereitungsparameter zu untersuchen. Das Wasser des Papierbreis wäscht lösliche Stoffe aus dem Altpapier aus. Sind unterschiedliche Qualitäten von Altpapier im Papierbrei enthalten, so mischen sich die löslichen Stoffe im Wasser, so dass die Probe wiederum einen repräsentativen Mittelwert der im Papierbrei enthaltenen Papierqualitäten darstellt. Die Proben werden vorzugsweise chemisch mittels massenspektrometrischer Untersuchungen analysiert.
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Die massenspektrometrischen Untersuchungen werden vorzugsweise mittels eines Gaschromatographen, eines Flüssigchromatographen (LC/MS), eines HPLC-Chromatographen (Hochleistungsflüssigkeitschromatographen), einer laserinduzierten Plasmaspektroskopie, einer Kapillarelektrophorese (CE/MS), einer Ionenmobilitäts-Spektrometrie (IMS/MS), einer Flugzeitmassenspektrometrie oder einer Kombination davon ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt insbesondere nach dem Auflösen des zerkleinerten, mit mindestens einer Druckfarbe bedruckten Altpapiers ein Entfernen der Druckfarbe (sogenanntes Deinking).
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Mittels der chemischen Analyse können chemische Fingerabdrücke detektiert werden, insbesondere chemische Fingerabdrücke, die jeweils spezifisch für ein Druckfarbmittel, wie z.B. Tinte für den Tintenstrahldruck, Toner für den elektrofotographischen Druck oder Druckfarbe für den Offset-Druck, sind. Hierdurch können die Anteile der einzelnen Druckfarbmittel detektiert werden und die Qualität der Recycelbarkeit des Altpapiers bzw. des Papierbreis bestimmt werden.
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Eine Flüssigkeitsprobe kann auch nach dem Schritt des Druckfarbenentfernens (Deinking) entnommen werden, denn dann enthält der Papierbrei vor allem auch die schwer zu trennenden Druckfarbmittel, die die Recyclingfähigkeit erheblich beeinträchtigen. Deren Anteil kann dann sehr präzise festgestellt werden.
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Die Offset-Druckfarben enthalten in der Regel Öle und schwimmen auf. Sie können insbesondere in einer Deinkingstufe abgeschöpft werden. Tinte für den Tintenstrahldruck oder Druckfarbe für den Flexodruck dispergiert im Wasser und bildet Schlieren. Mittels einer optischen Detektion des Papierbreis kann anhand des Farbanteils der Anteil an dispergierenden und nicht dispergierenden, insbesondere aufschwimmenden Druckfarbmittel detektiert werden. Eine derartige optische Analyse ist besonders aussagekräftig, wenn vor und nach einer Deinkingstufe optisch gemessen wird und die beiden Messungen verglichen werden. Wenn nach der Deinkingstufe der aufschwimmenden Druckfarbmittel die Farbe des Papierbreis sich nicht oder nur geringfügig ändert, dann kann dies als ein hoher Anteil an dispergierenden Farbmittel bewertet werden.
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Die optische Farbmessung erfolgt vorzugsweise indem eine Probe des Papierbreis gesiebt wird und in einen Flüssigkeitsanteil und in einen Feststoffanteil getrennt wird, wobei der Flüssigkeitsanteil optisch untersucht werden kann. Der Feststoffanteil kann chemisch, insbesondere mittels Gaschromatographie, und/oder optisch analysiert werden.
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Vorzugsweise erfolgen die optischen Messungen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen, insbesondere im sichtbaren und/oder im infraroten Wellenlängenbereich.
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Die Deinkingstufe ist vorzugsweise als Flotationsstation ausgebildet.
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Im Rahmen der Erfindung kann es auch zweckmäßig sein, zunächst das noch nicht bearbeitete Altpapier chemisch zu analysieren und danach eine Kontrollmessung am Papierbrei mit einer chemischen Analyse durchzuführen.
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Anstelle der Steuerung der Zusammensetzung oder in Kombination mit der Steuerung der Zusammensetzung des Altpapiers kann auch das Verfahren zum Aufbereiten von Altpapier angepasst werden und beim Entfernen der Druckfarbe spezielle Chemikalien zum Entfernen von schwer recycelbarer Druckfarbmittel vorzusehen, wie z.B. Bleichmittel.
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Vorzugsweise werden die unterschiedlichen Analysen (chemische Analysen, optische Analyse) kombiniert angewandt und ausgewertet, wodurch die Aussagekraft der Analyse gesteigert werden kann.
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Die Erfindung kann auch in einem System vorgesehen sein, das entsprechende Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
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Sofern nicht anderes ausgeführt wird, werden mit den Begriffen „Papier“ und „Altpapier“ alle Produkte aus Zellulosen Fasern, wie weißes Papier, Recyclingpapier, Karton, Pappe, etc. bezeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
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1 ein System zum Aufbereiten von Altpapier schematisch in einem Blockschaltbild,
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2 ein weiteres System zum Aufbereiten von Altpapier schematisch in einem Blockschaltbild,
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3 eine Tabelle von typischen und wesentlichen Bestandteilen von Tinten für den Tintenstrahldruck,
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4 eine Tabelle von Zusammensetzungen von am Markt erhältlichen Tinten für den Tintestrahldruck, wobei die Teilenummern anonymisiert sind, und
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5 schematisch ein Regelkreis zum Durchführen eines Verfahrens zum Aufbereiten von Altpapier.
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1 zeigt schematisch in einem Blockschaltbild ein System zum Aufbereiten von Altpapier für die Wiederverwendung zur Papierherstellung.
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Altpapier wird in Form von gepressten Altpapierballen 1 angeliefert. Die Altpapierballen werden zwischengelagert, bevor sie einem Zerkleinerungs- oder Mahlwerk 2 zugeführt werden.
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Das zerkleinerte Altpapier wird einem Pulper 3 zum Auflösen des zerkleinerten Altpapiers in Wasser zugeführt. Das Altpapier wird somit mit dem Wasser im Pulper 3 zu einem Papierbrei gemischt. Im Pulper wird vorzugsweise ein Strudel erzeugt, so dass sich in der Mitte des Strudels Fremdstoffe ansammeln, die bei der Sortierung nicht entfernt worden sind. Sie werden entweder periodisch manuell aus dem Pulper entfernt oder kontinuierlich abgezogen. Dies ist in 1 schematisch durch den Pfeil 4 dargestellt.
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Der Papierbrei wird einer ersten Siebeinrichtung (Grobsieb) 5 und einer zweiten Siebeinrichtung (Feinsieb) 6 aufeinanderfolgend zugeführt. Das Feinsieb weist beispielsweise eine Öffnungsweite von 0,15 mm auf. Beim Sieben werden Verunreinigungen in Form von Festbestandteilen zurückgehalten, während die Papierfasern durch das Sieb hindurchtreten. Typische Siebe sind geschlossene Siebe, durch welche der Papierbrei unter Druck durch Siebe in Form von Scheiben oder Körbe gepresst wird, um bei einem kleinen Bauvolumen einen hohen Durchsatz zu erzielen.
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Der gesiebte Papierbrei wird einer Flotationsstaion 7 zugeführt, in der hydrophobe Teilchen, insbesondere Tintenteilchen, entfernt werden. In der Flotationsstation wird dem Papierbrei Druckluft zugeführt. Die aufsteigenden Luftblasen nehmen die hydrophoben Teilchen mit und schwemmen Sie an der Oberfläche des Papierbreis auf, so dass sie in einem auf der Oberfläche des Papierbreis schwimmenden Schaum konzentriert werden. Dieser Schaum kann abgezogen werden, wobei die hydrophoben Teilchen aus dem Papierbrei entfernt werden. Es sind unterschiedliche Bauweisen für derartige Flotationssysteme bekannt. Das Abziehen des Schaums und damit das Entfernen der hydrophoben Teilchen ist in 1 schematisch mit einem Pfeil 8 dargestellt.
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Der von den hydrophoben Teilchen getrennte Papierbrei wird in einer dritten Siebeinrichtung 9 erneut gesiebt, bevor er einer kombinierten Verdickungs- und Pressstation 10 zugeführt wird.
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Der verdichtete Papierbrei wird dann einer Dispergierstation 11 zugeführt, in der Wachs- und Bitumenanteile im Papierbrei unter Wärmeeinwirkung dispergiert werden. In Kombination mit einer solchen Dispergierstation oder auch alternativ dazu kann eine Knetstation vorgesehen sein, in welcher der Papierbrei geknetet wird.
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Der Dispergierstation 11 folgt eine optionale Bleichstation 12, mit welcher der Papierbrei gebleicht wird. Ob der Papierbrei der Bleichstation zugeführt wird hängt zum einen von der zugeführten Qualität des Altpapiers ab und zum anderen davon ab, welches Produkt aus dem aufbereiteten Altpapier hergestellt werden soll. Soll beispielsweise Karton oder Pappe hergestellt werden, dann ist keine Bleichung notwendig. Wenn hingegen rein weißes Papier gewünscht ist, dann ist eine Bleichung oftmals zweckmäßig. Die Notwendigkeit einer Bleichung hängt auch vom Einfärbungsgrad des Altpapiers und/oder dem Weißheitsgrad des Zielproduktes ab.
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Der gebleichte Papierbrei kann dann einer weiteren Flotationsstation 13 zugeführt werden, in welcher weiter hydrophobe Teilchen abgetrennt werden. Dies ist wiederum durch einen Pfeil 14 in 1 dargestellt.
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Der Flotationsstation 13 folgt eine kombinierte Verdickungs- und Waschstation, in welcher kleine, feste Bestandteile mittels eines Siebs unter Wirkung von Wasser ausgewaschen und der gewaschene Papierbrei verdickt wird.
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Danach wird der gewaschene Papierbrei erneut einer weiteren optionalen Bleichstation 16 zugeführt, um die endgültige Helligkeit des Papierbreis zu verbessern.
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Danach wird der Papierbrei abschließend in einer weiteren Dispergierstation 17 dispergiert, bevor er der Produktion von neuem Papier zugeführt wird.
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Bei dem oben erläuterten System können einzelne Abschnitte mehrfach ausgeführt werden, indem der Papierbrei in Form einer Schleife entsprechend zurückgeführt wird. Dies hängt von der gewünschten Qualität des aufbereiteten Papierbreis sowie von der Qualität des zugeführten Altpapiers ab.
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Das System zum Aufbereiten von Altpapier weist eine Einrichtung zur Durchführung einer chemischen Analyse auf, die in 1 schematisch durch einen Sensor 18 dargestellt ist. Das System weist zumindest einen solchen Sensor auf. Es können jedoch auch mehrere Sensoren vorgesehen sein.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Sensor 18 in der Nähe der komprimierten Altpapierballen 1 angeordnet, so dass mit dem Sensor flüchtige Stoffe des Altpapiers, die sich mit der Luft vermischen, detektiert werden können. Vorzugsweise ist der Sensor innerhalb eines abgeschlossenen Raumes vorgesehen, in dem sich eine vorbestimmte Anzahl von Altpapierballen (beispielsweise ein bis fünf Altpapierballen) befinden. Hierdurch enthält die Luft dieses abgeschlossenen Raumes ein Gemisch der flüchtigen Stoffe der mehreren Altpapierballen, so dass die chemische Analyse der Luft dieses Raumes einen Mittelwert des in dem Raum befindlichen Altpapiers darstellt.
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Das Freisetzen von flüchtigen Stoffen aus dem Altpapier kann durch Erwärmen des Altpapiers mittels einer Heizeinrichtung oder durch Anströmen des Altpapiers mit warmer Luft mittels eines Gebläses unterstützt werden.
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Mit der chemischen Analyse werden vorzugsweise Fingerabdrücke der Druckfarbmittel detektiert, mit welchen das Altpapier bedruckt ist. Die Druckfarben enthalten unterschiedliche flüchtige Bestandteile, insbesondere Lösungsmittel (siehe 3 und 4 für den Tintenstrahldruck), die mittels einer chemischen Analyse erfasst werden. Es wird zumindest eine qualitative Analyse durchgeführt. Bei einer reinen qualitativen Analyse ist es jedoch zweckmäßig, dass die Anzahl der Altpapierballen, die mit einer Analyse erfasst werden, möglichst gering gehalten werden, so dass dann denjenigen Altpapierballen die gemessene Altpapierqualität zugeordnet werden kann. Hierdurch wird ein quantitativer Bezug über die Größe des jeweiligen Altpapierballens und der Altpapierqualität hergestellt.
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Wird mit der chemischen Analyse eine qualitative und quantitative Analyse durchgeführt, dann kann bestimmt werden, in welchem Umfang die jeweiligen Altpapierqualitäten vorliegen. Die Altpapierqualität wird vor allem durch das Farbdruckmittel, mit dem das Altpapier bedruckt ist, bestimmt. Wie es Eingangs erläutert ist, sind Druckfarbmittel des Flexodrucks sehr schwer und Druckfarbmittel des Tintenstrahldrucks schwer zu rezyklieren und Druckfarbmittel des Offset-Druck sehr einfach zu rezyklieren. Mit der chemischen Analyse wird somit festgestellt, in welchem Anteil bzw. in welcher Menge die jeweiligen Papierqualitäten vorliegen.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden in Abhängigkeit der chemischen Analyse der Altpapierballen diese derart sortiert, dass der Anteil des schwer recyklierbaren Altpapiers unter einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, so dass das Recyclingverfahren stabil läuft.
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Nach einer zweiten Ausführungsform ist der Sensor 18 am Zerkleinerungswerk 2 angeordnet und detektiert die beim Aufbrechen der Papierstrukturen frei werdenden flüchtigen Stoffe des Altpapiers. Durch das Aufbrechen der Papierstruktur im Zerkleinerungswerk 2 wird das Austreten der flüchtigen Stoffe erheblich gefördert. Werden vorwiegend Schwellenwerte der Altpapierqualität überschritten, dann wird Altpapier bekannter guter Recyclingqualität dem Zerkleinerungswerk 2 zugeführt, um die Qualität des Altpapiers hier dementsprechend zu verbessern.
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Hierzu kann es zweckmäßig sein, zwei Zerkleinerungswerke 2/1 und 2/2 und zwei Pulper 3/1 und 3/2 vorzusehen, die zueinander parallel geschaltet sind, so dass der Papierbrei der mit den beiden Pulpern 3/1 und 3/2 erzeugt wird, miteinander gemischt wird, bevor er weiter verarbeitet wird. Hierbei kann gesteuert durch die chemische Analyse die Mischung so erfolgen, dass sich im gesamten Bearbeitungsprozess ausschließlich ein Papierbrei befindet, dessen Recyclingqualität nicht die vorbestimmten Schwellenwerte überschreitet.
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Diese Doppelstruktur mit zwei Zerkleinerungswerken 2 und zwei Pulpern 3 ist vor allem zum Beseitigen eines kurzfristigen Qualitätseinbruches in Papier 3 geeignet, wie sie in der Praxis häufig auftreten, wenn einzelne Ballen mit sehr schwer recycelbarem Altpapier angeliefert werden, wie z.B. Altpapierballen, die einen großen Anteil Fotopapier oder mit Flexodruck bedrucktem Papier beinhalten. Beim Zerkleinern wird in einem Zerkleinerungswerk eine schlechte Papierqualität festgestellt, woraufhin der Durchsatz des anderen Zerkleinerungswerkes derart angepasst wird, dass das Gemisch des Papierbreis der beiden Kanäle stabil weiterverarbeitet werden kann. Insbesondere ist es zweckmäßig, dem Zerkleinerungswerk in dem nicht die schlechte Papierqualität festgestellt worden ist, dann ausgewähltes Altpapier mit hoher Recyclingqualität zuzuführen, um sicher zu stellen, dass das Gemisch des Papierbreis der beiden Kanäle die korrekte, gewünschte Qualität aufweist.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform, die im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform mit zwei Kanälen zum Zerkleinern und Auflösen des zerkleinerten Altpapiers entspricht, kann der Sensor 18 im Pulper 3 angeordnet sein, sodass der im Pulper erzeugte Papierbrei chemisch analysiert wird. Vorzugsweise ist in beiden Pulpern jeweils ein Sensor 18 vorgesehen.
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Vorzugsweise wird die chemische Analyse mittels einer massenspektrometrischen Untersuchung ausgeführt. Der Sensor 18 ist in diesem Fall eine Probeentnahmeeinrichtung, die entweder eine Gasprobe im Bereich des Altpapierlagers bzw. im Zerkleinerungswerk 2 oder eine Flüssigkeitsprobe im Pulper 3 entnimmt und der Vorrichtung zur Durchführung der massenspektrometrischen Untersuchung zuführt. Diese Vorrichtung kann einen Gaschromatographen, einen Flüssigchromatographen, einen HPLC-Chromatographen (Hochleistungsflüssigkeitschromatographen), eine Einrichtung zur laserinduzierten Plasmaspektroskopie, eine Einrichtung zur Kapillarelektrophorese, eine Einrichtung zur Ionenmobilitätsspektroskopie, eine Einrichtung zur Flugzeitmassenspektrometrie oder eine Kombination davon umfassen.
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Mittels der chemischen Analyse werden vorzugsweise chemische Fingerabdrücke der Druckfarbmittel, mit welchen das Altpapier bedruckt ist, erzeugt, da vor allem die Druckfarbmittel die Altpapierqualität bestimmen. Insbesondere sind diese chemischen Fingerabdrücke spezifisch für Druckfarbmittel der Tinte für den Tintenstrahldruck, des Toners für den elektrofotografischen Druck, der Druckfarbe für den Flexodruck und der Druckfarbe für den Offsetdruck.
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Da die einzelnen Druckfarbmittel unterschiedlich stark die Recycelbarkeit des Altpapiers beeinflussen ist es zweckmäßig, bei der Bestimmung, ob der gewünschte Schwellenwert überschritten ist, die chemischen Fingerabdrücke der einzelnen Farbmittel unterschiedlich stark zu gewichten.
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2 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Speicherbehälter 9 nach dem Pulper 3 angeordnet ist. In dem Speicherbehälter 19 wird Papierbrei guter Recyclingqualität zwischengespeichert. Wenn mit der chemischen Analyse einer Probe aus dem Bereich des Papierlagers und/oder dem Zerkleinerungswerk 2 und/oder dem Pulper 3 eine geringe Recyclingqualität festgestellt wird, dann wird dieser Strom von Papierbrei schlechtere Recyclingqualität ein Papierbrei aus dem Speicherbehälter 19 mit guter Recyclingqualität in ausreichender Menge zugemischt, sodass dabei der sich durch das Mischen ergebende Papieranteil den Anforderungen für die weiter Verarbeitung genügt. Die Probenentnahme kann hierbei sowohl im Altpapierlager, im Zerkleinerungswerk und/oder im Pulper erfolgen. Wesentlich ist, dass die Probenentnahme vor dem Abschnitt durchgeführt wird, in dem der untersuchte Papierbrei mit dem Papierbrei aus dem Speicherbehälter 19 gemischt wird.
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Es kann auch zweckmäßig sein, die Recyclingqualität in einem späteren Prozessabschnitt zusätzlich zu überwachen, insbesondere an einer der Flotationsstationen 7, 13, da man hier mit der chemischen Analyse feststellen kann, wie effizient die Druckfarbmittel aus dem Papierbrei durch die Flotation entfernt worden sind.
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Die oben erläuterten Ausführungsformen zeigen, dass die Systeme zum Aufbereiten von Altpapier je nach Bedarf sehr unterschiedlich ausgebildet sein können. Deshalb wird in 5 schematisch ein Regelkreis gezeigt, der ein Verfahren zum Aufbereiten von Altpapier betrifft, wobei die Zusammensetzung des Altpapiers im Regelkreis automatisch gesteuert wird. Das aufzubereitende Altpapier wird einem Mischer 20 zugeführt. Der Mischer 20 enthält Altpapier einerseits aus einer regulären Altpapierquelle und andererseits Altpapier aus einer sicheren Quelle. Altpapier aus einer sicheren Quelle bedeutet, dass dieses Altpapier eine hohe Recyclingfähigkeit besitzt, insbesondere im Offset-Verfahren bedrucktes Altpapier ist. Je nach Verfahren zum Aufbereiten des Altpapiers kann eine unterschiedliche Qualitätsstufe als gut recyclingfähig beurteilt werden. Eine sichere Quelle enthält Altpapier, dessen Recyclingqualität bekannt ist und für das jeweilige Aufbereitungsverfahren geeignet ist.
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Das im Mischer 20 gemischte und ggf. zerkleinerte Altpapier wird einem Pulper 3 zugeführt, in dem es mit Wasser zu einem Papierbrei gemischt wird. Nach dem Pulper 3 wird der Papierbrei in einer oder vorzugsweise mehreren Arbeitsstationen 21 aufbereitet. Die Arbeitsstationen 21 können gemäß den obigen Ausführungsformen unterschiedliche Stationen, wie z.B. Siebeinrichtungen, Flotationsstationen, Verdichtungs- und Pressstation und eine Dispergierstation, umfassen. In 5 sind die Anzahl der Arbeitsstationen durch n gekennzeichnet, wobei n eine beliebige ganze Zahl ist. Nach der Aufbereitung des Papierbreis in Arbeitsstationen wird dieser in einer Bleichstation 16 gebleicht, so dass Papier in der gewünschten Qualität erhalten wird. Ein erster Sensor 18 ist benachbart zum Mischer 20 bzw. benachbart zu einem in dem Mischer 20 integrierten Zerkleinerungswerk angeordnet. Mit dem Sensor 18 wird eine Gasprobe genommen und analysiert. Die Ergebnisse werden einer zentralen Steuereinrichtung 22 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Sensoren 18 an den jeweiligen Arbeitsstationen 21 vorgesehen sein. Die Sensoren können Proben des aufzubereitenden Papierbreis vor, in oder nach der jeweiligen Arbeitsstation oder in Kombination vor und/oder in und/oder nach der jeweiligen Arbeitsstation 21 nehmen und diese analysieren. Geeignete Analyseverfahren umfassen die optische Analyse der Farbe der Flüssigkeit des Papierbreis, eine optische Untersuchung der Farbe des Feststoffanteils des Papierbreis, eine chemische insbesondere gaschromatografische Untersuchung der Flüssigkeit und/oder des Feststoffanteils des Papierbreis. Die Ergebnisse dieser Untersuchung, die vorzugsweise vollautomatisch durchgeführt werden, werden der zentralen Steuereinrichtung zugeführt. Die zentrale Steuereinrichtung bewertet die Analyseergebnisse im Hinblick auf die Recyclingfähigkeit des gemischten Altpapiers bzw. des Papierbreis und steuert am Mischer 20 automatisch das Verhältnis zwischen Altpapier aus sicherer Quelle und Altpapier aus regulärer Quelle.
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Mit diesem Verfahren kann der Prozess zum Aufbereiten von Altpapier zu Papier automatisch gesteuert werden und automatisch die Zusammensetzung aus Altpapier aus sicherer Quelle und Altpapier aus regulärer bzw. unsicherer Quelle eingestellt werden.
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Mit der zentralen Steuereinrichtung 22 können die unterschiedlichen chemischen Fingerabdrücke der Druckfarbmittel bestimmt werden und hieraus der entsprechende Anteil des jeweiligen Altpapiers am Papierbrei bestimmt werden. Diese chemischen Fingerabdrücke stellen Aufbereitungsparameter dar, die zur Steuerung des Verfahrens dienen. Diese Aufbereitungsparameter können neben der Qualität des Altpapiers auch die Quantität umfassen, welche aus der gemessenen Intensität der Parameter hervorgehen kann. Weiterhin kann durch Variation der Anteile von Altpapier aus sicherer Quelle und aus ungesicherter Quelle und Detektion der entsprechenden Aufbereitungsparameter ein Rückschluss auf die Mengen bzw. Gewichtsanteile der jeweiligen Klasse von Altpapier geschlossen werden.
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Die Aufbereitungsparameter können spezifisch für die jeweiligen Druckfarbmittel sein, wobei hier der Begriff „Druckfarbmittel“ in seinem weitesten Sinne zu verstehen ist und nicht nur die Farbpigmente umfasst, sondern auch Lösungsmittel oder sonstige Hilfsstoffe, die im Druckfarbmittel enthalten sind.
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen wird anhand der mit der chemischen Analyse erfassten Aufbereitungsparameter die Zusammensetzung des Altpapiers im Papierbrei gezielt eingestellt bzw. gesteuert.
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Die erfassten Aufbereitungsparameter können jedoch auch anstelle der Einstellung bzw. Steuerung der Zusammensetzung des Altpapiers im Papierbrei zur Steuerung des Prozesses der Aufbereitung verwendet werden. Wird eine geringe Recyclingqualität festgestellt, so können bestimmte Reinigungsabschnitte, die spezifisch für ein bestimmtes Druckfarbmittel sind, das in großer Menge im Druckpapier vorhanden ist, wiederholt werden. Dies betrifft insbesondere die Reinigung des Papierbreis mittels Flotation und/oder Waschens. Diese Steuerung des Prozesses kann unabhängig oder in Kombination mit einer Einstellung und Steuerung der Zusammensetzung des Altpapiers im Papierbrei erfolgen.
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Falls nur das Verfahren zum Aufbereiten von Altpapier gesteuert werden soll, kann die Probenentnahme auch in einem späteren Abschnitt nach dem Pulper 3 ausgeführt werden. Zweckmäßig ist, wenn an unterschiedlichen Stellen des Verfahrens Proben entnommen und analysiert werden.
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Die Erfindung ist oben anhand eines Beispiels eines Prozesses zum Aufbereiten von Altpapier erläutert worden. Dieser Prozess kann jedoch auf unterschiedliche Art und Weise abgewandelt werden. Insbesondere können die Reinigungsstufen unterschiedliche Anzahl und Art (Waschen, Flotation, Reinigen, Sieben) kombiniert werden.
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Die Erfindung wurde für Recyclingprozesse von Papierprodukten beschrieben. Es ist aber auch denkbar, dass entsprechende Prozess-Schritte für andere zu recycelnde Produkte wie z.B. Kunststoff-Produkte oder weitere Stoffe enthaltende Verpackungs-Produkte eingesetzt werden, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, eine Mischung verschiedener Eingangsmaterialien zu zerkleinern, das zerkleinerte Material wahlweise in einem Lösungsmittel aufzulösen und aus dem zerkleinerten Material mittels einer chemischen Analyse Recyclingparameter zu detektieren. Anhand der Recyclingparameter kann dann der Recyclingprozess gesteuert werden, beispielsweise indem die Zusammensetzung des Eingangsmaterials verändert wird und/oder Verfahrensschritte zum Aufbereiten des Eingangsmaterials gesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Altpapierballen
- 2
- Zerkleinerungswerk
- 3
- Pulper
- 4
- Abzug aus Pulper
- 5
- erste Siebeinrichtung
- 6
- zweite Siebeinrichtung
- 7
- Flotationsstation
- 8
- Pfeil
- 9
- dritte Siebeinrichtung
- 10
- Verdichtungs- und Pressstation
- 11
- Dispergierstation
- 12
- Bleichstation
- 13
- Flotationsstation
- 14
- Pfeil
- 15
- Verdichtungs- und Waschstation
- 16
- Bleichstation
- 17
- Dispergierstation
- 18
- Sensor
- 19
- Speicherbehälter
- 20
- Mischer
- 21
- Arbeitsstation
- 22
- zentrale Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- COST Action E48- The future of Paper Recycling in Europe: Opportunities and Limitations; Published by the Paper Industry Technical Association (PITA), Bury, Greater Manchester, Great Britain, 2010, Kapitel 5 und 6, Seite 49 bis 87 [0008]
- EN 643 [0008]
- Novalina Lingga, Ph.D., Shimatzu, Application News GCMS AD-0014-GM, November 2005, „Analysis of Organic Solvents in Printing Ink by Gas Chromatography Mass Spectrometry [0012]
