DE202013002610U1 - Mixed fuel granule - Google Patents

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Abstract

Mischbrennstoffgranulat mit definierten, an einen thermo-chemische Umwandlungsprozess angepassten Eigenschaften, hergestellt aus sortenreinen und/oder nicht sortenreinen Reststoffen und/oder Abfallfraktionen mit jeweils polymerreichen, thermoplastischen Bestandteilen sowie einer festen und/oder flüssigen Stofffraktion, gekennzeichnet durch ein definiertes Mischungsverhältnis und fester Form unter Einbindung dieser Stofffraktionen in die als Binder dienenden, aufgeschmolzenen polymeren thermoplastischen Bestandteile, wobei der Aufschmelz-, Misch- und Granulierungsvorgang in einem beheiztem Mischer erfolgt und die heißen Granulate abschließenden in einer geeigneten Kühlvorrichtung abgekühlt werden.Mixed fuel granules with defined, adapted to a thermo-chemical conversion process properties, produced from unmixed and / or non-pure residues and / or waste fractions with polymer-rich thermoplastic components and a solid and / or liquid material fraction, characterized by a defined mixing ratio and solid form below Integration of these material fractions in the serving as a binder, molten polymeric thermoplastic components, wherein the melting, mixing and granulation process is carried out in a heated mixer and the hot granules final cooling in a suitable cooling device.

Description

Die Neuerung betrifft ein festes Mischbrennstoffgranulat, das aus Rest- und Brennstoffen besteht, und in seinen Brennstoffeigenschaften wie bspw. die mechanische Stabilität an die Anforderungen thermo-chemischer Umwandlungsprozesse angepasst ist.The innovation relates to a solid mixed fuel granules consisting of residual and fuels, and is adapted in its fuel properties such as, the mechanical stability to the requirements of thermo-chemical conversion processes.

Energiepolitische Maßnahmen und immer stärker drohende Umweltprobleme führen dazu, dass in den letzten Jahren der Wiederverwertung und energetischen Nutzung von Reststoffen weltweit immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Demzufolge sind auch innerhalb der EU gesetzliche Vorschriften erlassen worden, die zur Folge haben, dass heizwertreiche Reststofffraktionen nicht mehr deponiert werden dürfen und somit einer Verwertung zugeführt werden müssen. Gemäß der Vorschrift steht dabei zunächst die Wiederverwertung bspw. bei Kunststoffen durch thermische Granulierung und neues Vergießen/Extrudieren, im Vordergrund. Dies ist jedoch bei vielen nicht sortenreinen Reststoffen nicht möglich, wodurch als nächste Verwertungsstufe die energetische Verwertung durch den Einsatz bspw. in nur wenig effizienten Müllverbrennungsanlagen (MVA) erfolgt. Die Folge ist, dass teils sehr hochwertige und heizwertreiche Reststofffraktionen bei nur geringer energetischer Ausnutzung verbrannt werden und somit deren energetisches Potenzial ungenutzt bleibt.Energy policy measures and increasingly threatening environmental problems mean that more and more attention has been paid to the recycling and energetic use of waste materials in the last few years. As a result, legal regulations have also been issued within the EU which mean that residues of high calorific value can no longer be landfilled and thus have to be recycled. In accordance with the provision, the first step is recycling, for example, in the case of plastics by thermal granulation and new casting / extrusion, in the foreground. However, this is not possible with many non-sorted residues, which is the next recovery stage, the energy recovery through the use, for example, in only a few efficient waste incineration plants (MVA). The consequence is that some very high-quality and high-calorific waste fractions are burned with only low energy utilization and thus their energetic potential remains unused.

Eine Steigerung der Effizienz von Anlagen zur thermo-chemischen Umwandlung kann erreicht werden, wenn Brennstoffe eingesetzt werden, die definierte und homogene Eigenschaften bezüglich der chemischen und physikalischen Parameter wie bspw. Heizwert oder Partikelfestigkeit vorweisen. Im Hinblick auf polymerreiche, thermoplastische sortenreine und nicht sortenreine Abfallfraktionen bzw. deren Bestandteile, welche bspw. zurzeit als Abfallprodukt der Kunststoffindustrie oder dem Automobilrecycling anfallen, kann dies erreicht werden, indem diese ggf. zerkleinert werden und mit einem anderen festen oder flüssigen Stoff wie bspw. einem eindeutig bekannten und sortenreinen Stützbrennstoff in geeigneter Stückigkeit vermischt werden. Die Vermischung führt zur Homogenisierung der thermo-chemischen Umwandlungseigenschaften und ermöglicht ebenfalls weitere negative Eigenschaften des Abfallbrennstoffes, bspw. durch Zugabe eines Katalysators und/oder eines Additivs, auszugleichen und/oder bestimmte Eigenschaften einzustellen.An increase in the efficiency of thermo-chemical conversion plants can be achieved by using fuels which have defined and homogeneous properties with regard to the chemical and physical parameters, such as calorific value or particle strength. With regard to polymer-rich, thermoplastic pure and non-sorted waste fractions or their constituents, which, for example, currently incurred as a waste product of the plastics industry or automobile recycling, this can be achieved by these are comminuted if necessary and with another solid or liquid substance such as ., a clearly known and unmixed support fuel are mixed in a suitable piece. The mixing leads to the homogenization of the thermo-chemical conversion properties and also allows further negative properties of the waste fuel, for example by adding a catalyst and / or an additive to compensate and / or set certain properties.

Um hohe Wirkungsgrade zu erreichen, besteht somit die Notwendigkeit über einen homogenen und definierten Brennstoff zu verfügen. Ein gängiges Aufbereitungsverfahren zur Veredelung von Reststoffen und Reststoff-, Brennstoffgemischen, welche häufig über sehr heterogene Eigenschaften sowie teils über geringe Schüttdichten verfügen, ist die Kompaktierung durch aufbringen von Druck wie bspw. bekannt geworden aus den Verfahren nach den Patentschriften P 33 24 159.7, P 36 08 885.4, DE 39 00 644 A1 , P 1 771 433.9-45, DE 33 14 764 C2 oder DE 34 45 503 A1 . Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Formgebung führen zwar dazu, dass der Brennstoff kompakter und physikalisch beständiger wird, jedoch bleiben die heterogenen und ungünstigen Eigenschaften des Brennstoffes erhalten. Weiterhin sind die Varianten der Kompaktierung energieintensiv und besonders im Hinblick auf unterschiedliche Mischungsverhältnisse und Polymerbestandteile nur wenig flexibel. Eine Veränderung des Mischungsverhältnisses oder des Brennstoffs macht, aufgrund der sich ändernden physikalischen Eigenschaften wie Reibwert oder Schüttdichte, bei Verwendung einer Matrizenpresse in der Regel einen Wechsel der Pressmatrize erforderlich. Insbesondere ist die Pelletierung von polymerreichen Fraktionen und Fraktionen mit sehr geringen Schüttdichten wie bspw. Reststoffen aus der Automobilherstellung mit Schüttdichten kleiner 100 g/dm3 mit gewöhnlichen Ring- oder Flachmatrizen-Pelletpressen problematisch.In order to achieve high efficiencies, there is thus the need to have a homogeneous and defined fuel. A common treatment process for refining of residues and residue, fuel mixtures, which often have very heterogeneous properties and partly low bulk densities, the compaction by applying pressure such as is known from the methods according to the patents P 33 24 159.7, P 36 08 885.4, DE 39 00 644 A1 , P 1 771 433.9-45, DE 33 14 764 C2 or DE 34 45 503 A1 , Although these known molding methods and devices result in the fuel becoming more compact and physically more stable, the heterogeneous and unfavorable properties of the fuel are retained. Furthermore, the variants of compacting are energy-intensive and, especially with regard to different mixing ratios and polymer components, are only slightly flexible. A change in the mixing ratio or the fuel, due to the changing physical properties such as friction coefficient or bulk density, usually requires a change of the pressing die when using a die press. In particular, pelleting of polymer-rich fractions and fractions having very low bulk densities, such as automotive residues having bulk densities less than 100 g / dm 3, is problematic with ordinary ring or flat die pellet presses.

Aus den oben aufgeführten Gründen entsteht somit das Bedürfnis nach einem energieextensiven Verfahren zur Aufbereitung von Reststoffen zur Nutzung als Brennstoff. Als ein alternatives Produktionsverfahren eignet sich hier die Produktion von Mischbrennstoffen als festes Granulat in einem beheizten Mischer, vorzugsweise ausgeführt als Trogmischer, letzterer bekannt aus DE 50 2009 002 429.0 .For the reasons listed above, there is thus a need for an energy-intensive process for the treatment of residues for use as fuel. As an alternative production method here is the production of mixed fuels as solid granules in a heated mixer, preferably designed as a trough mixer, the latter known from DE 50 2009 002 429.0 ,

Verfahren zur Granulierung oder zum Agglomerieren von Stoffgemischen mit oder ohne Polymeranteil oder reiner Polymere in Mischern sind z. B. aus den Patentschriften DE 10 2011 005 519.3 , DE 44 40 769 C2 , DE 195 00 174 C1 , DE 50 2009 002 429.0 , DE 42 36 446 A1 oder DE 43 33 876 C2 hinreichend bekannt. Weiterhin ist die Herstellung von Presslingen, Pellets, Granulaten oder Agglomeraten aus thermoplastischem Material sowie von Mischungen aus thermoplastischem Material und Fasern aus anderem Material mittels Schneckenextrudern bekannt, DE 22 65 520 C2 oder DE 10 2004 035 260 A1 .Methods for granulation or agglomeration of mixtures with or without polymer content or pure polymers in mixers are, for. B. from the patents DE 10 2011 005 519.3 . DE 44 40 769 C2 . DE 195 00 174 C1 . DE 50 2009 002 429.0 . DE 42 36 446 A1 or DE 43 33 876 C2 well known. Furthermore, the production of compacts, pellets, granules or agglomerates of thermoplastic material as well as mixtures of thermoplastic material and fibers of other material by means of screw extruders is known, DE 22 65 520 C2 or DE 10 2004 035 260 A1 ,

Die Herstellung von Granulaten als Mischbrennstoff in einem beheizten Mischer unter Verwendung von thermoplastischen Reststoffen als Binder ist jedoch neuartig. Die vorteilhafte Neuerung besteht ferner darin, dass durch die Anwendung eines von außen elektrisch, bspw. induktiv, beheizten oder durch Abwärme aus Industrieprozessen oder durch eine Feuerung beheizten Mischer-Systems, vorzugsweise auf Basis eines Trogmischers mit drehendem und/oder feststehendem Mischwerkzeug und/oder mit drehendem und/oder feststehendem Mischergehäuse, die zugegebenen leicht schmelzbaren thermoplastischen Polymerbestandteile erweichen bzw. aufgeschmolzen werden. Durch Zugabe eines weiteren oder mehrerer Stoffe wie bspw. eines Brennstoffs, Additivs oder Katalysatormaterials wie bspw. CaCO3 (Kalk) werden somit im Mischer diese zugegebenen Stoffe durch die aufgeschmolzenen Polymerbestandteile eingebunden und durch den Mischvorgang zu Agglomeraten mit homogener Zusammensetzung hergestellt, welche nach dem Abkühlen zu einem beständigen Granulat erstarren. Die erweichten Reststofffraktionen dienen in diesem Verfahren als Binder sowie als heizwertreicher Brennstoff. Als Resultat liegt somit nach dem Abkühlen ein homogenes dichtes und festes Mischbrennstoffgranulat vor, das je nach Zusammensetzung bspw. direkt als Holzpelletersatz im bestehenden Wärmemarkt verwertet werden kann. Weiterhin bietet die Neuerung den Vorteil, dass durch die Abstimmung der jeweils verwendeten Mischungsverhältnisse des Brennstoffs eine Parameteranpassung bspw. durch Einstellen des Heizwertes, der Transport- und Dosierfähigkeit an die optimal notwendigen Parameter eines thermo-chemischen Konversionsprozesses erfolgen kann. Das nunmehr staubfreie und entmischungsbeständige Mischbrennstoffgranulat kann somit optimal an die Bedürfnisse von thermo-chemischen Umwandlungsprozessen angepasst werden. Alternativ zu einem Mischer ist auch der Einsatz anderer Systeme denkbar wie bspw. ein beheiztes Drehrohr.However, the production of granules as a mixed fuel in a heated mixer using thermoplastic residues as a binder is novel. The advantageous innovation further consists in that by the application of an electrically from the outside, for example. Induction, heated or heated by waste heat from industrial processes or by a furnace mixer system, preferably based on a trough mixer with rotating and / or fixed mixing tool and / or with rotating and / or fixed mixer housing, the added easily fusible Thermoplastic polymer components soften or melted. By adding one or more substances such as, for example, a fuel, additive or catalyst material such as CaCO 3 (lime), these added substances are incorporated in the mixer by the molten polymer components and produced by the mixing process to agglomerates with a homogeneous composition, which after the Cool to a stable granules solidify. The softened residual fractions serve in this process as binder as well as high-calorific fuel. As a result, after cooling, a homogeneous dense and solid mixed fuel granules are present, which, depending on the composition, can be utilized, for example, directly as a wood pellet set in the existing heating market. Furthermore, the innovation offers the advantage that by adjusting the respective mixing ratios of the fuel used, a parameter adjustment can be carried out, for example, by setting the calorific value, the transportability and metering capability to the optimally required parameters of a thermo-chemical conversion process. The now dust-free and unmixed mixed fuel granules can thus be optimally adapted to the needs of thermo-chemical conversion processes. As an alternative to a mixer, the use of other systems is conceivable, such as, for example, a heated rotary tube.

Die Herstellung des neuartigen Mischbrennstoffgranulats wird anhand der 1 beschrieben. Dem Mischer 1 mit dem drehbaren Mischerbehälter 7 und dem drehbaren Mischwerkzeug 9 wird der Stoffstrom 4, der thermoplastische Bestandteile enthält und der Stofffraktionsstrom 5, der weitere Stoffe enthält, zugeführt. Dem Mischer 1 wird Wärme 3 zugeführt. Durch die Bewegung des Mischguts 2 durch das Mischwerkzeug 9 und/oder den Mischerbehälter 7 erfolgt die Granulierung. Nach Beendigung des Mischvorgangs wird das Mischgranulat 2 in einer geeigneten Abkühlvorrichtung 8 abgekühlt; sinngemäß wird das Mischgut bei einem Konti-Mischvorgang ständig entnommen und abgekühlt.The preparation of the novel mixed fuel granules is based on the 1 described. The mixer 1 with the rotatable mixer tank 7 and the rotary mixing tool 9 becomes the material flow 4 containing thermoplastic ingredients and the stock fraction stream 5 , which contains other substances supplied. The mixer 1 will heat 3 fed. By the movement of the mix 2 through the mixing tool 9 and / or the mixer tank 7 the granulation takes place. After completion of the mixing process, the mixed granules 2 in a suitable cooling device 8th cooled; mutatis mutandis, the mix is constantly removed and cooled in a continuous mixing process.

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Claims (8)

Mischbrennstoffgranulat mit definierten, an einen thermo-chemische Umwandlungsprozess angepassten Eigenschaften, hergestellt aus sortenreinen und/oder nicht sortenreinen Reststoffen und/oder Abfallfraktionen mit jeweils polymerreichen, thermoplastischen Bestandteilen sowie einer festen und/oder flüssigen Stofffraktion, gekennzeichnet durch ein definiertes Mischungsverhältnis und fester Form unter Einbindung dieser Stofffraktionen in die als Binder dienenden, aufgeschmolzenen polymeren thermoplastischen Bestandteile, wobei der Aufschmelz-, Misch- und Granulierungsvorgang in einem beheiztem Mischer erfolgt und die heißen Granulate abschließenden in einer geeigneten Kühlvorrichtung abgekühlt werden.Mixed fuel granules with defined, adapted to a thermo-chemical conversion process properties, produced from unmixed and / or non-pure residues and / or waste fractions with polymer-rich thermoplastic components and a solid and / or liquid material fraction, characterized by a defined mixing ratio and solid form below Integration of these material fractions in the serving as a binder, molten polymeric thermoplastic components, wherein the melting, mixing and granulation process is carried out in a heated mixer and the hot granules final cooling in a suitable cooling device. Mischbrennstoffgranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stofffraktion aus brennbaren Substanzen, Additiven und/oder Katalysatormaterialien besteht.Mixed fuel granules according to claim 1, characterized in that the substance fraction consists of combustible substances, additives and / or catalyst materials. Mischbrennstoffgranulat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat unterschiedliche Mischungsverhältnisse zwischen den Reststoffen und/oder den Abfallfraktionen sowie den Bestandteilen der Stofffraktion aufweist.Mixed fuel granules according to claims 1 and 2, characterized in that the granules have different mixing ratios between the residues and / or the waste fractions and the constituents of the material fraction. Mischbrennstoffgranulat nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die brennbaren Substanzen der Stofffraktion vorzugsweise aus Biomasse und fossilen Energieträgern bestehen.Mixed fuel granules according to claims 1 to 3, characterized in that the combustible substances of the substance fraction preferably consist of biomass and fossil fuels. Mischbrennstoffgranulat nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat homogene Eigenschaften vorweist sowie rieselfähig und staubfrei ist.Mixed fuel granules according to claims 1 to 4, characterized in that the granules exhibit homogeneous properties and is free-flowing and dust-free. Mischbrennstoffgranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer als Trogmischer mit einem drehbaren oder feststehenden, horizontal oder schräg angeordnetem Mischbehälter und/oder drehbaren oder feststehenden Mischwerkzeugen ausgeführt ist, welche zentrisch und/oder exzentrisch angeordnet sind.Mixed fuel granules according to claim 1, characterized in that the mixer is designed as a trough mixer with a rotatable or fixed, horizontally or obliquely arranged mixing container and / or rotatable or fixed mixing tools, which are arranged centrally and / or eccentrically. Mischbrennstoffgranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer als direkt oder indirekt beheiztes Drehrohr mit oder ohne Einbauten ausgeführt ist.Mixed fuel granules according to claim 1, characterized in that the mixer is designed as a directly or indirectly heated rotary tube with or without internals. Mischbrennstoffgranulat nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung des Trogmischers mit Abwärme, einer induktiven Beheizung oder einer direkten oder indirekten Feuerung erfolgt.Mixed fuel granules according to claim 1 and 6, characterized in that the heating of the trough mixer with waste heat, an inductive heating or a direct or indirect firing takes place.
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