DE10219440A1 - Verfahren und Anlage zur Niedrigtemperatur-Pyrolyse von Gummi-Erzeugnissen, Stahl-Gummi-Verbunden und dergleichen - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Niedrigtemperatur-Pyrolyse von Gummi-Erzeugnissen, Stahl-Gummi-Verbunden und dergleichen

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DE10219440A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein industrielles Niedrigtemperatur-Pyrolyseverfahren zur Trennung von Stahl-Gummi- oder ähnlichen Verbundprodukten zwecks Gewinnung von Kohlenstoffgranulat, Pyrolyseöl, Restgas und metallischen Bestandteilen. DOLLAR A Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Prozess drucklos und ohne inerte Medien abläuft, ein diskontinuierlicher Chargenbetrieb ausführbar ist und der Prozessablauf u. a. die folgenden Verfahrensschritte aufweist: DOLLAR A a) Waschen (2), Zerkleinern (3) und Trocknen der Inputmaterialien (1), DOLLAR A b) Beschicken der speziell für die effektive Verfahrensdurchführung entwickelten Reaktionsbehälter (7) und zugehörigen Pyrolyseöfen (9) mit den nach a) vorbehandelten Inputmaterialien (1), DOLLAR A c) Durchführen des Pyrolyseprozesses unter konkreten Verfahrensbedingungen, DOLLAR A d) Abkühlen (10) des Reaktionsbehälters (7), DOLLAR A e) Entleeren des Gemisches aus Kohlenstoffgranulat (30) und Eisen (31) aus dem Reaktionsbehälter (7) in der Weise, dass in einer Zone mit Unterdruck in einen Behälter staubfrei entleert wird, DOLLAR A f) Trennen von Eisenanteilen (31) und Kohlenstoffgranulatanteilen (30) und nachfolgende Zerkleinerung des Kohlenstoffgranulats (30).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein industrielles Niedrigtemperatur-Pyrolyseverfahren zur Trennung von Stahl-Gummi- oder ähnlichen Verbundprodukten zwecks Gewinnung von Kohlenstoffgranulat, Pyrolyseöl, Restgas und metallischen Bestandteilen.
  • Das Verfahren dient zur industriellen Verwertung insbesondere ausgemusterter Gummi-Erzeugnisse oder gummiähnlicher Verbund-Erzeugnisse. Dabei wird z. B. aus Reifen, gummiummantelten Kettengliedern, stahlseilbewehrten Gummigurten o. ä. durch Niedrigtemperatur-Pyrolyse ein Kohlenstoffgranulat erzeugt. Daneben fallen Pyrolyseöl und Restgas an. Die metallischen Anteile werden zurückgewonnen.
  • Pyrolytische Verfahren zur Behandlung von organischen Stoffen und Stoffgemischen sind allgemein bekannt.
  • So beschreibt beispielsweise die Patentschrift DE 695 11 626 T2 die Pyrolyse von Abfällen in einem intern beheiztem Drehrohrofen.
  • In DE 199 30 071 C2 wird über ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen berichtet. Hierbei wird das organische Material mit dem Wirbelbettmaterial der Verbrennungswirbelschicht in Kontakt gebracht. Es entstehen Pyrolyseprodukte in Form von Gasen mit kondensierbaren Substanzen und kohlenstoffhaltigen Rückständen.
  • Mit dem Patent DE 44 41 423 A1 wird ein Pyrolyseverfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die zur Gewinnung von verwertbarem Gas aus Müll führt. Dabei wird eine Pyrolysetrommel eingesetzt.
  • In der Offenlegungsschrift DE 41 26 319 A1 wird über ein Verfahren zur Pyrolyse von Silikonkautschukvulkanisaten berichtet, bei dem die Vulkanisate auf 350°C bis 700°C erhitzt und die dabei entstehenden flüchtigen Siloxane kondensiert werden Es entstehen als Produkte insbesondere Siloxane und Füllstoffe.
  • Das Patent DE 40 11 945 C1 beschreibt eine Niedrigtemperatur-Pyrolyse zur Entgasung von organischem Material in einer beheizteren Pyrolysekammer, bei der das Pyrolysegut verdichtet wird und in diesem Zustand die Kammer durchläuft. Die gasförmigen Pyrolyseprodukte werden abgeführt.
  • In der Patentschrift DE 39 32 803 wird ein pyrolytisches Verfahren angezeigt, dass organische Materialien unter Zusatz von Borsäure/Boroxid und organischen Stickstoffverbindungen in nichtoxidierender Atmosphäre zu Kohle und Graphit reagieren lässt.
  • Das Patent DE 28 34 475 C2 erläutert ein Verfahren zur Behandlung eines Pyrolyse-Heizöls. Im Ergebnis dieses Verfahrens entsteht durch die Anwendung einer Promotor-Flüssigkeit ein spezieller Kohlenstoff (Nadelkoks).
  • Die bisher bekannten Verfahren arbeiten mit Drehrohröfen, Pyrolysetrommeln, in der Wirbelschicht, unter Druck, mit Verdichten des Materials oder unter inerter Atmosphäre. Hier sind erhöhte Aufwendungen für Vorrichtungen, an Material, Energie und Logistik notwendig.
  • Durch die Nutzung von Schutzgasen (nichtoxidierende Atmosphäre) fällt die Durchsatzleistung bei vergleichbaren Einheiten geringer aus. Die Erzeugung einer Wirbelschicht bedingt einen erhöhten Energieaufwand, da einmal die Wirbelschicht "unterhalten" werden muss, anderseits die zu pyrolysierenden Materialien mechanisch so aufgearbeitet werden müssen, dass sie mit der Wirbelschicht wirksam kontaktieren können.
  • Auch bedingt das Verdichten der Ausgangsstoffe in Vorbereitung und während des Pyrolysevorgangs fallen höhere Energieaufwendungen an.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer neuartigen energetisch und wirtschaftlich besonders vorteilhaften Technologie zur Behandlung unterschiedlicher Gummi- oder gummiähnlicher Verbunderzeugnisse mit dem Ziel der Trennung von Gummi-Stahl oder anderen Verbunden und Rückgewinnung wesentlicher Ausgangsmaterialien wie Kohlenstoffgranulat (Ruß) und ggf. metallische Bestandteile.
  • Zur effektiven Durchführung des neuen Verfahrens sollen zugleich ein neuartiger Reaktionsbehälters und weitere damit verbundene neue Verfahrensmodule entwickelt und eingesetzt werden.
  • Durch die Entwicklung von Modulen soll schrittweise der Durchsatz erhöht und damit der jeweiligen Marktsituation angepasst werden können. Die Lösung soll dem Anliegen der Nachhaltigkeit entsprechen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Nach der Konzeption der Erfindung umfasst der Prozessablauf die folgenden Verfahrensschritte und zugehörigen Anlagenteile:
    • - Waschen und zerkleinern der Inputmaterialien wie Gummiprodukte, Verbundprodukte und dgl.;
      Die Gummiprodukte (z. B. Altreifen) werden vorsortiert und in eine Waschvorrichtung transportiert. Die gewaschenen Gummiprodukte werden anschließend zerschnitten. Dabei sind Reifen und dgl. wahlweise zu vierteln, zu achteln oder aus verfahrenstechnischen Gründen grob zu shreddern.
    • - Trocknen der Inputmaterialien;
    • - Beschicken der Reaktionsbehälter mit Inputmaterial;
      Über Förderbänder gelangen die getrockneten Gummiprodukte in einen Vorrats(hoch)behälter von beispielsweise 12 m3 Fassungsvermögen. Aus dem Vorratsbehälter erfolgt die Befüllung der Reaktionsbehälter. Die befüllten Reaktionsbehälter werden mit einem Gabelstapler zum Pyrolyseofen-Vorwärmer transportiert.
      Für die Beschickung der Reaktionsbehälter mit Verbundmaterialien, wie Panzerketten/Gummi, Fördergurte/Stahlseile liegen differenzierte Technologien mit versuchstechnisch begründeten Zeit- und Temperaturfenstern vor, auch eine Mischbeschickung der Reaktionsbehälter ist in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Zielstellung möglich.
    • - Durchführung des Pyrolyseprozesses;
      Nach erfolgter Vorwärmung auf eine bestimmte Temperatur wird der Reaktionsbehälter in den jeweiligen Ofen eingebracht.
      Die Ofenkammer wird in ca. 30 min durch entsprechende Verfahrenstechnik aufgeheizt. Die Reaktionszeit im Behälter beträgt im Ergebnis durchgeführter Versuche etwa 2,5 Stunden.
      Die Aufheizphase kann in zwei bis drei Etappen mit einer jeweils variablen Beharrungszeit erfolgen. Für eine spezifische Abkühlphase sind zwei wahlweise veränderliche Verweilzeiten mit jeweils vorgegebener konstanter Temperatur sinnvoll. Diese Festlegungen werden aus dafür entwickelten technologischen Abläufen abgeleitet. Die Reaktionstemperatur im Behälter beträgt je nach Input und je nach zu erzeugendem Produkt zwischen 350°C und 500°C.
      Die Temperaturdifferenz zur jeweils angestrebten Reaktionstemperatur darf maximal 15°K bis 20°K betragen.
      Durch indirekte Wärmeübertragung wird das Inputmaterial im Reaktionsbehälter erhitzt. Der Gummi wird im Niedrigtemperatur- Pyrolyseprozess, d. h. unter Ausschluss von Luftsauerstoff, in seine Bestandteile gespalten. Dieser Prozess findet unter Normaldruck statt. Die installierte Temperaturmesstechnik zeigt den Temperatur-Ist- Zustand der Umluft in der Ofenkammer und den Temperatur-Ist-Zustand im Reaktionsbehälter an. Die Anzeige erfolgt digital.
      Das im Pyrolyseprozess entstehende Gas wird durch die vorgesehene Abgasleitung transportiert und verfahrenstechnisch abgekühlt. Es entsteht ein Pyrolyseöl, das in seiner Konsistenz und Zusammensetzung einem leichten Rohöl bzw. den Zwischenprodukten der Rohölverarbeitung sehr ähnlich ist. Der nicht kondensierbare Anteil des Pyrolysegases kann, ebenso wie das Öl, zur Erzeugung der benötigten Prozesswärme genutzt werden, um den Prozess energetisch autark zugestalten.
      Die Befeuerung kann wahlweise mit Stadtgas, elektrisch, mit Pyrolysegas oder Pyrolyseöl erfolgen. Der Erwärmungsverlauf des Inputmaterials erfolgt nach vorgegebenen speziellen Regelkurven, die im ständigen Ist-Soll-Vergleich computergestützt die Energiezufuhr steuern.
      Die Abhängigkeit der Prozessführung von Temperatur und Zeit muss historisch/graphisch darstellbar sein. Sämtliche relevante Daten und auch Störmeldungen werden dokumentiert. Nach Beendigung des Pyrolyseprozesses wird über ein optisches Signal am Ofen das Ende des Vorganges angezeigt.
    • - Entleerung der Pyrolysebehälter (Reaktionsbehälter)
      Die Abkühlung des Pyrolysebehälters auf die durch die Rezepturen in Abhängigkeit von der Produktnutzung definierte Temperatur wird jeweils durch ein optisches Signal (Lampe) angezeigt. Erst dann wird der noch geschlossene Pyrolysebehälter zur weiteren Verarbeitung freigegeben. Der Transport erfolgt mit Gabelstapler. Im Innern des Pyrolysebehälters befindet sich ein Kohlenstoff-Eisen-Gemisch. Nach dem Öffnen des Behälters in speziellen Räumen und mit speziellem Arbeitsschutz erfolgt das Abnehmen des Deckels. Der geöffnete Reaktionsbehälter wird mit einem Lift oder Stapler angehoben und über die Kippvorrichtung in einer Zone mit Unterdruck in einen Trichter staubfrei entleert. Danach wird der Behälter dem Prozess wieder zugeführt und erneut befüllt.
      Das Kohlenstoffgranulat-Eisen-Gemisch gelangt aus dem Trichter durch eine konische Öffnung in ein Mahlwerk. Das restliche noch am Metall befindliche Kohlenstoffgranulat wird abgetrennt auf einen Durchmesser von ca. 50 mm zerkleinert; das Eisen wird über Elektromagnete im Spezialverfahren aussortiert. Das Eisen (z. B. Federstahl) fällt in entsprechende Behälter und wird in Containern abtransportiert. Das Kohlenstoffgranulat gelangt in einer gekapselten Technologie in einen Zwischenbehälter und wird aus diesem staubfrei in ein Silo gefördert. Aus dem Silo kann es staubfrei und automatisch nach Gewicht in Plastiksäcke (verschweißt) verpackt werden. Die Plastiksäcke werden z. B. auf EURO-Paletten geschichtet, vergurtet und zum Versand gebracht.
      Am Silo besteht die Möglichkeit der Befüllung von Tankfahrzeugen sowie die Förderung des Kohlenstoffgranulats in einen Außenbehälter (optional).
      Dem Gesundheits-, Arbeits- und Brandschutz inkl. Explosionsschutz wird durch fachspezifische Anlagentechnik - die dem Stand der Technik entspricht - Rechnung getragen.
  • Die Betriebsregelung der Anlage erfolgt beispielsweise über ein zentrales DDC-Leitsystem oder eine SPS-Steuerung. Dieses überwacht und steuert über Schnittstellen den Prozessablauf. Auf dem Bildschirm werden diese Vorgänge schematisch mit den entscheidenden Parametern dargestellt. Störmeldungen laufen automatisch auf, Fehlermeldungen werden protokolliert, im Klartext ausgedruckt, ausgewertet und automatisch zur Leitstelle geleitet.
  • Als Pyrolyseofen zur Aufnahme des Reaktionsbehälters wird einmal ein Herdwagenofen eingesetzt. Zum Einsatz kommen für diesen Zweck umgebaute Herdofen-Standardlösungen aus anderen Einsatzfeldern.
  • Das Einbringen der Reaktionsbehälter erfolgt in Etappen. Zunächst wird dieser mit einem Gabelstapler auf den Herdwagen des Pyrolyseofens abgesetzt. Nach Betätigung eines Handtasters oder dgl. wird der Herdwagen in den Ofen eingefahren. Das dabei geöffnete Eintrittstor wird danach verschlossen.
  • Alternativ kann als Pyrolyseofen zur Aufnahme eines Reaktionsbehälters ein Schachtofen genutzt werden.
  • Zum Einsatz kommen für diesen Zweck umgebaute Schachtofen- Standardlösungen aus anderen Einsatzgebieten.
  • Der Ofen kann ober- oder unterirdisch angeordnet werden Das Einbringen des Reaktionsbehälters für diese Lösung erfolgt über dafür geeignete Hubwerkstechnik, beispielsweise mit Hilfe von Laufkatzen und Hubwinden. Der Reaktionsbehälter kann so konstruiert werden, dass eine spezielle Dichtung am Behälterkopf den Behälter im Schacht fixiert und zugleich den Ofen hermetisch verschließt.
  • Im Rahmen der vorgestellten Technologie sind auch andere Lösungen für die konstruktive äußere Gestaltung des Reaktionsbehälters möglich. Der Behälter muss verfahrenstechnisch so geführt werden, dass eine gute Wärmeübertragung im Inneren desselben gewährleistet wird und dadurch alle Inputstücken gleichberechtigt erwärmt werden.
  • Der geschlossene Pyrolysebehälter wird beim Herdwagenofen über den Herdwagen ausgefahren, mit dem Gabelstapler entnommen und zur Auskühlung abgestellt. Analog wird mit dem Schachtofen gearbeitet.
  • Durch die Nutzung der beschriebenen Reaktionsbehälters aus hochtemperaturbeständigem Stahl, die drucklos und ohne inerte Medien arbeiten, ist ein diskontinuierlicher Chargenbetrieb ausführbar. Das Verfahren bietet dadurch die Möglichkeit, auf die Beschaffenheit der Ausgangsstoffe zu reagieren (z. B.: Pkw-Sommerreifen, Pkw-Winterreifen, Lkw-Reifen, Sonderfahrzeugreifen gummierte Kettenglieder, stahlseilbewehrte Gummigurte). Die Beschickungstechnologie wird nach dem Bausteinprinzip aufgebaut.
  • Durch die neu entwickelte Prozessführung erübrigt sich die Anwendung von Schutzgasen oder -flüssigkeiten.
  • Als Vorteil ist außerdem der Wegfall aufwendiger mechanischer Vorbehandlungen der Inputmaterialien zu nennen. Die Reifen werden beispielsweise nur gewaschen und grob geschnitten oder geshreddert.
  • Die energetische Gestaltung des Verfahrens ist nach der Anfahrphase weitgehend autark.
  • Als wesentlicher Vorteil ist weiterhin zu nennen, dass die bisher nur mit energetisch hohem Aufwand trennbaren Stahl-Gummi-Verbunde ohne wesentliche Inanspruchnahme von Fremdenergie und Verschleißpotentialen trennbar sind und die entstehenden Output-Produkte im Sinne einer effizienten Kreislaufwirtschaft einer hochwertigen Nutzung zugeführt werden können, die es gestattet, Ressourcen zu schonen. Es erschließen sich daraus u. a. neue Konstruktionsprinzipien für Inputmaterialien in deren F/E-Phase und z. T. vollkommen neuartige Anwendungsbereiche der durch das Verfahren gewonnenen Materialien.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung.
  • Es zeigen
  • Fig. 1 das Fließschema zur Demonstration des wesentlichen Verfahrensablaufs und zugehöriger Anlageteile,
  • Fig. 2 eine Prinziplösung für die Ausführung eines Herdwagenofens und
  • Fig. 3 eine Prinziplösung für die Ausführung eines Schachtofens.
  • Das Fließschema nach Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf mit zugehörigen Anlagenkomponenten zur Behandlung von Gummiprodukten in Form von Altreifen.
  • Die Altreifen 1 werden vorsortiert und mit einem Förderband in eine Waschvorrichtung 2 transportiert.
  • Der Waschvorgang erfolgt automatisch in einer geschlossenen Kabine. Die Waschanlage hat eine eingebaute Wasserwiederaufbereitungsanlage. Das verbrauchte Wasser wird in einem stetigen Kreislauf regeneriert, um die Umwelt und das Abwassersystem nicht unnötig zu belasten. Zur Einspeisung und Nachspeisung in die Waschanlage kann Regenwasser als Prozesswasser genutzt werden.
  • Die gewaschenen Reifen 1 werden in einer Shreddereinheit 3 zerkleinert. Die Reifenteile werden nachfolgend getrocknet.
  • Das Heizregister der Trocknungsanlage wird über einen Wärmetauscher betrieben, der mit Prozesswärme aus dem Pyrolysevorgang (Wärme aus Wärmerückgewinnung 17) gespeist wird.
  • Die Temperaturregelung der Trockenluft erfolgt stetig durch einfache oder computergesteuerte Regler, die von der Leitzentrale überwacht und bezüglich der Solldaten verändert werden können.
  • Der weitere Verfahrensablauf umfasst die folgenden Verfahrensschritte und zugehörigen Anlagenteile:
    • - Transport der getrockneten Altreifenteile 1 mittels Förderband 5 zum Vorratshochbehälter 6.
    • - Beschicken der Reaktionsbehälter 7 aus dem Vorratsbehälter 6.
    • - Vorwärmen des Reaktionsbehälters 7 in der Vorwärmeinrichtung 8.
    • - Einbringen des Reaktionsbehälters 7 in den Pyrolyseofen 9 und Durchführung des Pyrolysevorganges. Im Ergebnis der Pyrolyse entstehen die Reaktionsprodukte Kohlenstoff 30, Eisen 31, Pyrolysegas 32, Pyrolyseöl 33 und Abgase 34.
    • - Abkühlen des aus dem Pyrolyseofen 9 herausgefahrenen Reaktionsbehälters 7 in einer Abkühleinrichtung 10.
    • - Staubfreies Entleeren der Reaktionsbehälter 7 in einer entsprechenden Einrichtung 12 und Rückführung 15 der entleerten Reaktionsbehälter 7 zur Wiederbefüllung.
    • - Trennen der Eisen-Kohlenstoffanteile 31, 30 in einer Trenneinrichtung 13, wobei hierbei Elektromagnete eingesetzt werden.
      Die Eisenanteile 31 werden als Metallschrott in Container 18 abgelagert.
    • - Zerkleinern bzw. Granulieren des Kohlenstoffs 30 in einer entsprechenden Einrichtung 14.
      Das Kohlenstoffgranulat 30 wird in gekapselter Technologie den Silos 16 zugeführt und von hier aus erfolgt staubfrei die portionierte Abfüllung 19 und/oder Ablagerung 20.
  • Bei Weiterverarbeitung des Pyrolysegases 32 entsteht mittels Wasserkühlung 21 kondensiertes Pyrolyseöl 33. Aus diesem Pyrolyseöl 33 werden mittels Raffinierung/Trennung/Verarbeitung 35 Produkte/Aromate P1 bis P3 und Tank- Restöl P4 hergestellt. Das Restöl P4 kann zur Thermischen Versorgung und Energieerzeugung für Eigen- oder Fremdbedarf eingesetzt werden.
  • Wärme aus der Wärmerückgewinnung 17 kann einmal dem Produktionsprozess, nämlich dem Vorwärmer 8 für die Reaktionsbehälter 7 und dem Pyrolyseofen 9 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft 17.1 zugeführt werden. Zum anderen kann nicht verbrauchte Wärme 17.2 anderweitig verwertet werden, beispielsweise zur Gebäudebeheizung.
  • Fig. 2 veranschaulicht die Vorder- und Seitenansicht eines Herdwagenofens 9.1 für Reaktionsbehälter 7. Der jeweilige Reaktionsbehälter 7 ist auf einem angetriebenen Herdwagen 22 abgesetzt.
  • Der hier eingesetzte Reaktionsbehälter 7 hat z. B. einen Durchmesser von ca. 1,80 m und eine Höhe von ca. 2,00 mm.
  • Die weiteren technischen Daten eines Herdwagenofens für Reaktionsbehälter betragen:
    Beheizung: z. B. Erdgas Hu 8000 kcal/Nm3
    Anschlusswert: 295 kW je Brenner
    max. mögliche Ofentemperatur: 600°C
    Anwendungstemperatur: 350°C bis 500°C
    Netzspannung: 230/400 V, 50 Hz
    Steuerspannung: 230 V, 50 Hz
  • Der Pyrolyseofen 9.1 ist komplett ausgekleidet und isoliert; er besitzt eine Hubtür 23 o. ä. zum Schließen und Öffnen des Ofens 9.1. Die vorhandene Brenneranlage 24 besteht aus 2 Spezialbrennern mit den entsprechenden Rohrleitungen und Vorrichtungen für Erd- und Prozessgas oder Prozessöl, Verbrennungsluft bzw. elektrische Erwärmung.
  • Weiterhin sind vorhanden:
    • - ein Verbrennungsluftventilator sowie Armaturen und Regelorgane für Erdgas oder Prozessgas oder Prozessöl und Verbrennungsluft;
    • - eine Gaseingangsstrecke mit Absperrhahn, Druckregler, Filter, Manometer und Druckwächter;
    • - ein wärmeisolierter Herdwagen 22 zur Aufnahme des Pyrolyse-Reaktionsbehälters 7 mit Antrieb und untergebauten Radsätzen (Tragkraft max. 6000 kg);
    • - ein Pyrolyse-Reaktionsbehälter 7, dicht geschweißt mit 2 Kippösen, gewölbtem Deckel mit Transportöse und Rohrstutzen (d = 100 mm); der Pyrolyse-Reaktionsbehälter mit Deckel ist aus hitzebeständigem Stahl gefertigt, einschließlich Schnellverschlüssen für den Deckel, hitzebeständiger Dichtung, Absperrventil;
    • - eine automatische Temperaturmess- und -regeleinrichtung, eingebaut in einen Schaltschrank mit zugehörigen Steuer- und Regelgeräten, mit Thermoelementen 25 im Ofenraum sowie Thermoelementen 26 im Reaktionsbehälter;
    • - eine Abgasrohrleitung 11 zum Transport des Gases aus dem Pyrolyse- Reaktionsbehälter 7 mit Absperrventil und Schnellkupplung; die Rohrleitung wird durch die Rückwand des Ofens 9.1 geführt;
    • - eine analoge Abgas-Rohrleitung 27 für den Ofenraum.
  • In den Reaktionsbehälterdeckel mündet eine Abgasleitung 11. Oberhalb des Deckels ist in diese Leitung ein mit dem Deckel mechanisch verbundenes Absperrventil integriert, das aus hochtemperaturbeständigen und vakuumfesten Materialien gefertigt ist. Über eine Schnellkupplung erfolgt die Verbindung mit der weiterführenden Abgasleitung und danach das Öffnen des Absperrventils.
  • Bei Behälterentnahme wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren. Der Behälter muss verfahrenstechnisch so geführt werden, dass eine gute Wärmeübertragung im Inneren desselben gewährleitstet wird und alle Inputstücken gleichberechtigt erwärmt werden.
  • Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch einen Schachtofen 9.2 mit Reaktionsbehälter 7.
  • Die technischen Daten eines Schachtofens für Reaktionsbehälter lauten:
    Beheizung: z. B. Erdgas Hu 8000 kccal/Nm3
    Anschlusswert: 295 kW je Brenner
    max. Ofentemperatur: 600°C
    Anwendungstemperatur: 350°C bis 500°C
    Netzspannung: 230/400 V, 50 Hz
    Steuerspannung: 230 V, 50 Hz
  • Der Pyrolyseofen 9.2 ist komplett ausgekleidet und isoliert; die vorhandene Brenneranlage besteht aus 2 Spezialbrennern mit den entsprechenden Rohrleitungen für Erd- oder Prozessgas oder Prozessöl und Verbrennungsluft. Weiterhin sind vorhanden:
    • - ein Verbrennungsluftventilator mit Elektrometer sowie Armaturen und Regelorganen für Erdgas und Verbrennungsluft;
    • - eine Gaseingangsstrecke mit Absperrhahn, Druckregler, Filter, Manometer und Druckwächter, bzw. Lösungen für andere Medien;
    • - ein Pyrolyse-Reaktionsbehälter 7, dicht geschweißt mit Deckel, Dichtung, Absperrventil; Abmaße: Durchmesser etwa 1500 mm und Höhe etwa 3000 mm;
      Der Pyrolyse-Reaktionsbehälter mit Deckel ist aus hitzebeständigem Stahl gefertigt, einschließlich Schnellverschlüssen 28 für den Deckel, zwei Kippösen und drei Füßen, der Deckel ist gewölbt, er besitzt Transportösen und Rohrstutzen sowie Wasserkühlung für die Dichtung. Der Deckel ist so gestaltet, dass er zugleich den Schachtofen schließt.
    • - eine automatische Temperaturmess- und -regelanlage, eingebaut in einen Schaltschrank, mit zugehörigen Steuer- und Regelgeräten;
    • - zwei Temperaturregler;
    • - zwei Satz Thermoelemente (Messsonden) mit Ausgleichsleitungen;
    • - eine Rohrleitung mit Schnellkupplung 29 zum Absperrventil am Reaktionsbehälter für den Transport des Gases aus dem Pyrolyse- Reaktionsbehälter 7.
  • Der Reaktionsbehälterdeckel kann wahlweise mit einem vakuumdichten Umwälzmotor versehen werden. Durch die Umwälzung ist eine besonders gleichmäßige Austrocknung des Pyrolysegutes zu erreichen. Im Pyrolysebehälter 7 werden Einsätze angebracht, in welchem die zu pyrolysierenden Materialien eingelagert werden. Durch Abstandshalter und Leitbleche ist gewährleistet, dass der Pyrolysegasstrom besonders präzise geführt werden kann. Dadurch wird eine vollständige und effiziente Pyrolyse gesichert.
  • Die Abgasführung erfolgt analog zum Reaktionsbehälter im Herdwagenofen. Im Behälter 7 können in Abhängigkeit von der Dichte bis zu 4,5 t Inputmaterial eingelagert werden. Die Füllmenge bei einer Bestückung nur mit Gummireifen beträgt ca. 0,5 t. Bei einer gemischten Bestückung (z. B. Gummistreifen, gummierte Ketten) wird die Füllmasse ca. 3,5 t bis 4,5 t betragen. Es sind auch andere maßliche Gefäßmodule möglich.
  • Die Wandstärke des Behälters ist den statischen Erfordernissen angepasst. LISTE DER BEZUGSZEICHEN 1 Inputmaterial, Altreifen
    2 Waschvorrichtung/waschen
    3 Shreddereinheit/shreddern
    4 Trocknungsanlage/trocknen
    5 Fördervorrichtung
    6 Vorratsbehälter/Silo zur Beschickung von Reaktionsbehältern
    7 Reaktionsbehälter
    8 Vorwärmer/vorwärmen für Reaktionsbehälter
    9 Pyrolyseofen
    9.1 Herdwagenofen
    9.2 Schachtofen
    10 Abkühleinrichtung/abkühlen für Reaktionsbehälter
    11 Abgasleitung am Reaktionsbehälter
    12 Einrichtung zum staubfreien Entleeren der Reaktionsbehälter
    13 Einrichtung zum Trennen von Eisen und Kohlenstoff
    14 Einrichtung zum Zerkleinern bzw. Granulieren von Kohlenstoff
    15 Rückführung des entleerten Reaktionsbehälters zum erneuten Befüllen
    16 Silo für Kohlenstoff
    17 Wärme aus Wärmerückgewinnung
    17.1 Vorwärmung der Verbrennungsluft
    17.2 nicht verbrauchte Wärme
    18 Container für Metallschrott
    19 Abfüllung von Granulat
    20 Ablagerung von Granulat
    21 Wasserkühlung für Pyrolysegas
    22 Herdwagen mit Antrieb
    23 Hubtür
    24 Brenneranlage
    25 Thermoelemente Ofenraum
    26 Thermoelemente im Reaktionsbehälter
    27 Abgas-Rohrleitung Ofenraum
    28 Schnellverschlüsse
    29 Rohrleitung mit Schnellkupplung
    30 Kohlenstoff
    31 Eisen
    32 Pyrolysegas
    33 Pyrolyseöl
    34 Abgase
    35 Raffinierung, Trennung, Verarbeitung

Claims (11)

1. Verfahren und Anlage zur Niedrigtemperatur-Pyrolyse von Gummi- Erzeugnissen, Stahl-Gummi-Verbunden und dgl., nachfolgend als Inputmaterialien (1) bezeichnet, zwecks Gewinnung von Kohlenstoffgranulat, Pyrolyseöl, Restgas und ggf. metallischen Bestandteilen unter Verwendung von Reaktionsbehältern (7) dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess drucklos und ohne inerte Medien abläuft, ein diskontinuierlicher Chargenbetrieb ausführbar ist und der Prozessablauf die folgenden Verfahrensschritte aufweist
a) Waschen (2) und zerkleinern (3) der Inputmaterialien (1),
b) Trocknen (4) der Inputmaterialien,
c) Beschicken der Reaktionsbehälter (7) mit den nach a) und b) vorbehandelten Inputmaterialien (1),
d) Durchführen des Pyrolyseprozesses unter folgenden Verfahrensbedingungen
- Vorwärmen (8) der Reaktionsbehälter (7)
- Aufheizen der Ofenkammer des Pyrolyseofens (9) mit anschließender Reaktionszeit im Reaktionsbehälter (7), wobei die Aufheizphase in mehreren Etappen mit jeweils variabler Beharrungszeit erfolgen kann,
- die Reaktionstemperatur im Reaktionsbehälter (7) liegt abhängig von den Inputmaterialien (1) und dem zu erzeugendem Produkt im Bereich von etwa 350°C bis 500°C,
- die Temperaturdifferenz zur jeweils angestrebten Reaktionstemperatur beträgt maximal 15°K bis 20°K,
a) Abkühlen (10) des Reaktionsbehälters (7) mit oder ohne wahlweise veränderlichen Verweilzeiten bei jeweils vorgegebener konstanter Temperatur auf die durch die Rezepturen in Abhängigkeit von der Produktnutzung definierte Temperatur,
b) Entleeren des Gemisches aus Kohlenstoffgranulat (30) und Eisen (31) aus dem Reaktionsbehälter (7) in der Weise, dass der geöffnete Reaktionsbehälter (7) über eine Kippvorrichtung in einer Zone mit Unterdruck in einen Behälter staubfrei entleert wird,
c) Trennen von Eisenanteilen (31) und Kohlenstoffgranulatanteilen (30) und nachfolgende Zerkleinerung des Kohlenstoffgranulats (30) auf vorgegebene Durchmesser.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inputmaterial (1) in Form von Gummiprodukten wie Reifen und dgl. nach dem Waschvorgang (2) wahlweise geviertelt, geachtelt oder aus verfahrenstechnischen Gründen grob geshreddert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Beschicken der Reaktionsbehälter (7) mit Stahl-Gummi-Verbundmaterialien, wie Panzerketten/Gummi, Fördergurte/Stahlseile und dgl. und ihre prozesstechnische Behandlung differenzierte Technologien mit geeigneten Zeit- und Temperaturfenstern zur Anwendung kommen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung der Ofenkammer des Pyrolyseofens (9) in etwa 30 Minuten erfolgt und die Reaktionszeit im Reaktionsbehälter (7) etwa 2,5 Stunden beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwärmungsverlauf des Inputmaterials (1) im Reaktionsbehälter (7) nach vorgegebenen speziellen Regelkurven erfolgt, die im ständigen Soll-Ist-Vergleich computergestützt die Energiezufuhr steuern.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pyrolyseprozess entstehende Pyrolysegas (32) durch eine am Reaktionsbehälter (7) vorgesehene Abgasleitung (11, 29) abgeführt und verfahrenstechnisch abgekühlt wird, wobei aus dem kondensierbaren Teil des Pyrolysegases (32) ein Pyrolyseöl (33) gewonnen wird und der nicht kondensierbare Teil als Abgas (34) ebenso wie das Pyrolyseöl (33) zur Erzeugung der benötigten Prozesswärme genutzt werden kann.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch den diskontinuierlichen Chargenbetrieb die Möglichkeit besteht, auf die Beschaffenheit der Ausgangsstoffe zu reagieren, d. h. unterschiedliche Reifen, wie Pkw- Sommerreifen, Pkw-Winterreifen, Lkw-Reifen, Reifen von Sonderfahrzeugen und Maschinen, gummierte Kettenglieder u. a. m. in getrennten Behältern nach einem Bausteinprinzip zu verarbeiten, wodurch Rezepturen für die Produktgenerierung realisiert werden können.
8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7 gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Anlagenteile
a) eine Waschvorrichtung (2) für die Inputmaterialien (1),
b) eine Shreddereinheit (3) zur Zerkleinerung der gewaschenen Inputmaterialien (1),
c) eine Trocknungsanlage (4) für die gewaschenen und zerkleinerten Inputmaterialien (1), wobei die Trocknungsanlage (4) mit Abwärme aus der Wärmerückgewinnung des Produktionsverfahrens (Pyrolyseverfahren) betrieben werden kann.
d) einer Fördervorrichtung (5) zum Transport der getrockneten Inputmaterialien (1) in einen Vorratsbehälter (Silo) (6), wobei aus dem Vorratsbehälter (6) die Befüllung der Reaktionsbehälter (7) erfolgt,
e) einer Transportvorrichtung zum Transportieren der befüllten Reaktionsbehälter (7) zum Vorwärmer (8) und weiter zum Pyrolyseofen (9),
f) einem Pyrolyseofen (9) zur Aufnahme und prozesstechnischen Behandlung der Reaktionsbehälter (7), wobei Kohlenstoff (30), Eisen (31), Pyrolysegas (32) und Pyrolyseöl (33) sowie Abgase (34) entstehen,
g) einer Einrichtung (10) zum definierten Abkühlen der Reaktionsbehälter (7),
h) einer Einrichtung (12) zum staubfreien Entleeren der geöffneten Reaktionsbehälter (7) bei Unterdruck,
i) einer Einrichtung (13) zum Trennen von Eisen (31) und Kohlenstoff (30),
j) einer Einrichtung (14) zum Zerkleinern bzw. Granulieren von Kohlenstoff (30),
k) einem zentralen Regelsystem, das die Schnittstellen im Prozessablauf überwacht und steuert.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem staubfreien Entleeren der Reaktionsbehälter (7) eine Rückführung (15) des betreffenden Reaktionsbehälters zum erneuten Befüllen und Einbringen in den Produktionsprozess erfolgt.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte oder granulierte Kohlenstoff (30) mittels einer gekapselten Technologie in Zwischenbehälter und aus diesen staubfrei in ein Silo (16) abgelagert wird.
11. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolyseofen (9) mit zugehörigem Reaktionsbehälter (7) als Herdwagenofen (9.1) oder Schachtofen (9.2) ausgeführt ist.
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