DE102022129731A1

DE102022129731A1 - Verfahren und Anlage zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung

Info

Publication number: DE102022129731A1
Application number: DE102022129731.4A
Authority: DE
Inventors: Volker Liebel; Claudia Meike Martens
Original assignee: Joulmine Co & Kg I G GmbH; Joulmine Co & Kg IG GmbH
Current assignee: Joulmine Co & Kg I G GmbH; Joulmine Co & Kg IG GmbH
Priority date: 2022-06-13
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2023-12-14
Also published as: DE202022001351U1

Abstract

Verfahren zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere Glasfaser - oder Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: wenigstens weitgehendes Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial, Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigen Matrixmaterials zur Produktion von Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Synthesegases oder eines Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluidgemisches und Aufbereiten der Produkte der Vergasung und/oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff, wobei das Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen grobes Zerkleinern des Verbundwerkstoffes durch Schneiden und/oder Brechen, feines Zerkleinern des grob zerkleinerten Verbundwerkstoffes durch Drücken und/oder Quetschen zum Lösen der zerkleinerten Armierung aus dem zerkleinerten Verbundwerkstoff sowie Separieren der herausgelösten zerkleinerten Armierung von dem zerkleinerten Matrixmaterial umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, und eine Anlage zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser -, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anlage und ein Verfahren, um Abfälle aus polymeren Materialien, insbesondere Verbundstoffen mit polymeren Anteilen, werkstofflich zu recyceln.
Verbundstoffe mit z. B. einer Faser-, Faden- oder Drahtarmierung und einem diese umschließenden polymeren Matrixmaterial sind heute großtechnisch nur schwer oder gar nicht wertstofflich verwertbar.
Autoreifen zum Beispiel werden zwar zu einem hohen Anteil recycelt, aber im Wesentlichen thermisch verwertet, insbesondere mittels Mitverbrennung in Anlagen zur Zementherstellung.
Ein noch größeres Problem stellen duroplastische Verbundstoffe wie Glasfaser- oder Kohlenfaser-verstärkte Kunststoffe (GFK/CFK) dar, da die Trennung von Armierungsfasern und Matrixmaterial bisher nicht großtechnisch realisiert werden konnte.
Auch die Verbrennung von GFK und CFK ist höchst problematisch. Der Glasanteil von GFK schmilzt und tropft nach unten, wodurch sich Glasschichten bilden, die zu Anlagenstörungen führen. Bei der Verbrennung von CFK dagegen gelangen unverbrannte Kohlenfasern in die Abluftreinigung und können dort in der elektrostatischen Reinigungsstufe zu Kurzschlüssen führen.
Und schließlich ist das Einbringen in Deponien nur sehr begrenzt möglich. In der EU z.B. darf nur inertes Material in größeren Mengen deponiert werden. GFK und CFK haben jedoch einen sehr hohen Brennwert, der in der Größenordnung von Steinkohle liegt.
Diese Situation stellt sowohl ein ökologisches als auch ein betriebs- und volkswirtschaftliches Problem dar und betrifft eine Vielzahl von in großen Stückzahlen hergestellten Produkten, wie z. B. Flügel und Gondelgehäuse von Windkraftanlagen, Boote und Schiffe, Dusch- und Badewannen, Rohre, Schächte und Tanks, Bauteile von Automobilen und Luftfahrzeugen sowie der Elektrotechnik.
Des Weiteren wird im Rahmen des politisch getriebenen Umbaus der Brennstoffwirtschaft in Europa, in der EU-Direktive 2018/2001 definiert und durch nationale Regelungen umgesetzt, der Bedarf an aus nicht fossilen Quellen, insbesondere aus Abfällen hergestellten fluiden Brennstoffen in den nächsten Jahren sehr stark wachsen. Verfügbare Technologien, mit denen fluide Brennstoffe aus Kunststoffen hergestellt werden können, setzen jedoch einen geringen Anteil an Inertstoffen voraus. Da der Faseranteil zumindest bei hochwertigen GFK-Bauteilen in der Regel mehr als 50% beträgt, ist GFK auch für diesen Recyclingpfad derzeit nicht verfügbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere Glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

- wenigstens weitgehendes Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial,
- Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigem Matrixmaterials zur Produktion eines Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Gemisches und
- Aufbereiten der Produkte der Vergasung und/oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff, wobei das Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial, grobes Zerkleinern des Verbundwerkstoffes durch Schneiden und/oder Brechen, feines Zerkleinern des grob zerkleinerten Verbundwerkstoffes durch Drücken und/oder Quetschen zum Lösen der zerkleinerten Armierung aus dem zerkleinerten Verbundwerkstoff sowie Separieren der herausgelösten zerkleinerten Armierung von dem zerkleinerten Matrixmaterial umfasst.

In dem ersten Anlagenteil wird der Anteil der Armierung von faser,- faden- oder drahtarmierten kohlenstoffhaltigen Verbundstoffen reduziert und in dem dritten Anlagenteil das von der Armierung entfrachtete Matrixmaterial in einen, vorzugsweise fluiden, Brennstoff umgewandelt
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anlage oder Anlageneinheit zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser -, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Anlage bzw. Anlageeinheit umfasst:

- einen ersten Anlagenteil zum wenigstens weitgehenden Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial,
- einen zweiten Anlagenteil zum Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigem Matrixmaterials zur Produktion eines Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Synthesegases oder eines Kohlenwasserstoff enthaltenden Fluidgemisches und
- einen dritten Anlagenteil zum Aufbereiten der Produkte der Vergasung und/oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff,

Ferner wird die Aufgabe durch eine Anlage oder Anlageneinheit gemäß Anspruch 40 und ein Verfahren gemäß Anspruch 41 gelöst. Besondere Ausführungsformen derselben ergeben sich aus beliebigen Kombinationen des Anspruches 40 mit einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 39 und aus beliebigen Kombinationen des Anspruches 41 mit einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 19.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass beim groben Zerkleinern der Verbundwerkstoff auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca.50 mm bis ca. 150 mm verkleinert wird.
Vorteilhafterweise wird beim feinen Zerkleinern der Verbundwerkstoff auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 5 mm zerkleinert.
Günstigerweise wird das feine Zerkleinern mittels mindestens einer Hammermühle und/oder mindestens eines Mahlwerks durchgeführt. Dies ermöglicht ein besonders effizientes und/oder kostengünstiges Zerkleinern.
Vorteilhafterweise wird beim feinen Zerkleinern entstehende Reibungswärme abgeführt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird das Separieren mittels mindestens eines Siebes und/oder mindestens eines Windsichters durchgeführt.
Vorteilhafterweise weist nach dem Separieren das Matrixmaterial ca. 5 bis ca. 15 Gew.-% Fasern aus der Armierung auf.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Partikelgröße des Matrixmaterial nach einem Sieben noch z.B. mahlend oder schlagend auf max. 1500 µm, bevorzugt max. 500 µm, reduziert.
Günstigerweise wird das Vergasen bei einer Prozesstemperatur im Bereich von vorzugsweise ca. 950°C bis ca. 1.400°C bei Flugstromvergasern, bei Festbettvergasern bis ca. bis 1.150°C, durchgeführt.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Vergasen bei einem Prozessdruck im Bereich von vorzugsweise ca. 5 bar bis ca. 20 bar durchgeführt wird.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform umfasst das Vergasen eine Festbett- und/oder eine Wirbelschicht- oder eine Flugstromvergasung, vorzugsweise mit einem Sumpf aus flüssigem Glas.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das mittels des Vergasens produzierte Kohlenstoffmonoxid, vorzugsweise mittels Dampfreformierung und/oder Wassergas-Shift, in ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass Wasserstoff aus dem Gemisch abgetrennt wird und damit als Brennstoff zur Verfügung steht.
Auch kann dabei vorgesehen sein, dass das aus dem Gemisch abgetrennte Kohlenstoffdioxid verflüssigt oder komprimiert wird, um dessen Transport zu erleichtern.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann aus dem mittels des Vergasens produzierten Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff mit der exothermen Reaktion CO + 2H2 ↔ CH3OH Methanol synthetisiert werden.
Zudem umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei denen der Wasserstoff, bevorzugt mit Luftstickstoff, zu Ammoniak synthetisiert wird.
Der Vergasungsprozess erfordert die Zuführung von erheblichen Mengen Sauerstoff, in der Größenordnung von 50 Gewichts-% des zu vergasenden Materials.
Als Alternative zum Einkauf kann Sauerstoff zweckmäßigerweise aus der Luft, insbesondere mittels Tieftemperaturrektifikation, Druckwechsel-Adsorption oder Membrantechnik, gewonnen werden.
Weiterhin kann der Reaktant Sauerstoff auch teilweise durch Kohlenstoffdioxid und oder Wasser bzw. Wasserdampf ersetzt werden.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform werden Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse hergestellt und wird der hergestellte Sauerstoff als Reaktant beim Vergasen verwendet.
Günstigerweise werden mindestens 50% des zum Vergasen benötigten Sauerstoffs durch die Elektrolyse bereitgestellt oder aus der Luft gewonnen.
Dem Stand der Technik entsprechend kann das produzierte Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre entlassen werden.
Ökologisch günstiger ist dagegen das Erfassen und Speichern des Kohlenstoffdioxids, oder der Ersatz von Kohlenstoffdioxid, das aus Erdgas hergestellt wurde.
Dazu können auch Vorrichtungen, mit denen unerwünschte Spurenstoffe aus dem Kohlenstoffdioxid entfernt werden können, sowie Vorrichtungen, um das Kohlenstoffdioxid verdichten oder verflüssigen zu können, vorgesehen sein.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform kann bei der Aufteilung des Kohlenstoffdioxids frei werdender Kohlenstoff zu einem fluiden Brennstoff oder Vorstufen dazu, deren Hauptbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff sind, synthetisiert werden.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird dazu das aus dem Gemisch abgetrennte Kohlenstoffdioxid, bevorzugt mittels oszillierender elektromagnetischer Felder, vorzugweise wobei die Frequenz der elektromagnetischen Felder ca. 2000 bis ca. 3000 MHz beträgt, oder elektrostatischer Felder, vorzugsweise wobei die Spannung der elektrostatischen Felder ca. 20.000 V bis ca. 50.000 V beträgt, aufgetrennt.
Im ersten Anlagenteil AT1 kann die Grobzerkleinerungsvorrichtung gestaltet sein, um Verbundwerkstoffe auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 50 mm bis ca. 150 mm zu zerkleinern.
Vorteilhafterweise ist die Feinzerkleinerungsvorrichtung gestaltet, um Verbundwerkstoffe auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 5 mm zu zerkleinern.
Zweckmäßigerweise weist die Feinzerkleinerungsvorrichtung mindestens eine Hammermühle und/oder mindestens ein Mahlwerk, vorzugsweise mit sich gegeneinander bewegenden Flächen, die zumindest abschnittsweise einen sich in Materialflussrichtung verjüngenden Ringspalt bilden, auf.
Zweckmäßigerweise weist die Feinzerkleinerungsvorrichtung mindestens eine Kühleinrichtung zur Abführung von Reibungswärme auf.
Ebenfalls zweckmäßigerweise weist die Separationsvorrichtung mindestens ein Sieb und/oder mindestens einen Windsichter auf.
Vorteilhafterweise ist die Separationsvorrichtung so gestaltet, dass nach dem Separieren das Matrixmaterial ca. 5 bis ca. 15 Gew.-% Fasern aus der Armierung aufweist.
Vorteilhafterweise weist der zweite Anlagenteil AT2 eine Vergasungsvorrichtung auf, insbesondere wobei deren Prozesstemperatur ca. 950°C bis ca. 1400°C im Falle einer Flugstromvergasung oder ca 1150°C im Falle einer Festbettvergasung und/oder deren Prozessdruck ca. 5 bar bis ca. 15 bar beträgt.
Vorteilhafterweise ist die Vergasungsvorrichtung als Festbett- oder Flugstrom- bzw. Wirbelschichtvergasungsvorrichtung, vorzugsweise mit einem Sumpf aus flüssigem Glas, ausgeführt.
Günstigerweise enthält der dritte Anlagenteil AT3 eine Dampfreformierungs- und/oder Wassergas-Shift-Vorrichtung zum Umwandeln des in der Vergasungsvorrichtung produzierten Kohlenstoffmonoxids in ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid oder eine Methanol-Synthesevorrichtung zum Synthetisieren von Methanol aus Wasserstoff und dem in der Vergasungsvorrichtung produzierten Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der dritte Anlagenteil eine Abtrennvorrichtung zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem im dritten Anlagenteil produzierten Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid aufweist.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass der dritte Anlagenteil eine Verdichtungs- oder Verflüssigungsvorrichtung zur Erhöhung der Dichte des abgetrennten Kohlenstoffdioxids aufweist.
Vorteilhafterweise weist der dritte Anlagenteil eine Ammoniak-Synthesevorrichtung zur Synthese von Ammoniak aus dem Wasserstoff, bevorzugt mit Luftstickstoff, auf.
Zweckmäßigerweise umfasst die Anlage ferner einen weiteren Anlagenteil, der eine Elektrolysevorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse aufweist, die zur Zuführung des hergestellten Sauerstoffs zur Vergasung mit der Vergasungsvorrichtung in Verbindung steht.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Anlage oder Anlageneinheit ferner einen weiteren Anlagenteil, der eine Luftsauerstoffgewinnungsvorrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft, insbesondere mittels Tieftemperaturrektifikation, Druckwechsel-Adsorption oder Membrantechnik, aufweist.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform weist der dritte Anlagenteil AT3 eine Auftrennvorrichtung zur Auftrennung des aus dem Gemisch abgetrennten Kohlenstoffdioxids, bevorzugt mittels oszillierender elektromagnetischer Felder, vorzugweise wobei die Frequenz der elektromagnetischen Felder ca. 2000 bis ca. 3000 MHz beträgt, oder elektrostatischer Felder, vorzugsweise wobei die Spannung der elektrostatischen Felder ca. 20.000 V bis ca. 50.000 V beträgt, auf.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der dritte Anlagenteil eine Brennstoff- oder Vorstufen-Synthesevorrichtung zur Synthese von fluidem Brennstoff oder Vorstufen dazu, deren Hauptbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff sind, aus dem bei der Auftrennung des Kohlenstoffdioxids freiwerdenden Kohlenstoff aufweist.
Vorteilhafterweise ist die Anlage bzw. Anlageneinheit so gestaltet, dass wenigstens 50% des von der Vergasungsvorrichtung benötigten Sauerstoffs von der Elektrolysevorrichtung oder der Luftsauerstoffgewinnungsvorrichtung bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise ist die Funktion von wenigstens einem der Anlagenteile in einem anderen der Anlagenteile integriert.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Anlagenteile nicht in räumlicher Nähe, sondern getrennt voneinander, auch an verschiedenen Orten, installiert sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Ergebnis einer umfangreichen Verfahrensentwicklung die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die spezielle Art der Trennung insbesondere erstmalig eine stabile und prozesssichere Vergasung möglich wird.
Zumindest in einer besonderen Ausführungsform wird ein besonders effizientes und/oder kostengünstiges Zerkleinern ermöglicht.
Zudem wird zumindest in einer besonderen Ausführungsform eine robuste und prozesssichere Kombination von Maschinen zur Trennung der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial bereitgestellt.
Ferner wird zumindest in einer besonderen Ausführungsform das produzierte Kohlenstoffdioxid in Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff aufgetrennt, wobei der Sauerstoff den gesamten Bedarf der Vergasung deckt und die Kohlenwasserstoffe als Brennstoffe oder zur Produktion von Brennstoffen verwendet werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine Vertikalschnittansicht von einem Mahlwerk einer Anlage gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 schematisch Komponenten eines ersten Anlagenteils einer Anlage gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 schematisch eine Anlage mit einer Vergasungsvorrichtung gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 schematisch eine Anlage mit einer Pyrolysevorrichtung gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 schematisch eine Anlage mit einer Vergasungsvorrichtung gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei einer Anlage bzw. Anlageneinheit gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in einem ersten Anlagenteil kohlenstoffhaltige Verbundwerkstoffe, in diesem Beispiel Faserverbundwerkstoffe, von Bauteilen weitgehend in Fasern oder Fäden und pulver- und granulatförmiges Matrixmaterial aufgetrennt.
Dazu werden die zu recycelnden Bauteile zunächst manuell so weit zerlegt, dass diese kleiner als die Annahmeöffnung einer Grobzerkleinerungsvorrichtung, die zum ersten Anlagenteil gehört, sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Annahmeöffnung eine Breite von ca. 2m bis ca. 2,5m und eine Höhe von ca. 1m bis ca. 2m auf.
Das manuelle Zerlegen erfolgt bevorzugt mit Sägen, insb. Kreissägen, Wasserstrahlschneidgeräten und Hydraulikzangen. Der Vorteil von Wasserstrahlschneidgeräten gegenüber Sägen liegt in der vermiedenen Staub- und deutlich geringeren Lärmproduktion. Dabei können auch z. B. metallische Komponenten der Bauteile, wie Spanten, Flansche etc. entfernt werden, damit diese eine nachgeschaltete Zerkleinerungsvorrichtung, die ebenfalls zum ersten Anlagenteil gehört, nicht schädigen oder übermäßig abnutzen kann.
In der Grobzerkleinerungsvorrichtung werden die Bauteile dann auf eine Größe geschnitten bzw. gebrochen, die die nachfolgende Feinzerkleinerungsvorrichtung aufnehmen kann. Diese Größe beträgt vorteilhafterweise zwischen ca. 50mm und ca. 150mm. Bei weniger als ca. 50mm kann die Leistungsaufnahme der Zerkleinerungsvorrichtung und bei mehr als ca. 150mm kann die der nachgeschalteten Feinzerkleinerungsvorrichtung zu hoch werden.
Die Grobzerkleinerungsvorrichtung kann mehrere Grobzerkleinerungsvorrichtungen bzw. -maschinen aufweisen. Diese können z. B. als Ein- oder Zweiwellenmaschinen ausgeführt und bevorzugt mit einem Überlastschutz mit Reversierbetrieb ausgestattet sein, um Beschädigungen an den Grobzerkleinerungsvorrichtungen bzw. -maschinen zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich ist der Einsatz einer Grobzerkleinerungsvorrichtung bzw. -maschine bevorzugt, deren Produkte möglichst gleichförmige Größe haben.
Die Grobzerkleinerungsvorrichtung kann mehrere Grobzerkleinerungsvorrichtungen bzw. -maschinen unterschiedlicher Bauart aufweisen. So können z. B. Brecher und/oder Zerkleinerungsmaschinen und/oder Hammermühlen und/oder Querstromzerspaner kombiniert werden.
In der Feinzerkleinerungsvorrichtung erfolgt eine zumindest weitgehende Trennung der zerkleinerten, noch faserarmierten Bauteile in Armierung und Matrixmaterial. Dazu wird das Material nicht geschnitten oder gebrochen, sondern gedrückt oder gequetscht, wodurch sich der Verbund zwischen der der Armierung und dem Matrixmaterial lockert und auflöst.
Auch die Feinzerkleinerungsvorrichtung kann mehrere Feinzerkleinerungsvorrichtungen bzw. -maschinen identischer unterschiedlicher Bauart aufweisen, insbesondere Hammermühlen und Mahlwerke.
Als Feinzerkleinerungsvorrichtung eignen sich unter anderem Hammermühlen und Mahlwerke. Bei Hammermühlen kann die Größe des nach dem Zerkleinerungsprozess vorliegenden Matrixmaterials z. B. durch den Abstand der Hämmer zum Siebkorb und die Lochgröße des Siebkorbes eingestellt werden.
Mahlwerke, die bevorzugt zumindest abschnittsweise einen sich verjüngenden Spalt aufweisen, wobei sich die den Spalt bildenden Elemente des Mahlwerkes gegeneinander bewegen können, um die noch faserarmierten Bauteile in diesem sich verjüngenden Spalt zunehmend zu zerreiben, eignen sich besonders gut. Vorteilhafterweise wird der Spalt aus z. B. zwei Kegelstümpfen gebildet. Diese Konstruktion weist bevorzugt zumindest im letzten Bereich glatte Spaltwände auf, womit ein Zerreiben nur zwischen den faserarmierten Verbundwerkstoff-Elementen stattfindet, um die Trennung der Fasern, Fäden oder Drähten vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial zu erreichen, wobei die Faser-, Faden- oder Drahtlänge weitestgehend erhalten bleibt. Die Grundform eines solchen Mahlwerkes ist beispielhaft, aber die Lehre der Erfindung nicht einschränkend, in der EP000002288452B1 gezeigt.
Bei einem solchen Mahlwerk kann sowohl der innere als auch der äußere Kegelstumpf der Stator, und der andere der Rotor sein.
Die Achsen der Kegelstümpfe können identisch, aber auch gegeneinander parallel verschoben und/oder einen Winkel zueinander aufweisen.
Vorteilhafterweise sind die Oberflächen der Kegelstümpfe, an denen das Mahlen stattfindet, aus besonders zähem und abriebfestem Material, bevorzugt mit wenigsten HBW500, ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Oberflächen der Kegelstümpfe, an denen das Mahlen stattfindet, austauschbar ausgeführt.
Die Oberflächen der Kegelstümpfe, an denen das Mahlen stattfindet, können glatt und auch wenigsten teilweise strukturiert ausgeführt sein.
Gegenüber der Horizontalen weisen die Achsen der Kegelstümpfe bevorzugt einen Winkel zwischen 30° und 90° auf, wobei der Winkel zwischen der Innenseite des äußeren Kegelstumpfes an seiner untersten Position gegenüber der Horizontalen bevorzugt größer als 0° ist, um den Materialfluss zu unterstützen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Mahlwerke weist Einrichtungen zum Abführen der beim Mahlen entstehenden Wärme auf. In der einfachsten Ausführungsform umfassen diese Kühlrippen, die vorzugsweise am beweglichen Teil des Mahlwerkes so ausgeführt sind, dass möglichst viel erzwungene Konvektion erreicht wird. Insbesondere am feststehenden Teil kann erzwungene Konvektion auch oder zusätzlich mit einem Gebläse erreicht werden.
Wärme kann z. B. auch mittels Kühlwasser abgeführt werden. Beim feststehenden Element bieten sich dazu an der Wandung befestigte Rohschlangen an, oder in der Wandung verlaufende Kühlwasserkanäle. Insbesondere beim beweglichen Teil kann es vorteilhaft sein, Kühlwasser auch ein- bzw aufzusprühen. Falls das Mahlwerk nicht in einem frostgeschützten Bereich installiert ist, sollte das Kühlwasser vorteilhafterweise mit einem Frostschutzzusatz versehen werden.
Das Produkt des Mahlwerkes ist in diesem Beispiel ein Gemisch aus Glasfasern und pulver- oder granulatförmigem Matrixmaterial.
In 1 ist ein Mahlwerk 100 eines ersten Anlagenteils AT1 (s. z. B. 2) einer Anlage zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Das Mahlwerk 100 umfasst einen Rahmen 106, einen im unteren Bereich kegelförmig ausgeführten Stator 101, der in dem Rahmen 106 montiert ist, und einen im unteren Bereich ebenfalls kegelförmig ausgeführten Rotor 102, wobei die Kegelstümpfe des Stators und des Rotors einen sich nach unten verjüngenden Ringspalt S bilden. Der Rotor 102 wird von einem Motor, z. B. einem Getriebemotor 103 über eine Welle, z. B. eine Hohlwelle 104, angetrieben, die im Getriebemotor 103 und einem Lager, z. B. einem Drucklager 105, gelagert ist. Das Lumen der Hohlwelle 104 ist in diesem Beispiel an einer Stelle 104.1 gesperrt und weist in diesem Beispiel zwei Öffnungen 104.2 und 104.3 auf. Damit kann der Rotor gekühlt werden, indem in die obere Öffnung 104.2 der Hohlwelle 104 z. B. Wasser als Kühlwasser eingelassen wird.
Der Rotor 102 weist in diesem Beispiel mehrere Revisionsöffnungen 102.1 auf und kann Einrichtungen, wie z. B. Leitbleche oder Sprühdüsen aufweisen, mit denen das Kühlwasser verteilt und damit die Wärmeübertragung verbessert wird. Die vorzerkleinerten Verbundwerkstoffe werden dem Mahlwerk 100 über eine Zuführöffnung 101.1 zugeführt. Im sich verjüngenden kegelförmigen Ringspalt S zwischen dem Stator 101 und dem Rotor 102 werden die Verbundwerkstoffe vermahlen und verlassen das Mahlwerk 100 über eine Abgabeöffnung 101.2.
Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen der Feinzerkleinerungsvorrichtung umfassen z. B. Kugel- oder Hammermühlen.
In einer sich an das Mahlwerk anschließenden Separationsvorrichtung können in diesem Beispiel die Glasfasern vom Matrixmaterial getrennt werden. Dabei ist keine vollständige Trennung erforderlich; eine Reduktion des Glasfaseranteil von ursprünglich z. B. 50-60% auf z. B. 5-15% ist in der Regel für die störungsfreie Weiterverwendung des Materials im zweiten Anlagenteil einer Anlage gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausreichend.
Ein bevorzugtes Separationsverfahren ist Sieben. Voraussetzung für das Sieben ist, dass der Großteil der Fasern länger ist als der Durchmesser des pulverartigen oder granulatförmigen Matrixmaterials. Bevorzugt weisen wenigstens 90 Gewichts-% der Fasern eine Länge auf, die größer als der Durchmesser von 90 Gewichts-% des Matrixmaterials ist.
Da die Dichte von Glas mehr als doppelt so hoch ist wie der des polymeren Matrixmaterials, kann z. B. auch mit Windsichtern ein hoher Separationsgrad bei hohem Durchsatz erreicht werden.
Eine Separationsvorrichtung kann z. B. auch aus einer Kombination verschiedener Siebanlagen und Windsichtern bestehen.
In 2 sind Komponenten eines ersten Anlagenteils AT1 einer Anlage 200 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt.
Der erste Anlagenteil, in dem der Anteil der Armierung der faser,- faden- oder drahtarmierte kohlenstoffhaltige Verbundwerkstoffe reduziert wird, umfasst eine Grobzerkleinerungsvorrichtung 1, eine Feinzerkleinerungsvorrichtung 2 und eine Separationsvorrichtung 3. Bauteile aus Verbundwerkstoffen 11, deren Abmessungen z. B. mehrere Meter betragen können, werden in der Grobzerkleinerungsvorrichtung 1 gebrochen oder zerkleinert. Je nach Nachfolgeeinrichtungen können die Bauteile bevorzugt auf eine Größe von ca. 50mm bis ca. 800mm zerkleinert werden. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Grobzerkleinerungsvorrichtung 1 nur eine Grobzerkleinerungsvorrichtung bzw. -maschine.
Die Feinzerkleinerungsvorrichtung 2 umfasst in diesem Beispiel eine Hammermühle 2-1 und ein Mahlwerk 2-2. In der Hammermühle 2-1 wird der Verbund zwischen in diesem Beispiel den Glasfasern 16 und dem Matrixmaterial 15 gelockert. Im Mahlwerk 2-2 werden die beiden Fraktionen dann getrennt.
Die Separationsvorrichtung 3 umfasst in diesem Beispiel einen Windsichter 3-1, bei dem ein Teil des Matrixmaterials 15 abgetrennt wird, und ein Sieb bzw. eine Siebeinrichtung 3-2, in der das verbleibende Material weitgehend vollständig in Matrixmaterial 15 und Glasfasern 16 aufgetrennt wird.
Die Verbindungen zwischen der Feinzerkleinerungsvorrichtung 2 und der Separationsvorrichtung 3 werden bevorzugt geschlossen ausgeführt, um Staubausbreitung zu verhindern. Dies gilt auch für die Verbindung der Siebeinrichtung 3-2 mit etwaigen Lagereinrichtungen für in diesem Beispiel die Glasfasern und das pulverförmige Matrixmaterial.
Der erste Anlagenteil weist bevorzugt Luftabsaug- und Filteranlagen und/oder Explosionsschutz- und Feuerlöscheinrichtungen auf und/oder ist bevorzugt räumlich getrennt von anderen Anlagenteilen, z.B. in einer separaten Halle, installiert.
Vorzugsweise ist (auch) eine Pelletiervorrichtung vorgesehen, um die Gefahr von Staubexplosionen des pulverförmigen Matrixmaterials zu verringern, und oder dessen Transport und Weiterverarbeitung zu vereinfachen.
In einem dritten Anlagenteil (in 2 nicht gezeigt) werden aus den Produkten des ersten Anlagenteils fluide Brennstoffe hergestellt.
Bevorzugt weist ein zweiter Anlagenteil (in 2 nicht gezeigt), der dem ersten Anlagenteil nachgeschaltet und dem dritten Anlagenteil vorgeschaltet ist, eine Pyrolysevorrichtung zur Produktion von überwiegend flüssigen Kohlenwasserstoffen oder eine Vergasungsvorrichtung zur Produktion eines Synthesegases mit den Hauptbestandteilen Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid auf.
Die Vergasungsvorrichtung kann z. B. für kontinuierlichen und/oder für Batch-Betrieb ausgelegt sein.
Bei einer Ausführung für Batchbetrieb kann ein quasikontinuierlicher Betrieb dadurch erreicht werden, dass die Anlage mehrere Gaserzeugungseinheiten aufweist, mit denen ein zeitversetzter Betrieb und Materialwechsel ermöglicht wird.
Kontinuierliche Vorrichtungen zur Synthesegasproduktion sind vorteilhaft, da sie die Prozessführung der nachgeordneten Vorrichtungen erleichtern. Bewährt haben sich Ausführungsformen, wie beispielhaft in der EP2639289A1 beschrieben.
Die Vergasungstemperatur beträgt vorteilhafterweise ca. 1000°C bis ca. 1100°C, da in diesem Bereich die größte Wasserstoffproduktion stattfindet.
Der Vergasungsdruck beträgt bevorzugt ca. 5 bar bis ca. 20 bar. Bei Umgebungsdruck wäre zwar die Wasserstoffproduktion noch etwas höher, allerdings müssten bei den nachfolgenden Prozessschritten größere Gasvolumina verarbeitet und verdichtet werden, was den Gesamtwirkungsgrad reduzieren würde.
Grundsätzlich kann z. B. sowohl eine Wirbelschicht- als auch eine Festbettvergasung eingesetzt werden. Die Festbettvergasung ermöglicht einen stabileren Prozess insbesondere bei schwankender Qualität und variabler Größe der Eingangsmaterialien. Weiterhin ermöglicht ein Festbettvergasung den Einschluss der allermeisten Nebenprodukte in einer verglasten und damit äußerst inerten Schlacke.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Beispiel eine Festbettvergasung mit einem flüssigen Glassumpf als Festbett. Dann sind verbleibende Glasfaseranteile in den Produkten des ersten Anlagenteils sogar vorteilhaft, weil sie den ansonsten erforderlichen Glaszusatz zur Aufrechterhaltung des Glassumpfes ersetzen.
Es kann auch eine Plasmavergasung vorgesehen sein. Diese hat den Vorteil, dass aufgrund der hohen Prozesstemperarturen von über 3000°C das Synthesegas kaum noch höhermolekulare Bestandteile aufweist. Nachteilig ist die geringere Wasserstoffkonzentration im Synthesegas und der sehr hohe Strombedarf.
Vorteile weist auch eine Kombination einer Vergasungsvorrichtung mit Prozesstemperaturen bis 1500°C mit einer nachgeschalteten Plasmavergasung mit Temperaturen über 2000°C auf. Dadurch wird gegenüber einer reinen Plasmavergasung die Wasserstoffproduktion erhöht und der Strombedarf reduziert.
In einem dritten Anlagenteil wird gemäß einer besonderen Ausführungsform das kohlenwasserstoffhaltige Gemisch der Pyrolysevorrichtung zu den gewünschten Endprodukten synthetisiert. Bevorzugt wird aus dem im Synthesegas enthaltenen Kohlenstoffmonoxid Methanol (CO + H₂ → CH₃OH) bzw. mittels Dampfreformation (Wassergas-Shift-Reaktion) weiterer Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid (CO+H₂O → CO₂ + H₂) hergestellt.
Der zweite und/oder dritte Anlagenteil weist vorteilhafterweise Vorrichtungen zum Kühlen und/oder Reinigen der Gase von unerwünschten oder toxischen Komponenten auf. Je nach Belastung des Synthesegases kann z. B. ein Luftfilter und/oder Wasserwäscher ausreichend sein. Bei Belastungen mit Schwefel, Chlor usw. kann es erforderlich sein, z. B. chemische oder Absorptions-/Adsorptionsfilteranlagen einzusetzen.
In dem dritten Anlagenteil kann, falls erforderlich, ein produziertes Gasgemisch getrennt und der produzierte fluide Brennstoff abgegeben werden. Die Trennung eines Wasserstoff-Kohlenstoffdioxidgemisches kann grundsätzlich mit allen verfügbaren Technologien erfolgen, wie z. B. Membran-, Absorptions- und Adsorptionseinrichtungen. Wenn das Gasgemisch bei erhöhten Drücken vorliegt, bieten sich insbesondere Membrantrenneinrichtungen an, weil dort der Hauptaufwand in der Kompression des Gasgemisches auf ca. 10 bar besteht, und dieser zumindest stark verringert werden kann.
Im einfachsten Fall kann die Abgabe des Wasserstoffs z. B. mittels einer Kompressorstation erfolgen, die den produzierten Wasserstoff in eine Leitung einspeist. Dieser Anlagenteil kann aber auch Komponenten zum Speichern des Brennstoffes und ggfs. zu seiner Verflüssigung enthalten.
Der dritte Anlagenteil kann auch eine Ammoniak-Synthesevorrichtung aufweisen, in der produzierter Wasserstoff mit Luftstickstoff (z.B. mittels eines Haber-Bosch-Verfahrens) in Ammoniak umgewandelt wird, um ihn in einen leichter transportier- und lagerfähig Brennstoff umzuwandeln.
Die Anlage kann auch einen Anlageteil aufweisen, in dem Abwärme anderer Anlagenteile gesammelt und als Prozesswärme zur Verfügung gestellt werden kann. Bei entsprechendem Temperaturniveau kann auch z.B. mittels einem mit einer Dampfturbine gekoppeltem Generator Strom erzeugt werden.
Stand der Technik bei Vergasungsanlagen ist die Abgabe des produzierten Kohlenstoffdioxids an die Atmosphäre. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dagegen das Kohlenstoffdioxid für weitere Nutzungen aufbereitet. Diese kann Komponenten umfassen, mittels derer produziertes Kohlenstoffdioxid verdichtet oder verflüssigt und somit für den Ersatz fossil hergestellten Kohlenstoffdioxids zur Verfügung gestellt werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Anlage eine oder mehrere Komponenten aufweist, um Sauerstoff zur Versorgung der Vergasungsanlage herzustellen. Vorteilhafterweise wird dabei ein Elektrolyseur eingesetzt, da dann der dabei anfallende Wasserstoff die Gesamt-Wasserstoffproduktion der Anlage weiter erhöht:

Für die Vergasung von z. B. 22.000 t Kunststoff werden ca 11.500 t Sauerstoff benötigt. Dabei werden 3.000 t Wasserstoff hergestellt. Wenn diese 11.500 t Sauerstoff mittels Elektrolyse gewonnen werden, entstehen weitere 1.275 t Wasserstoff.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann auch mindestens eine Luftsauerstoffgewinnungsvorrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Atmosphäre, wie z. B. Tieftemperaturrektifikation, Druckwechsel-Adsorption oder Membrantechnik, vorgesehen sein.
Besonders vorteilhaft ist die Herstellung des Sauerstoffs zur Versorgung der Vergasungsvorrichtung aus dem produziertem Kohlenstoffdioxid.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Anlage beinhaltet dazu Vorrichtungen, um das Kohlenstoffdioxid in Kohlenstoff und Sauerstoff aufzutrennen und den Kohlenstoff zu Kohlenwasserstoffen zu synthetisieren, die z.B. in einer Raffinerie zu handelsüblichen Brennstoffen und Rohstoffen für die chemische Industrie weiterverarbeitet werden können.
Die Auftrennvorrichtungen zur Auftrennung des Kohlenstoffdioxides weisen bevorzugt Elemente zur Erzeugung oszillierender elektromagnetischer oder elektrostatischer Felder auf, mit der die Trennung der C-O-Doppelbildungen unterstützt werden, auf.
Die bevorzugte Frequenz der elektromagnetischen Felder beträgt ca. 200 bis ca. 3000 MHz. Die bevorzugte Spannung bei elektrostatischen Feldern beträgt bevorzugt ca. 20.000 bis ca. 50.000 V.
Die Kohlenstoffdioxidproduktion in einer Vergasungsvorrichtung nach dem Stand der Technik beträgt annähernd die doppelte Masse der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materialien. Der Sauerstoffanteil im Kohlenstoffdioxid beträgt 16 Vierundvierzigstel dessen Masse, d.h. 32 Vierundvierzigstel der Masse der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materialien und somit deutlich mehr als der Sauerstoffbedarf der der Vergasungsvorrichtung, wodurch die Zielsetzung, den gesamten Sauerstoffbedarf der Vergasung zu decken, erfüllt wird.
In der 3 ist schematisch eine Anlage 300 mit einer Vergasungsvorrichtung 4 gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Übersichtlichkeit wegen wurde auf die Darstellung von z. B. Pumpen/Kompressoren, Drosseleinrichtungen, Wärmeübertragern, Fördereinrichtungen, Pufferspeichern etc. verzichtet.
In einem ersten Anlagenteil AT1 werden von einer Grobzerkleinerungsvorrichtung 1, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die Figur(en) 1 und/oder 2 beschrieben, zerkleinerte, zuvor manuell zerlegte Verbundwerkstoffe 11 über eine Feinzerkleinerungsvorrichtung 2, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die Figur(en) 1 und/oder 2 beschrieben, und eine Separationsvorrichtung 3, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die Figur(en) 1 und/oder 2 beschrieben, in einem zweiten Anlagenteil AT2 einer Vergasungsvorrichtung (Vergaser) 4 zugeführt. Glasfasern 16 werden in der Separationsvorrichtung 3 abgetrennt. Ein in der Vergasungsvorrichtung 4 mit einem zugeführten Reaktanten 17 produziertes Synthesegas wird einer Dampfreformierungsvorrichtung (Dampfreformer) 5 zugeführt, Schlacke 13 wird abgezogen. Der Reaktant 17 kann insbesondere Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und oder Wasser(dampf) aufweisen. Im Dampfreformer 5 wird in der Vergasungsvorrichtung 4 produzierter CO-Anteil des Synthesegases mit Hilfe von in einem Dampferzeuger 6 produziertem Dampf zu H2 und CO2 synthetisiert. In einer Reinigungsanlage 7 kann das Synthesegas gereinigt und, falls erforderlich, gekühlt werden. In einer Abtrennvorrichtung 8 wird das H₂/CO₂-Gemisch getrennt, d.h. Wasserstoff 12 gewonnen. In einer Auftrennvorrichtung 9 in einem dritten Anlagenteil AT3 wird das verbliebene CO2 in Sauerstoff und Kohlenstoff aufgetrennt und werden Kohlenwasserstoffe synthetisiert. Die Kohlenwasserstoffe können als Brennstoff oder als Vorprodukt dazu genutzt werden, und Sauerstoff wird in diesem Beispiel dem Vergaser 4 zudosiert.
In der 4 ist eine Anlage 400 mit einer Pyrolysevorrichtung 40 gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Übersichtlichkeit wegen wurde auf die Darstellung von z. B. Pumpen/Kompressoren, Drosseleinrichtungen, Wärmeübertragern, Fördereinrichtungen, Pufferspeichern sowie Kühl- und Reinigungseinrichtungen etc. verzichtet.
In einem ersten Anlagenteil AT1 wird von einer Grobzerkleinerungsvorrichtung 1, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die Figur(en) 1 und/oder 2 und/oder 3 beschrieben, zerkleinerte, zuvor manuell zerlegte Verbundwerkstoffe 11 werden über eine Feinzerkleinerungsvorrichtung 2, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die Figur(en) 1 und/oder 2 und/oder 3 beschrieben, und einer Separationsvorrichtung 3, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die Figur(en) 1 und/oder 2 und/oder 3 beschrieben, der Pyrolysevorrichtung (Pyrolysereaktor) 40 in einem zweiten Anlagenteil AT2 zugeführt. Glasfasern 16 werden in einer Separationsvorrichtung 3 abgetrennt.
In der Pyrolysevorrichtung 40 werden flüssige Kohlenwasserstoffe 14a und gasförmige Kohlenwasserstoffe 14b produziert.
In 5 ist eine weitere besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage 500 dargestellt. In einem ersten Anlagenteil AT1 werden zuvor manuell zerlegte Verbundstoffe 11 einer Grobzerkleinerungsvorrichtung 1 zugeführt, in der das Matrixmaterial durch Schlagen aus dem Glasfasergewebe gelöst wird, wobei das Glasfasergewebe weitgehend erhalten bleibt.
Das gelöste Matrixmaterial wird dann in einer Feinzerkleinerungsvorrichtung 2 auf eine Korngröße von höchstens beispielsweise 1,5 mm, bevorzugt beispielsweise 0,5 mm zerkleinert. In einem zweiten Anlagenteil AT2 wird dieses pulverförmig gemahlene Matrixmaterial einem Flugstromvergaser zugeführt, in dem Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltendes Synthesegas hergestellt wird.
Ein in einer Vergasungsvorrichtung 4 mit einem zugeführten Reaktanten 17 produziertes Synthesegas wird einer Dampfreformierungsvorrichtung (Dampfreformer) 5 zugeführt, Schlacke 13 wird abgezogen. Der Reaktant 17 kann insbesondere Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und/oder Wasser(dampf) aufweisen. Im Dampfreformer 5 wird in der Vergasungsvorrichtung 4 produzierter CO-Anteil des Synthesegases mit Hilfe von in einem Dampferzeuger 6 produziertem Dampf zu H2 und CO2 synthetisiert. In einer Reinigungsanlage 7 kann das Synthesegas gereinigt und, falls erforderlich, gekühlt werden. In einer Abtrennvorrichtung 8 wird das H2/CO2-Gemisch getrennt, d.h. Wasserstoff 12 gewonnen. In einer Auftrennvorrichtung 9 in einem dritten Anlagenteil AT3 wird das verbliebene CO2 in Sauerstoff und Kohlenstoff aufgetrennt und werden Kohlenwasserstoffe synthetisiert. Die Kohlenwasserstoffe können als Brennstoff oder als Vorprodukt dazu genutzt werden, und Sauerstoff wird in diesem Beispiel dem Vergaser 4 zudosiert.
Die vorangehend beschriebenen Anlagenteile können in räumlicher Nähe, aber auch getrennt voneinander, auch an verschiedenen Orten, installiert sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Grobzerkleinerungsvorrichtung
2: Feinzerkleinerungsvorrichtung
2-1: Hammermühle
2-2: Mahlwerk
3: Separationsvorrichtung
3-1: Windsichter
3-2: Siebeinrichtung
4: Vergasungsvorrichtung
5: Dampfreformer
6: Dampferzeuger
7: Reinigungsanlage
8: Abtrennvorrichtung
9: Auftrennvorrichtung
11: Verbundwerkstoff
12: Wasserstoff
13: Schlacke
14a: flüssige Kohlenwasserstoffe
14b: gasförmige Kohlenwasserstoffe
15: Matrixmaterial
16: Glasfasern
17: Reaktant
40: Pyrolysevorrichtung
100: Mahlwerk
101: Stator
101.1: Zuführöffnung
101.2: Abgabeöffnung
102: Rotor
102.1: Revisionsöffnungen
103: Getriebemotor
104: Hohlwelle
104.1: Stelle
104.2: Öffnung
104.3: Öffnung
105: Drucklager
106: Rahmen
200: Anlage
300: Anlage
400: Anlage
500: Anlage
AT1: erster Anlagenteil
AT2: zweiter Anlagenteil
AT3: dritter Anlagenteil
S: Ringspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 000002288452 B1 [0072]
EP 2639289 A1 [0100]

Claims

Verfahren zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen (11) mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial (15) und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere Glasfaser (16)- oder Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - wenigstens weitgehendes Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial (15), - Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigen Matrixmaterials (15) zur Produktion von Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Synthesegases oder eines Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluidgemisches und - Aufbereiten der Produkte der Vergasung und/oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff (14), wobei das Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial (15) grobes Zerkleinern des Verbundwerkstoffes (11) durch Schneiden und/oder Brechen, feines Zerkleinern des grob zerkleinerten Verbundwerkstoffes (11) durch Drücken und/oder Quetschen zum Lösen der zerkleinerten Armierung aus dem zerkleinerten Verbundwerkstoff (11) sowie Separieren der herausgelösten zerkleinerten Armierung von dem zerkleinerten Matrixmaterial (15) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim groben Zerkleinern der Verbundwerkstoff (11) auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 50 mm bis ca. 150 mm verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim feinen Zerkleinern der Verbundwerkstoff (11) auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 5 mm zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das feine Zerkleinern mittels mindestens einer Hammermühle (2-1) und/oder mindestens eines Mahlwerks (2-2; 100) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim feinen Zerkleinern entstehende Reibungswärme abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Separieren mittels mindestens eines Siebes (3-2) und/oder mindestens eines Windsichters (3-1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Separieren das Matrixmaterial (15) ca. 5 bis ca. 15 Gewichts -% Fasern aus der Armierung aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vergasen bei einer Prozesstemperatur im Bereich von vorzugweise ca. 950°C bis ca. 1400°C bei Flugstromvergasern, bei Festbettvergasern bis ca. 1150°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vergasen bei einem Prozessdruck im Bereich von vorzugweise ca. 5 bar bis ca. 20 bar durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vergasen eine Festbett- und/oder eine Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung, bevorzugt mit einem Sumpf aus flüssigem Glas, umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mittels des Vergasens produzierte Kohlenstoffmonoxid, vorzugweise mittels Dampfreformierung und/oder Wassergas-Shift in ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Wasserstoff aus dem Gemisch abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das aus dem Gemisch abgetrennte Kohlenstoffdioxid verflüssigt oder komprimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Wasserstoff, bevorzugt mit Luftstickstoff, zu Ammoniak synthetisiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse hergestellt werden und der hergestellte Sauerstoff als Reaktant beim Vergasen verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Sauerstoff aus der Luft, insbesondere mittels Tieftemperaturrektifikation, Druckwechsel-Adsorption oder Membrantechnik, gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei mindestens 50% des zum Vergasen benötigten Sauerstoffs durch die Elektrolyse bereitgestellt oder aus der Luft gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das aus dem Gemisch abgetrennte Kohlenstoffdioxid, bevorzugt mittels oszillierender elektromagnetischer Felder, vorzugweise wobei die Frequenz der elektromagnetischen Felder ca. 2000 bis ca. 3000 MHz beträgt, oder elektrostatischer Felder, vorzugsweise wobei die Spannung der elektrostatischen Felder ca. 20.000 V bis ca. 50.000 V beträgt, aufgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei bei der Aufteilung des Kohlenstoffdioxids freiwerdender Kohlenstoff zu einem fluiden Brennstoff (14) oder Vorstufen dazu, deren Hauptbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff sind, synthetisiert wird.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen (11) mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial (15) und Faser -, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere Glasfaser (16)- oder Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anlage bzw. Anlageneinheit (200; 300; 400) umfasst: - einen ersten Anlagenteil AT1 zum wenigstens weitgehenden Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial (15), - einen zweiten Anlagenteil AT2 zum Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigem Matrixmaterials (15) zur Produktion eines Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Synthesegases oder eines Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluidgemisches und - einen dritten Anlagenteil AT3 zum Aufbereiten der Produkte der Vergasung oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff (14), wobei der erste Anlagenteil AT1 wenigstens eine schneidende oder brechende Grobzerkleinerungsvorrichtung (1) zum groben Zerkleinern des Verbundwerkstoffes (11), wenigstens eine drückende oder quetschende Feinzerkleinerungsvorrichtung (2) zum feinen Zerkleinern des grob zerkleinerten Verbundwerkstoffes (11) zum Lösen der zerkleinerten Armierung aus dem zerkleinerten Verbundwerkstoff (11) sowie eine Separationsvorrichtung (3) zum Separieren der herausgelösten zerkleinerten Armierung von dem zerkleinerten Matrixmaterial (15) enthält.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach Anspruch 20, wobei die Grobzerkleinerungsvorrichtung (1) gestaltet ist, um Verbundwerkstoffe (11) auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 50 mm bis ca. 150 mm zu zerkleinern.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Feinzerkleinerungsvorrichtung (2) gestaltet ist, um Verbundwerkstoffe (11) auf eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 5 mm zu zerkleinern.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Feinzerkleinerungsvorrichtung (2) mindestens eine Hammermühle (2-1) und/oder mindestens ein Mahlwerk (2-2; 100), vorzugsweise mit sich gegeneinander bewegenden Flächen, die zumindest abschnittsweise einen sich in Materialflussrichtung verjüngenden Ringspalt S bilden, aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Feinzerkleinerungsvorrichtung (2) mindestens eine Kühleinrichtung zur Abführung von Reibungswärme aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei die Separationsvorrichtung (3) mindestens ein Sieb (3-2) und/oder mindestens einen Windsichter (3-1) aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei die Separationsvorrichtung (3) so gestaltet ist, dass nach dem Separieren das Matrixmaterial (15) ca. 5 bis ca. 15 Gewichts -% Fasern aus der Armierung aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei der zweite Anlagenteil AT2 eine Vergasungsvorrichtung (4) aufweist, insbesondere wobei deren Prozesstemperatur ca. 950°C bis ca. 1400°C bei einem Flugstromvergaser, bei Festbettvergasern bis ca. 1150°C, und/oder deren Prozessdruck ca. 5 bar bis ca. 20 bar beträgt.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach einem der Ansprüche 20 bis 27, wobei die Vergasungsvorrichtung (4) als Festbett- oder Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasungsvorrichtung, bevorzugt mit einem Sumpf aus flüssigem Glas, ausgeführt ist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach Anspruch 27 oder 28, wobei der dritte Anlagenteil AT3 eine Dampfreformierungs- (5) und/oder Wassergas-Shift-Vorrichtung zum Umwandeln des in der Vergasungsvorrichtung (4) produzierten Kohlenstoffmonoxids in ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid oder eine Methanol-Synthesevorrichtung zum Synthetisieren von Methanol aus Wasserstoff und dem in der Vergasungsvorrichtung (4) produzierten Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid enthält.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach Anspruch 29, wobei der dritte Anlagenteil AT3 eine Abtrennvorrichtung (8) zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem im dritten Anlagenteil AT3 produzierten Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach Anspruch 30, wobei der dritte Anlagenteil AT3 eine Verdichtungs- oder Verflüssigungsvorrichtung zur Erhöhung der Dichte des abgetrennten Kohlenstoffdioxids aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei sie eine Ammoniak-Synthesevorrichtung zur Synthese von Ammoniak aus dem Wasserstoff, bevorzugt mit Luftstickstoff, aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, ferner umfassend einen weiteren Anlagenteil, der eine Elektrolysevorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse aufweist, die zur Zuführung des hergestellten Sauerstoffs zur Vergasung mit der Vergasungsvorrichtung (4) in Verbindung steht.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, ferner umfassend einen weiteren Anlagenteil, der eine Luftsauerstoffgewinnungsvorrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft, insbesondere mittels Tieftemperaturrektifikation, Druckwechsel-Adsorption oder Membrantechnik, aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach Anspruch 33 oder 34, wobei sie so gestaltet ist, dass wenigstens 50% des von der Vergasungsvorrichtung (4) benötigten Sauerstoffs von der Elektrolysevorrichtung oder der Luftsauerstoffgewinnungsvorrichtung bereitgestellt werden.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei der dritte Anlagenteil AT3 eine Auftrennvorrichtung (9) zur Auftrennung des aus dem Gemisch abgetrennten Kohlenstoffdioxids, bevorzugt mittels oszillierender elektromagnetischer Felder, vorzugweise wobei die Frequenz der elektromagnetischen Felder ca. 2000 bis ca. 3000 MHz beträgt, oder elektrostatischer Felder, vorzugsweise wobei die Spannung der elektrostatischen Felder ca. 20.000 V bis ca. 50.000 V beträgt, aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (300) nach Anspruch 36, wobei der dritte Anlagenteil AT3 eine Brennstoff- oder Vorstufen-Synthesevorrichtung zur Synthese von fluidem Brennstoff (14a) oder Vorstufen dazu, deren Hauptbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff sind, aus dem bei der Auftrennung des Kohlenstoffdioxids freiwerdenden Kohlenstoff aufweist.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 20 bis 37, wobei die Funktion von wenigstens einem der Anlagenteile in einem anderen der Anlagenteile integriert ist.
Anlage oder Anlageneinheit (200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 20 bis 38, wobei die Anlagenteile nicht in räumlicher Nähe, sondern getrennt voneinander, auch an verschiedenen Orten, installiert sind.
Anlage oder Anlageneinheit (500) zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen (11) mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial (15) und Faser -, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere Glasfaser (16)- oder Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 und 41, wobei die Anlage bzw. Anlageneinheit (500) umfasst: - einen ersten Anlagenteil AT1 zum wenigstens weitgehenden Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial (15), - einen zweiten Anlagenteil AT2 zum Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigem Matrixmaterials (15) zur Produktion eines Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Synthesegase, oder eines Kohlenwasserstoffe enthaltendes Fluidgemisches und - einen dritten Anlagenteil AT3 zum Aufbereiten der Produkte der Vergasung oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff (14), wobei der erste Anlagenteil AT1 wenigstens eine Grobzerkleinerungsvorrichtung, die gestaltet ist, um das Matrixmaterial schlagend aus Gewebe aus glasfaserverstärkten Kunststoff zu lösen, und eine Feinzerkleinerungsvorrichtung aufweist, die gestaltet ist, um das gelöste Matrixmaterial, vorzugsweise auf eine Korngröße von max. 1,5 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm, zu verkleinern, und der zweite Anlagenteil AT2 einen Flugstromvergaser aufweist, vorzugsweise wobei der Flugstromvergaser mit Temperaturen im Bereich 1200°C bis 1450°C betrieben wird bzw. betreibbar ist.
Verfahren zum Recyceln von kohlenstoffhaltigen Verbundwerkstoffen (11) mit kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial (15) und Faser-, Faden- oder Drahtarmierung, insbesondere Glasfaser (16)- oder Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen, GFK/CFK, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - wenigstens weitgehendes Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial (15), - Vergasen und/oder Pyrolysieren des kohlenstoffhaltigen Matrixmaterials (15) zur Produktion von Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Synthesegases oder eines Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluidgemisches und - Aufbereiten der Produkte der Vergasung und/oder der Pyrolyse zu wenigstens einem, vorzugsweise fluiden, Brennstoff (14), wobei das Trennen der Armierung vom kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial (15) grobes Zerkleinern des Verbundwerkstoffes (11) durch Schlagen des Matrixmaterials aus dem Glasfasergewebe gelöst wird, und feines Zerkleinern des gelösten Matrixmaterials, vorzugsweise auf eine Korngröße von max. 1,5 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm, umfasst, und das fein zerkleinerte Matrixmaterial einer Flugstromvergasung unterzogen wird, vorzugsweise mit Temperaturen im Bereich 1200°C bis 1450°C.