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[Technisches Gebiet]
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Die Erfindung betrifft einen umweltfreundlichen Brennstoff und Verfahren zur Herstellung desselben, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung, durch das Schaumstoffe zur weiteren Verwendung zu umweltfreundlichen Brennstoffen mit wirtschaftlichem Nutzen verarbeitet werden können.
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[Stand der Technik]
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Kühlschränke, Kühltruhen, Klimaanlagen, Gebrauchtwagen, Triebfahrzeuge usw., welche Kältemittel enthalten, werden im Inland als wiederverwertbare Abfälle eingestuft. Jedoch gehören Schaumstoffe nicht zu solchen Abfällen, die wiederverwertet werden müssen. Hingegen findet Polyurethan (PU) eine umfangreiche Anwendung in Stoßstangen und Innenteilen von Fahrzeugen, in Schuhsohlen, Möbeln, Haushalt, Behältern, Laufbahnen und Fahrradsitzen usw. PU-Füllstoffe solcher Produkte werden nach deren Ausrangieren verbrannt. Da das Abgas der PU-Schaumstoffe nach der Verbrennung NO2 und giftige Zyanwasserstoffe HCN enthält, muss es durch Wasser absorbiert werden. Der nach der Absorption im Wasser enthaltene, hochgiftige Zyanwasserstoff darf aber erst durch spezielle Verarbeitung entladen werden.
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Es ist bekannt, dass PU nach der Warmbehandlung einer chemischen Änderung in der molekularen Struktur unterliegt, wodurch duroplastische Kunststoffe entstehen. Diese duroplastischen Kunststoffe können durch folgende Technologie wiederverwertet werden:
- 1. Die duroplastischen Kunststoffe können zu wiederverwertbaren Kunststoffpellets verarbeitet werden. Hierbei lässt sich jedoch auf Grund der Alterung der PU-Produkte keine hohe Verwertung erwarten.
- 2. Die duroplastischen Kunststoffe können durch Zersetzen wiedergewonnen werden. Hierzu gibt es leider nur Forschungsberichte bzw. -ergebnisse. Eine Verwendung in der Industrie ist bis jetzt noch nicht bekannt.
- 3. Die duroplastischen Kunststoffe können zu Abfallbrennstoffen (RDF) verarbeitet werden. Hierzu werden PU-Schaumstoffe nach der Trennung wiedergewonnen und als erneuerbare Energiequelle verwendet. Dadurch kann fossile Energie ersetzt und Kosten zur Abfallbehandlung reduziert werden.
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Obwohl Abfallbrennstoffe heutzutage bereits zu einem gängigen Brennstoff geworden sind, besteht deren Zusammensetzung immer noch aus Abfällen. Die erfolgreiche Verwendung der Abfallbrennstoffe ist von vielen Faktoren abhängig. Einerseits muss die Verbrennungseffizienz nach der Überprüfung und Reorganisation des Abfalls verbessert werden. Andererseits müssen die Erzeugung und das Ausstoßen von Schadstoffen reduziert werden. Darüber hinaus muss gewährleistet werden, dass das ursprüngliche Verbrennungssystem nicht dadurch instabil wird. Sollten Schaumstoffe zu Brennstoffen verarbeitet werden können, können Abfälle sorgfältig entsorgt und als Energie gewonnen werden. Durch diese Technologie wird Umweltschutz mit wirtschaftlichem Nutzen kombiniert.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen umweltfreundlichen Brennstoff zur Verfügung zu stellen, bei dem darauf abgezielt wird, Schaumstoffe in umweltfreundliche Brennstoffe mit wirtschaftlichem Nutzen zu wandeln.
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[Technische Lösung]
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen umweltfreundlichen Brennstoff, der die in Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmale aufweist sowie durch ein Verfahren zur Herstellung desselben, das die in Ansprüchen 5 und 7 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Durch die Erfindung wird ein umweltfreundlicher Brennstoff geschaffen, wobei Polyurethan-Schaumstoff (PU-Schaumstoff) zu Teilchen gemahlen und mit halogenfreiem Flammschutzmittel in einer Menge von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% (Massenanteil) gemischt werden, um einen entflammbaren, giftfreien umweltfreundlichen Brennstoff zu erzeugen. Auf diese Weise kann verworfener PU-Schaumstoff wiederverwertet und verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung wird ein umweltfreundlicher Brennstoff bereitgestellt, der nach der Wärme- und Druckbehandlung zu festen umweltfreundlichen Brennstoffen geformt ist.
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Gemäß der Erfindung wird Polyurethan-Schaumstoff (PU-Schaumstoffe) nach dem Mahlen zu Teilchen mit halogenfreiem Flammschutzmittel im Verhältnis von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% sowie mit Klebstoff im Verhältnis von 2 Gew.-% bis 6 Gew.-% gründlich gemischt, wodurch sich ein giftfreier, pulverförmiger umweltfreundlicher Brennstoff ergibt.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von umweltfreundlichen Brennstoffen geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist:
- a) Mahlen, bei welchem Schritt der PU-Schaumstoff in einer Zerkleinerungsvorrichtung gemahlen wird,
- b) Mischen, bei welchem Schritt der gemahlene PU-Schaumstoff in ein Rührgerät gegeben wird, wobei zugleich eine bestimmte Menge von halogenfreiem Flammschutzmittel zugegeben wird, und durch das Rührgerät gründlich gemischt wird, um eine Mischung zu erhalten,
- c) Formen, bei welchem Schirtt die Mischung in ein Formwerkzeug gegeben, erwärmt und schließlich geformt wird, um ein Zwischenprodukt zu erzeugen,
- d) Spritzgießen, bei welchem Schritt das Zwischenprodukt in eine Granuliervorrichtung gegeben und erwärmt wird, um schließlich den umweltfreundlichen Brennstoff im Spritzgussverfahren zu erzeugen,
- e) Schneiden, bei welchem Schritt der umweltfreundliche Brennstoff in eine bestimmte Länge zugeschnitten wird.
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Gemäß der Erfindung wird eine bestimmte Menge von Klebstoff beim Schritt d) (Spitzgießen) gemeinsam mit dem Zwischenprodukt in eine Granuliervorrichtung gegeben und erwärmt, um schließlich den umweltfreundlichen Brennstoff auszuspritzen.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigt
- 1 ein Flussdiagramm der Herstellung des Brennstoffes gemäß der Erfindung,
- 2 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffs in Form eines Rundstabs,
- 3 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffs in Form eines Vierkantprofils und
- 4 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffs in Form von Scheibchen.
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[Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform]
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In 1 bis 4 werden der Herstellungsprozess und perspektivische Ansichten des erfindungsgemäßen umweltfreundlichen Brennstoffs schematisch dargestellt.
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Hierzu werden hauptsächlich Polyurethan-Schaumstoff (PU-Schaumstoff) verwendet. Nachdem der PU-Schaumstoff zu feinen Teilchen gemahlen ist, wird ein quantitativer Anteil von halogenfreiem Flammschutzmittel zugegeben und mit den PU-Schaumstoffteilchen gründlich gemischt. Somit kann ein entflammbarer und ungiftiger Brennstoff erzeugt werden, welcher umweltfreundlich ist.
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Indem ein bestimmter Anteil von nicht-halogenhaltigem Flammschutzmittel (flammhemmendem Mittel) zu dem PU-Schaumstoff hinzugefügt wird, kann die Verbindung des PU-Schaumstoffs mit Außenluft während der Verbrennung so reduziert werden, dass weniger schädliche Gase erzeugt werden. Jedoch kann eine zu hohe Dosierung des halogenfreien Flammschutzmittels dazu führen, dass der PU-Schaumstoff nicht verbrannt werden kann. Daher muss das Dosierungsverhältnis in geeigneter Weise kontrolliert werden. Gemäß der Erfindung beträgt der durch Experimente ermittelte, optimale Anteil für PU-Schaumstoff 65 Gew.-% bis 95 Gew.-% unter Zugabe von halogenfreiem Flammschutzmittel in der Menge von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-%. Auf diese Weise kann PU-Schaumstoff leicht als Brennstoff verwendet werden, da sie leicht Selbstzündungswirkungen erzielen können.
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Ferner kann der oben erwähnte umweltfreundliche Brennstoff durch Wärme- und Druckbehandlung zu einem festen umweltfreundlichen Brennstoff geformt werden. Wenn der PU-Schaumstoff eine geringe Haftfähigkeit aufweist, können 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% halogenfreies Flammschutzmittel und 2 Gew.-% bis 6 Gew.-% Klebstoff (Harz auf Wasserbasis) zu dem gemahlenen PU-Schaumstoff in der Menge von 59 Gew.-% bis 93 Gew.-% hinzugefügt werden. Folglich kann nichttoxischer fester Brennstoff durch Wärme- und Druckbehandlung geformt werden.
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Der vorstehend beschriebene umweltfreundliche Brennstoff kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beleuchtet. Die Schritte für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von umweltfreundlichen Brennstoffen sind:
- a) Mahlen: PU-Schaumstoff wird in einer Zerkleinerungsvorrichtung gemahlen,
- b) Mischen: Der gemahlene PU-Schaumstoff wird in ein Rührgerät gegeben. Zugleich wird eine bestimmte Menge von halogenfreiem Flammschutzmittel zugegeben. Mit Hilfe des Rührgeräts werden der PU-Schaumstoff und das halogenfreie Flammschutzmittel gründlich miteinander gemischt, derart, dass eine Mischung entsteht,
- c) Formen: Die Mischung wird in ein Formwerkzeug verbracht, gewärmt, komprimiert und schließlich zu einem Zwischenprodukt geformt,
- d) Spritzgießen, wobei das Zwischenprodukt in eine Granuliervorrichtung gegeben und erwärmt wird, um schließlich den umweltfreundlichen Brennstoff (1) im Spritzgussverfahren zu erzeugen, und
- e) Schneiden: Der umweltfreundliche Brennstoff wird in eine bestimmte Länge geschnitten.
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Es wird auf 1 bis 3 Bezug genommen. Der wiedergewonnene PU-Schaumstoff wird beim Schritt a) (Mahlen) zunächst in eine Zerkleinerungsvorrichtung wie einen Eckenschneider, Brecher o. ä. gegeben und vorzugsweise zu feinem Pulvern gemahlen. Danach wird der gemahlene PU-Schaumstoff beim Schritt b) (Mischen) in ein Rührgerät gegeben. Zugleich wird eine bestimmte Menge von halogenfreiem Flammschutzmittel zugegeben. Wenn 65 Gew.-% bis 95 Gew.-% Polyurethanschaumstoff und 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% halogenfreies Flammschutzmittel im Rührgerät gründlich miteinander gemischt werden, entsteht eine Mischung. Das Rührgerät kann als Kugelmischer ausgeführt werden. Die entstandene Mischung kann als pulverförmiger Brennstoff verwendet werden.
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Zum Erzeugen von umweltfreundlichen festen Brennstoffen wird die Mischung im Schritt c) (Formen) in eine Doppelrollmaschineoder einen Kneter gegeben. Auf diese Weise ergeben sich Zwischenprodukte mit hoher Dichte. Danach wird der Schritt d) (Spritzgießen) ausgeführt, indem das Zwischenprodukt in eine Granuliervorrichtung gegeben, erwärmt und schließlich ausgespritzt wird. Dadurch ergeben sich umweltfreundliche Brennstoffe 1 in verschiedenen Formen, welche beispielsweise kugel-, stab-, knollen- oder plattenförmig oder körnig usw. (2 bis 4) sein können. Schließlich wird der umweltfreundliche Brennstoff 1 im Schritt e) (Schneiden) zu einer erwünschten Länge zugeschnitten, derart, dass die Größe des umweltfreundlichen Brennstoffs 1 an die zur Verbrennung erforderliche Länge angepasst ist.
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Zur Erhöhung der Dichte des gemischten Zwischenproduktes und zum Ausspritzen des umweltfreundlichen Brennstoffs 1 mit einer stabilen Form kann eine bestimmte Menge von Klebstoff beim Schritt d) (Spritzgießen) gemeinsam mit dem Zwischenprodukt in die Granuliervorrichtung gegeben, erwärmt und ausgespritzt werden. In dem Fall, in dem der Klebstoff zugegeben werden muss, wird die Menge des halogenfreien Flammschutzmittels nicht verändert, während der Anteil des PU-Schaumstoffs leicht reduziert wird, um weniger schädliche Gase zu erzeugen und somit den umweltfreundlichen Anforderungen zu entsprechen. Im Schritt b) (Mischen) wird das halogenfreie Flammschutzmittel in der Menge von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% zu dem Polyurethanschaumstoff von 59 Gew.-% bis 93 Gew.-% hinzugefügt. Der Klebstoff kann als Harz auf Wasserbasis ausgeführt sein. Auf diese Weise kann eine stabile Form gewährleistet werden, derart, dass der entstehende umweltfreundliche Brennstoff nicht lose wird.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Brennstoffen zeichnet sich der erfindungsgemäße umweltfreundliche Brennstoff durch einige Vorteile aus. Im Folgenden werden die Ergebnisse der von dem SGS-Institut durchgeführten Prüfungen aufgeführt, indem der erfindungsgemäße Brennstoff mit Holzpellets, Kohlen usw. verglichen wird.
| SGS-Berichte zum Brennstoffvergleich | Datum: 09.06.2017 |
| Inhalt | Einheit | umweltfreundlicher Brennstoff | Holzpellet | Kohle | DIN-Norm | Anmerkungen |
| gesamter Wassergehalt | Gew.-% | 4.23 | 8.31 | 28 | <12% | Niedriger Wasseranteil bedeutet hohe Verbrennungseffizienz und hohes Einsatzverhältnis pro Kilogramm. |
| interner Wassergehalt | Gew.-% | 2.7 | 7.55 | 22 | 7-8% |
| Chlor | Gew.-% | 0.0016 | 0.006 | 0.3 | <0.015% | Wenn Anteil weniger als 0.015% ist, dann muss keine Prüfung auf Dioxin gemacht werden. |
| Phosphor | Gew.-% | 3.42 | - | - | - | |
| | | A.D. | D.B | A.D. | D.B | - | - | |
| Verbrennungsrückstand | Gew.-% | 2.78 | 2.86 | 1.06 | 1.115 | 10-15 | - | Je höher die Verflüchtigung, desto weniger der Verbrennungsrückstand und der feste Kohlenstoff, desto höher die Wärmeenergie |
| Verflüchti gung | Gew.-% | 79.81 | 82.02 | 74.77 | 80.88 | 37 | - |
| fester Kohlenstoff | Gew.-% | 14.71 | 15.12 | 16.62 | 17.98 | 37 | <20% |
| gesamter Phosphor-Anteil | Gew.-% | 0.09 | 0.09 | 0.03 | 0.03 | 0.3 | <0.08 | Schwefeldioxid reizt Atmungssysteme, verursacht Metallkorrosion und kürzt Gebrauchszeit von Kesseln. |
| gesamte Wärmeenergie | Kcal/kg | 6042 | 6210 | 4416 | 4777 | 5800 | - | Je höher die Wärmeenergie, desto höher die Verbrennungseffizienz |
A.D. (Air Dried Basis) bedeutet, dass die Oberflächenfeuchtigkeit bei Raumtemperatur verschwindet; D.B. (Dried Basis) bedeutet Trocknen in einem Gerät;
Probestück ist nach D.B. trockner als nach A.D.
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Dieser Tabelle ist zu entnehmen, dass der erfindungsgemäße umweltfreundliche Brennstoff sowohl gesamt als auch intern einen niedrigeren Wassergehalt aufweist und somit eine höhere Verbrennungseffizienz und einen höheren Einsatzanteil pro Kilogramm hat. Beim gleichen Gewicht von 1 kg zeichnet sich der erfindungsgemäße umweltfreundliche Brennstoff durch niedrigere Kosten aus. Der Chloranteil des erfindungsgemäßen umweltfreundlichen Brennstoffs beträgt 0,0016 Gew.-%. Das ist ein Zehntel des Wertes gemäß der deutschen DIN-Norm. Der erfindungsgemäße umweltfreundliche Brennstoff ist deswegen fast giftfrei. Außerdem weist der erfindungsgemäße umweltfreundliche Brennstoff eine hohe Verflüchtigung (ca. 82.02 Gew.-%) auf. Der Verbrennungsrückstand und feste Kohlenstoffe sind somit bei dem erfindungsgemäßen umweltfreundlichen Brennstoff niedrig, sodass weitere Verbrennungen in Kesseln nur wenig beeinträchtigt wird. Schließlich liegt die gesamte Wärmeenergie des erfindungsgemäßen umweltfreundlichen Brennstoffs bei 6210 kcal/kg und ist der höchste unter den drei Brennstoffen. Somit hat der erfindungsgemäße umweltfreundliche Brennstoff die beste Verbrennungseffizienz. Bei gleichen Produktionsanforderungen weist der umweltfreundliche Brennstoff einen höheren Heizwert auf, was schließlich die gesamten Brennstoffkosten reduziert.
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Im Vergleich zu herkömmlicher Technik zeichnet sich die Erfindung durch folgende Vorteile aus:
- 1. Durch Zugabe des halogenfreien Flammschutzmittels (des flammhemmenden Mittels) zu PU-Schaumstoff kann die Erzeugung von giftigen Abgasen und Substanzen während der Verbrennung effektiv verhindert werden,
- 2. Die Verwendung von Flammschutzmitteln mit raucharmen, wenig toxischen Abgasen kann die Flammhemmung der entflammbaren bzw. der leicht entflammbaren Materialien erhöht werden. Dadurch kann verhindert werden, dass der Schaumstoff entzündet wird und sich die Flammen ausbreiten. Mit Hilfe des Flammschutzmittels kann außerdem die Verbindung des Schaumstoffs mit Außenluft reduziert werden, was die Erzeugung von schädlichen Gasen verringert, um den Effekt der ungiftigen Verbrennung zu erzielen.
- 3. Durch Zugabe des Klebstoffs kann die Dichte des Zwischenprodukts erhöht und somit eine stabile Form gewährleistet werden. Auf diese Weise können umweltfreundliche Brennstoffe mit einer besseren Haftfähigkeit hergestellt werden.
