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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Rückgewinnung
von monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure, von
Styrol und/oder von monomeren Styrol-Derivaten aus entsprechende
Struktureinheiten aufweisendem Polymermaterial.
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Acrylat-Polymere,
zu denen vorwiegend aus Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigte
Acrylgläser
gehören,
werden unter anderem zur Herstellung langlebiger Gebrauchsgüter verwendet.
Hierzu werden häufig
Formverfahren benutzt, in deren Verlauf Abfallpolymer anfällt. Aus
diesem Grund, aber auch zur Wiederverwertung von gebrauchten polymeren, Altstoffen
ist eine Aufarbeitung sinnvoll. Entsprechendes gilt für Polystyrol
und für
styrolhaltige Copolymere sowie für
deren Aufarbeitung. Acrylat-Polymere, vor allem PMMA, Polystyrol
sowie styrolhaltige Copolymere lassen sich vorteilhafter Weise bei
bestimmten Temperaturen und Drücken
wieder vollständig
in entsprechende Monomere zerlegen.
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In
der Beschreibungseinleitung der
DE 198 43 112 A1 ist ein kontinuierlich ablaufendes
Verfahren zur PMMA-Depolymerisation beschrieben, bei dem der Kunststoff
zerkleinert in einen heißen
Extruder gegeben wird, in dem zwei dichtkämmende Schnecken mit selbstreinigender
Wirkung rotieren. Das PMMA depolymerisiert auf Grund der thermischen
und der mechanischen Scherung im Extruder. Das entstehende Methylmethacrylat
(MMA) wird in der Gasphase über
einen Entgasungsdom abgezogen und kondensiert. Der MMA-Gehalt im
Kondensat schwankt bei diesem Verfahren zwischen 89 Prozent und
97 Prozent, die Ausbeute an MMA liegt bei kleiner als 97 Prozent.
Die Erwärmung
des PMMA im Extruder erfolgt bei diesem Verfahren über Mantelwände. Mit
zunehmendem Reaktorvolumen verschlechtert sich jedoch das Verhältnis zwischen
Mantelfläche (und
damit beheizbarer Wandfläche)
und dem zu beheizenden Reaktorvolumen. Bei Großanlagen im industriellen Maßstab sind
somit sehr hohe Wandtemperaturen erforderlich, oder es muss mit
einem Rückgang
der Ausbeute gerechnet werden. Hohe Wandtemperaturen können zu
lokalen Überhitzungen
führen,
die wiederum zu der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten führen können, welche
die Reinheit des Monomers beeinträchtigen.
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Weiterhin
ist es ebenfalls aus der Beschreibungseinleitung der
DE 198 43 112 A1 bekannt, PMMA
mittels Wirbelschichtpyrolyse zu depolymerisieren. Als Wirbelgut
wird Quarzsand der Körnung 0,3
bis 0,7 mm verwendet. Zur Aufrechterhaltung der Wirbelschichtströmung ist
jedoch eine aufwändige strömungstechnische
Anlage erforderlich.
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In
der
DE 198 43 112
A1 wird vorgeschlagen, das Polymermaterial in einem Reaktor
mit heißem mechanisch
verwirbelten Feststoff (Wärmeträger) in Kontakt
zu bringen und die dabei entstehenden Dämpfe abzuleiten und zu kondensieren.
Dabei wird der bereits heiße
Wärmeträger kontinuierlich
an einem Ende des Reaktors zugeführt
und am anderen Ende der abgekühlte
Wärmeträger ausgetragen.
Als Wärmeträger werden
anorganische feinkörnige
Feststoffe mit einer Korngröße zwischen
0,1 und 5 Millimeter oder natürlich
vorkommende oder synthetisch erzeugte Oxide auf der Basis von Silizium,
Aluminium, Magnesium, Zirkonium oder auch Mischungen aus diesen
Elementen vorgeschlagen.
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Bei
diesem Verfahren sind daher eine separate, von dem Reaktor getrennte
Heizeinrichtung und eine Einrichtung zum Ein- und Austragen des
Wärmeträgers in
den Reaktor hinein bzw. aus dem Reaktor heraus erforderlich. Auch
ist das Austragen des Wärmeträgers aus
dem Reaktor mit der Verweilzeit des Polymermaterials und damit mit
der Dynamik der Depolymerisation zu koordinieren, um die erwünschte Ausbeute
an Monomer zu erhalten.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Anordnung zur Rückgewinnung
von monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure, von
Styrol und/oder von monomeren Styrol-Derivaten aus entsprechende Struktureinheiten
aufweisendem Polymermaterial anzugeben, die es ermöglichen,
bei geringem prozesstechnischem Aufwand eine effektive Wärmeübertragung
auf das Polymermaterial und eine weitgehend homogene Temperaturverteilung
zumindest in Teilbereichen des Reaktorraums zu erhalten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Polymermaterial in einem beheizten Reaktor mit einem Wärmeträger in Kontakt
gebracht, werden der Wärmeträger und
das Polymermaterial in dem Reaktor bewegt und wird in dem Reaktor
entstehendes Gas aus dem Reaktor abgeleitet, welches das Monomer
enthält. Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass die Depolymerisation auch ohne aufwändige Wirbelschichttechnologie
zu guten Ergebnissen führt,
wenn der Wärmeträger eine
Vielzahl von kugelförmigen
Partikeln aufweist.
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Dementsprechend
wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung
vorgeschlagen, in einem beheizbaren Reaktor zur Erzeugung des Monomergases
eine solche Vielzahl von kugelförmigen
Partikeln vorzusehen. Dabei ist eine Bewegungseinrichtung vorhanden
zur Bewegung eines die kugelförmigen Partikel
und das Polymermaterial aufweisenden Bewegungsgutes in dem Reaktor.
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Die überraschende
Wirkung der kugelförmigen
Partikel auf die Depolymerisation liegt vermutlich darin begründet, dass
die Kugeln gegenüber
anders geformten Partikeln besonders leicht gegeneinander, gegen
Oberflächen
des Reaktors und etwaiger darin angeordneter Einrichtungen (z. B.
Heizung und/oder Bewegungseinrichtung) sowie gegen das Polymermaterial
verschieblich sind und sich daher besonders gut untereinander und
mit Teilen des Polymermaterials mischen. Daher kann eine effektive
Wärmeübertragung
von der Heizung auf das Polymermaterial und eine weitgehend homogene
Temperaturverteilung zumindest in Teilbereichen des Reaktorraums erreicht
werden.
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Für die Größe der Kugeln
hat es sich in Versuchen als günstig
erwiesen, wenn der Durchmesser im Bereich von 0,075 mm bis 0,25
mm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm, liegt. In diesem
Größenbereich
hat die einzelne Kugel einerseits noch eine für die Depolymerisation erhebliche
Wärmekapazität und ist
andererseits – ähnlich wie
ein Teilchen einer Flüssigkeit – besonders
leicht verschieblich.
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Die
Bewegungseinrichtung kann unterschiedliche Ausgestaltungen haben.
Insbesondere kommen alle dem Fachmann geläufigen Varianten in Betracht,
wie z. B. bewegte oder rotierende Wände oder bewegte sonstige Teile
des Reaktors. Auch kann die Bewegungseinrichtung beispielsweise
ein Teil oder mehrere Teile aufweisen, die eine mechanische Schwingung
und/oder eine stetig fortgesetzte lineare (auch gekrümmte) Bewegung
ausführen
und dabei eine Bewegung des Bewegungsgutes im Reaktor erzeugen und/oder
aufrechterhalten. Bevorzugt werden Bewegungseinrichtungen mit einer
oder mehreren rotierenden Wellen, die insbesondere mit schaufelartig
gebogenen und/oder anderen Mischwerkzeugen versehen sind. Die Welle/n
kann bzw. können
sich z. B. in horizontaler oder vertikaler Richtung erstrecken.
Günstig
für ein
gutes Mischergebnis ist z. B. ein Mischwerk mit in vertikaler Richtung
verlaufender Welle in einem Reaktorbehälter, an der zumindest ein
in radialer Richtung der Welle abragendes Mischwerkzeug befestigt
ist. Diese Ausführungsform
erlaubt eine kontinuierliche Bewegung zumindest eines Teils des
Bewegungsgutes, wobei auf Grund der kugelförmigen Partikel eine ständige Mischbewegung
innerhalb des Bewegungsgutes abläuft.
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Vorzugsweise
verbleiben die kugelförmigen Partikel
während
der Depolymerisation im Reaktor und werden nicht – wie in
der
DE 198 43 112
A1 beschrieben – an
einem Ende des Reaktors zugeführt und
an einem gegenüberliegenden
Ende ausgetragen. Ein Verbleiben im Reaktor vereinfacht den Prozess
erheblich. Auch kann in diesem Fall die in der
DE 198 43 112 A1 beschriebene
relativ aufwändige und
verlustträchtige
Erwärmung
des Wärmeträgers außerhalb
des Reaktors vermieden werden (siehe hierzu den folgenden Absatz).
Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass die kugelförmigen Partikel
im Reaktor verbleiben. Auch mit anderen Ausführungsformen der Erfindung
kann auf einfache Weise eine gegenüber konventionellem Wärmeträger verbesserte
Durchmischung erzielt werden bzw. mit einfacheren Mitteln dieselbe
Durchmischung erzielt werden. Insbesondere reichen geringere Antriebsenergien
und eine dementsprechend leistungsschwächere Bewegungseinrichtung
sowie eine geringere Heizleistung aus. Lokale Überhitzungen mit den oben genannten
negativen Effekten werden vermieden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
findet eine direkte, vorzugsweise elektrische Beheizung des Reaktors
oder zumindest von Teilen des Reaktors statt. Zum Beispiel wird
eine nach innen, zum Reaktorinnenraum weisende Fläche einer
Außenwand
des Reaktors und/oder wird zumindest ein Teil einer im Reaktor angeordneten
Bewegungseinrichtung beheizt. Insbesondere ist zumindest ein Teil
des Reaktors oder innerhalb des Reaktors wärmeleitend mit einer Heizung
verbunden, wobei das Teil während des
Bewegungsvorganges der kugelförmigen
Partikel wiederholt mit einzelnen der Partikel in Berührung kommt.
Auf diese Weise wird mit Hilfe der Partikel ein guter Wärmeübertrag
auf das Polymermaterial erreicht.
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Wenn
das Polymermaterial Acrylverbindungen aufweist, liegt die durchschnittliche
Temperatur der Partikel des Wärmeträgers in
dem Reaktor insbesondere im Bereich von 250 bis 600 Grad Celsius,
im Fall der Rückgewinnung
von MMA vorzugsweise unterhalb von 425 °C, der Selbstentzündungstemperatur
von MMA. Später
noch erläuterte
Versuche haben gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren selbst
bei solch niedrigen Temperaturen hohe Ausbeuten bei ebenfalls hoher
Reinheit des Monomers erzielbar sind.
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Bei
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Polymermaterial
während
seiner Verweilzeit in demselben Reaktorbehälter erwärmt und depolymerisiert. Dabei
ist es nicht – wie
beispielsweise aus der
DE
31 46 194 A1 bekannt – erforderlich,
das Polymermaterial in einem dem eigentlichen Reaktorraum vorgeschalteten
Erwärmungsraum
vorzuwärmen,
da auf Grund der kugelförmigen
Partikel eine besonders schnelle Wärmeübertragung von der Heizquelle
auf das Polymermaterial stattfindet und da eine besonders gleichförmige Temperaturverteilung
realisiert werden kann.
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Die
Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche einstufige Erwärmung beschränkt. Vielmehr
kann das Polymermaterial beispielsweise bereits in einem dem Reaktor
zugeordneten Vorlagebehälter
erwärmt werden
oder bereits erwärmt
in einen solchen Vorlagebehälter
eingebracht werden.
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Vorzugsweise
bestehen die kugelförmigen Partikel
aus einem an der Rückgewinnung
des Monomers nicht reaktiv beteiligten Material. Hierdurch kann
eine Aufarbeitung des Wärmeträgers vereinfacht
oder sogar vermieden werden. Z. B. ist Stahl als Material für die kugelförmigen Partikel
gut geeignet. Besonders bevorzugt wird Edelstahl, insbesondere chrom-
und nickelhaltiger Stahl, etwa 18/10 Cr/Ni- Stahl (V2A-Stahl) oder
17/12/2 Cr/Ni/Mo- Stahl (V4A-Stahl).
Bereits einfacher Stahl hat eine ausgeprägte Elastizität, sodass – bei entsprechender
mechanischer Anregung durch die Bewegungseinrichtung – zu der
leichten Verschieblichkeit auch noch sprungartige Bewegungen der
einzelnen Partikel hinzukommen, die die Wärmeverteilung beschleunigen. Darüber hinaus
ist Edelstahl als Material besonders gut geeignet, weil es gegen
chemische Reaktionen mit einer Vielzahl der in oder zusammen mit
dem Polymermaterial in den Reaktor eingetragenen Stoffe beständig ist.
Kugeln aus V2A-Stahl oder V4A-Stahl können zudem kostengünstig hergestellt
werden.
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Bevorzugtermassen
findet die Depolymerisation in einer Schutzgasatmosphäre statt,
z. B. in einer Stickstoffatmosphäre.
Dabei kann der Druck im Reaktor unter, auf oder über Umgebungsdruck (in der Regel
gleich Atmosphärendruck
der Erdatmosphäre) liegen.
Im Fall eines Überdruckes
beträgt
dieser z. B. bis zu 133,3 hPa (100 Torr). Höhere Überdrücke sind zwar ebenfalls von
der Erfindung mit umfasst, bedeuten aber in der Praxis einen gerätetechnischen
Mehraufwand. Vorzugsweise liegt der Überdruck im Bereich von 50
bis 80 hPa (37,5 bis 60 Torr), insbesondere von 65 bis 70 hPa (48,75
bis 52,5 Torr). Im Fall eines Unterdruckes kann dieser z. B. 80
bis 133,3 hPa (60 bis 100 Torr) unter Umgebungsdruck betragen. Auch
hier sind höhere
Drücke
(d. h. geringere Absolutdrücke)
möglich.
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In
besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schleuseneinrichtung
zum Einbringen des Polymermaterials in den Reaktor vorgesehen, wobei die
Schleuseneinrichtung eine Schleusenkammer aufweist. Weiterhin sind
eine erste, an einer Eintrittsseite der Schleusenkammer angeordnete
Schließvorrichtung
und eine zweite, an einer Austrittsseite der Schleusenkammer angeordnete
Schließvorrichtung
vorhanden. Eine Evakuierungseinrichtung und eine Gas-Befülleinrichtung
sind mit der Schleusenkammer kombiniert, sodass bei geschlossener
erster und zweiter Schließvorrichtung
Gas aus der Schleusenkammer evakuierbar und die Schleusenkammer mit
dem Schutzgas befüllbar
ist. Auf diese Weise kann wiederholt jeweils eine Menge Polymermaterial bei
geöffneter
erster Schließvorrichtung
in die Schleusenkammer eingebracht werden, die Schleusenkammer evakuiert
werden, das Schutzgas in die Schleusenkammer eingeleitet werden
und dann nach Öffnung
der zweiten Schließvorrichtung
das Polymermaterial in den Reaktor eingebracht werden.
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Dadurch
dass sich das Polymermaterial bereits in einer Schutzgasatmosphäre befindet,
unmittelbar bevor es in den Reaktor eingebracht wird, kann ein direktes
Befüllen
des Reaktors mit Schutzgas entfallen. Insbesondere kann der Reaktor
dadurch besser gegen Wärmeverluste
isoliert werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft
näher erläutert. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die
einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen schematisch:
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1 eine Anlage zum Rückgewinnen
von monomeren Stoffen aus Polymermaterial,
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2 einen beheizten Reaktor
zur Erzeugung von Monomer enthaltendes Gas aus dem Polymermaterial
von oben,
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3 eine Anordnung von kugelförmigen Partikeln,
die von einem Mischwerkzeug bewegt werden,
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4 die Anordnung gemäß 3 zu einem späteren Zeitpunkt
der Bewegung und
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5 eine Schleuseneinrichtung,
die beispielsweise dem in 1 dargestellten
Reaktor vorgeschaltet ist und dem Einschleusen von Polymermaterial
in den Reaktor dient.
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Die
in 1 dargestellte Anlage
dient beispielsweise der Depolymerisation und der Rückgewinnung
von MMA. Sie kann jedoch – gegebenenfalls unter
Anpassung des Druckes und der Temperatur in einem Reaktor 1 der
Anlage – alternativ
für die
Rückgewinnung
von anderen monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter
Acrylsäure,
von Styrol und/oder von monomeren Styrol-Derivaten eingesetzt werden.
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Bei
der im Folgenden beschriebenen Anlage handelt es sich wie bereits
erwähnt
um ein Ausführungsbeispiel.
Einzelne oder mehrere Anlagenbestandteile können durch andere Bestandteile
ersetzt werden. Insbesondere können
die im Folgenden beschriebene Zuführung des Polymermaterials
in den Reaktor, der Reaktor selbst und/oder die Aufbereitung des
aus dem Reaktor abgeleiteten Monomergases in anderer Weise ausgeführt werden.
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Das
zu depolymerisierende Polymermaterial befindet sich in einem Vorlagebehälter 23,
an dessen Auslass eine Dosiereinrichtung 21 ansetzt. Über die Dosiereinrichtung 21 gelangt
das Polymermaterial in eine Schleusenkammer 19. Ein Beispiel
für eine Schleuseneinrichtung
wird noch näher
anhand von 5 erläutert. Die
Schleuseneinrichtung und die Schleusenkammer 19 dienen
dem Einschleusen des Polymermaterials in den Reaktor 1,
sodass der Depolymerisationsvorgang in einer Schutzgasatmosphäre stattfinden
kann.
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Über eine
Einfüllöffnung 14 des
Reaktors 1 wird das Polymermaterial in den Reaktor 1 eingebracht.
Bei dem in 1 dargestellten
Reaktor 1 handelt es sich um einen beheizten Reaktor mit
einer in horizontaler Richtung orientierten kontinuierlich angetriebenen
Welle 3, von der in radialer Richtung der Welle 3 eine
Vielzahl von Armen 11 abragt. An dem aus Sicht der Welle 3 gegenüberliegenden
Ende der Arme 11 ist jeweils ein Mischwerkzeug 13 angeordnet,
das beispielsweise eine wie dargestellt im Querschnitt dreieckige
Form aufweist. Die Mischwerkzeuge, zu denen auch die Arme gezählt werden
können,
können
auch eine andere Ausgestaltung haben, z. B. eine Schaufelform und/oder eine
am Ende des jeweiligen Arms ansetzende Vielzahl von Mischelementen.
Je nach Art und Größe der verwendeten
kugelförmigen
Partikel (Wärmeträger) und/oder
je nach Art und Größe von Teilen
des Polymermaterials wird das geeignete Mischwerkzeug ausgewählt. Beispielsweise
kann das Polymermaterial vor dem Einbringen in den Reaktor in unterschiedlicher
Weise aufbereitet werden, insbesondere in unterschiedlich große Stücke und/oder
Formen zerteilt werden. Ein gängiges
und geeignetes Verfahren ist das Schreddern von größeren Teilen
des Polymermaterials in Stücke
mit Abmessungen von wenigern Millimetern bis mehreren Zentimetern.
Aufgrund der kugelförmigen
Partikel kann die Depolymerisation bei guten Ausbeuten und hoher
Reinheit mit unterschiedlichen Größen und Formen des Polymermaterials
durchgeführt
werden.
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2 zeigt eine alternative
Ausgestaltung des Reaktors, nämlich
einen Reaktor 51 mit einer vertikal orientierten rotierenden
Welle 53 und mit einer Mehrzahl (hier drei) unmittelbar
an der Welle 53 ansetzenden schaufelförmigen Mischwerkzeugen 63,
die in radialer Richtung von der Welle 53 abragen. Die
lineare geradlinige Darstellung der Mischwerkzeuge 63 ist
schematisch zu verstehen. Bei Ausführungsformen kann eine Krümmung des
Mischwerkzeuges 63 in vertikaler und/oder horizontaler
Richtung realisiert sein.
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2 zeigt (aus Gründen der Übersichtlichkeit
der Darstellung nur in einem der drei durch die Mischwerkzeuge 63 unterteilten
Sektoren des Reaktors 51) ein von den Mischwerkzeugen 63 bewegtes Bewegungsgut 65 mit
Polymermaterialstücken 66 und
Kugeln 67. Aufgrund ihrer Form können sich die Kugeln 67 leicht
gegeneinander und relativ zu den Polymermaterialstücken 66 bewegen.
Es findet also kein mechanisches Verhaken oder Verklemmen innerhalb
des Bewegungsgutes 67 statt. Um eine besonders gute Beweglichkeit
innerhalb des Bewegungsgutes zu gewährleisten, wird bevorzugt,
dass das Gesamtvolumen der Kugeln in dem Reaktor größer ist
als das Gesamtvolumen der noch festen Polymermaterialstücke, insbesondere
mindestens doppelt so groß ist.
Ein Anbacken oder Verhaken der Polymermaterialstücke aneinander wird somit weitestgehend
vermieden.
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Weiterhin
wird bevorzugt, Kugeln aus Edelstahl zu verwenden, da insbesondere
bei PMMA ein Anbacken des Polymermaterials an den Kugeln dann nicht
stattfindet. Die hohe Beweglichkeit der Kugeln hilft aber in jedem
Fall zu verhindern, dass das Polymermaterial an den Mischwerkzeugen,
an anderen Teilen der Bewegungseinrichtung und/oder an den Reaktorwänden anbackt.
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Wie
in 2 angedeutet ist,
weist der Reaktor 51 eine elektrische Heizung 59 zumindest
an der seitlichen Reaktorwand auf. Vorzugsweise werden die seitlichen
Reaktorwände
und der Boden im Wesentlichen vollflächig und/oder mittels einer
gleichmäßig entlang
der Wandfläche
verteilten Heizeinrichtung beheizt. Nicht nur in diesem konkreten
Beispiel kann z. B. eine konventionelle elektrische Widerstandsheizung
und/oder eine induktiv wirkende Heizeinrichtung verwendet werden.
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Bei
dem in 1 dargestellten
Reaktor 1 wird der beispielsweise kreisrunde Außenmantel
des Reaktors 1 vollflächig
durch eine Heizeinrichtung 9 beheizt. Um gute Laufeigenschaften
der Welle 3 auf Dauer zu erhalten, kann die Welle 3 mit
einer Wellenkühlung 5 kombiniert
werden.
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In
dem Reaktor 1 wird das Polymermaterial aufgrund der Mischbewegung
und aufgrund der in dem Reaktor 1 vorhandenen Kugeln in
kurzer Zeit aufgeheizt und depolymerisiert. Die Zeit, die ein Stück PMMA
typischerweise bis zum vollständigen Übergang
in die monomere Gasphase benötigt,
liegt abhängig
von der mittleren Kugeltemperatur im Bereich von fünf bis sechzig
Sekunden.
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Das
gasförmige
MMA wird durch eine Gasöffnung 15 des
Reaktors 1 und eine Monomergasleitung 25 in eine
Abscheidevorrichtung 27 abgeleitet, in der Zuschlagstoffe,
wie z. B. Farbpigmente, abgeschieden werden. Wie in 1 dargestellt ist die Abscheidevorrichtung 27 insbesondere
ein Zyklon. Die Zuschlagstoffe können
aus der Abscheidevorrichtung 27 mittels einer Pumpe 29 über eine
Abführleitung 28 abgeführt werden.
Neben dem MMA und den Zuschlagstoffen gelangt auch Schutzgas (hier
Stickstoff) in die Abscheidevorrichtung 27. Das Schutzgas wird
später
von dem MMA getrennt oder zusammen mit dem MMA abgeleitet.
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Über eine
Leitungsverbindung 31 wird das MMA/Schutzgas-Gemisch in
eine Abkühlvorrichtung 33 (beispielsweise
einen Quencher) geleitet, in dem das noch heiße Gasgemisch mit einem Teil
von bereits vorher abgekühltem
und rückgeführtem Kondensat
mittels einer Düse
wie in einer Dusche besprüht
und in sehr kurzer Zeit abgekühlt
wird. Hierdurch können
die Ausbeute und Reinheit des Monomers noch gesteigert werden. Feststoffablagerungen,
die auf sonst üblichen
Kühlern
entstehen können,
sind deutlich reduziert. Für
die Rückführung ist die
Abkühlvorrichtung 33 über eine
Monomerableitung 35 mit einem Monomerbehälter 37 verbunden, in
den das abgekühlte
Monomer abgeleitet wird. Mittels einer Pumpe 41 wird ein
Teil des in dem Monomerbehälter 37 befindliche
Monomer über
eine Rückführleitung 40 zu
der Düse
der Höhevorrichtung
rückgeführt. In
der Rückführleitung 40 befindet
sich eine Durchlauf-Kühleinrichtung 43.
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Über eine
weitere, an dem Monomerbehälter 37 ansetzende
Leitung 38 wird angetrieben durch eine Pumpe 39 das
Monomer aus der Anlage abgeführt.
Durch eine mit der Leitung 38 verbundene Verbindungsleitung,
die mittels eines Ventils 47 absperrbar ist, ist eine zusätzliche
Rückführung in
die Abkühlvorrichtung 33 möglich. Hierzu
ist das andere Ende der Verbindungsleitung 46 mit demjenigen
Teil der Rückführleitung 40 verbunden,
der in Flussrichtung jenseits der Durchlauf-Kühleinrichtung 43 liegt. Über die
Steuerung des Ventils 47 und eine dementsprechende Mischung
von rückgeführtem Monomer unterschiedlicher
Temperatur kann die resultierende Temperatur an der Düse der Abkühlvorrichtung 33 gesteuert
werden.
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3 und 4 veranschaulichen nochmals einen wesentlichen
Effekt der erfindungsgemäßen Kugelform
der Wärmeträger-Partikel.
Wie durch einen in der Darstellung nach unten weisenden doppellinigen
Pfeil angedeutet ist, wird eine an einem Mischwerkzeug 63 anliegende
Kugel 68 bewegt und überträgt die Bewegung
auf zwei weitere an ihr anliegende Kugeln 69, 70.
Die resultierende Bewegung der Kugeln 69, 70 ist
durch zwei Pfeile dargestellt. Im Ergebnis streben die Kugeln 69, 70 bei
sehr geringem Bewegungswiderstand auseinander und ermöglichen
ein leichtes Hindurchtreten der Kugel 68 (wie in 4 dargestellt). Entsprechende
Bewegungen der Kugeln sind auch unter ebenso geringem Bewegungswiderstand
relativ zu Polymermaterialstücken möglich.
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5 zeigt eine Schleuseneinrichtung 22, die
beispielsweise in der Anordnung gemäß 1 dem Reaktor 1 vorgeschaltet
werden kann. Ein Einfüllstutzen 20,
der beispielsweise an der in 1 dargestellten
Dosiereinrichtung 21 ansetzt, mündet in die Schleusenkammer 19 der
Schleuseneinrichtung 22. An der Eintrittsseite der Schleusenkammer 19 ist eine
erste, im Beispiel obere Schließvorrichtung
angeordnet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schleuseneinrichtung 22 mittels
eines hin und her beweglichen Verschlussteils 80 den Einfüllstutzen 20 verschließen kann.
Allgemein ist die Schließvorrichtung 71 so
ausgestaltet, dass die Schleusenkammer eintrittsseitig gasdicht
abgeschlossen werden kann. An der Austrittsseite der Schleusenkammer 19,
hier unterhalb der Schleusenkammer, befindet sich eine zweite Schließvorrichtung 72,
die beispielsweise ebenfalls über
ein hin und her bewegliches Verschlussteil 81 eine Polymerzuleitung 17 zu
dem Reaktor verschließen
kann. Auch die zweite Schließvorrichtung 72 ist
so ausgestaltet, dass sie den Behälter 19 (hier austrittsseitig)
gasdicht verschließen
kann.
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Weiterhin
setzt an der Schleusenkammer 19 eine Gasleitung 74 an,
die mit einem Hauptventil 78 kombiniert ist. Aus Sicht
der Schleusenkammer 19 jenseits des Hauptventils 78 befindet
sich ein T-Stück 75,
an dem sich die Gasleitung 74 in einen oberen Ast und in
einen unteren Ast verzweigt. In dem oberen Ast ist eine Pumpe 76 angeordnet.
In dem unteren Ast ist ein Schutzgasventil 79 angeordnet.
Der untere Ast mündet
beispielsweise in die in 1 dargestellte
Schutzgaszuleitung. Der obere und der untere Ast müssen nicht
wie in der Figur dargestellt nach oben bzw. nach unten führen, sondern
können in
jede geeignete Richtung führen.
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Während des
Depolymerisationvorganges, insbesondere während des Betriebes der in 1 dargestellten Anlage oder
einer anderen Anlage, wird der Reaktor wiederholt mit einer Menge
Polymermaterial gefüllt.
Hierzu wird zunächst
durch den Einfüllstutzen 20 die
Menge Polymermaterial in die Schleusenkammer 19 eingefüllt. Dabei
ist die zweite, untere Schließvorrichtung 72 geschlossen.
Nach dem Einbringen des Polymermaterials wird auch die erste, obere
Schließvorrichtung 71 geschlossen.
Anschließend
wird das Hauptventil 78 geöffnet (falls es nicht bereits
offen ist) und wird mittels der Pumpe 76 Gas (insbesondere
Luft) aus der Schleusenkammer 19 evakuiert. Dabei ist das
Schutzgasventil 79 geschlossen. Danach wird die Pumpe 76 abgeschaltet
und falls erforderlich zusätzlich
der obere Ast der Gasleitung 74 abgesperrt. Weiterhin wird
dann bei geöffnetem
Hauptventil 78 und bei geöffneten Schutzgasventil 79 Schutzgas
bis zu einem gewünschten
Druck in die Schleusenkammer 19 eingeleitet. Dabei wird vorzugsweise
ein Enddruck in der Schleusenkammer 19 erreicht, der höher als
der Druck des Schutzgases in dem Reaktor ist. Hierdurch können einerseits Schutzgasverluste
aus dem Reaktor durch Ableiten des Monomer/Schutzgas-Gemisches aus
dem Reaktor ausgeglichen werden und andererseits ein Ausströmen des
Monomer/Schutzgas-Gemisches durch die Polymerzuleitung in die Schleusenkammer 19 verhindert
werden.
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Nach
Erreichen des Enddruckes in der Schleusenkammer 19 wird
die zweite, untere Schließvorrichtung 72 geöffnet und
somit die Menge Polymermaterial in den Reaktor eingebracht.
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Im
Folgenden werden noch Versuchsbeispiele für die Auslegung und Durchführung des
Depolymerisationsvorganges in einem Reaktor beschrieben.
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Beispiel
1: Es wurde ein Schaufelreaktor mit 280 mm Durchmesser und 400 mm
Länge gewählt. In
diesen Reaktor wurden zwölf
Kilogramm Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 0,2 mm als Wärmeträger eingefüllt. Während der
Depolymerisation betrugen die mittlere Kugeltemperatur 456 Grad
Celsius, der auf Erdatmosphärendruck
auf Meereshöhe bezogene Überdruck
des Schutzgases in dem Reaktor (im Beispiel Stickstoff) 66,7 hPa
(ca. 50 Torr) und die Drehzahl der Welle des Schaufelreaktors 100 U/min.
Mit einem Anlagenaufbau wie in 1 dargestellt
wurde eine Ausbeute an MMA von 97 bei einer Reinheit von 98,5 %
erreicht.
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Beispiel
2: Es wurde entsprechend wie bei Beispiel 1 verfahren, jedoch wurden
zwanzig Kilogramm der Stahlkugeln in den Reaktor eingefüllt und eine
mittlere Kugeltemperatur von 380 Grad Celsius eingestellt. Die MMA-Ausbeute
betrug 98 % bei einer Reinheit von 99 %.
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Beispiel
3: Der Versuch wurde wie im Beispiel 2 beschrieben durchgeführt, jedoch
wurde der Prozess bei einer mittleren Kugeltemperatur von nur 320
Grad Celsius gefahren. Die MMA-Ausbeute betrug 98,5 % bei einer
Reinheit von 99 %.