DE202018005115U1

DE202018005115U1 - Vom Reststoff zum Rohstoff - Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Reststoffen in recycelt Carbon Black

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Publication number: DE202018005115U1
Application number: DE202018005115.2U
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Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2028-11-07

Abstract

Muster zur Verwendung aromatischer Polymere und/oder ungesättigte Aliphaten bei der Herstellung von diversen Industrieruß-Typen, dadurch gekennzeichnet, dass aromatische Polymere direkt und/oder als Lösung in organischen Lösungsmitteln den üblicherweise verwendeten Rußölen vor dem Herstellprozess von Industrieruß zugemischt werden

Description

Industrieruß ist ein wichtiges technisches Produkt, das durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in großen Mengen hergestellt wird. Im Jahr 2011 wurden 10,8 Millionen Tonnen produziert (http://de.wikipedia.org/wiki/Ruß)
Industrieruße können in Fahrzeugreifen, technischen Gummiartikeln, Lacken, Tonern, Druckfarben, Kunststoffen, Tinten und auf vielen weiteren Gebieten eingesetzt werden. Insbesondere bei Verwendung von Ruß als Pigment werden durch eine Nachbehandlung des Rußes bestimmte Merkmale verbessert.
Eine Nachbehandlung des Rußes kann beispielsweise eine Oxidation, eine Oberflächenbelegung mit chemischen Gruppen, eine Trocknung, eine Aktivierung durch Temperatur oder reaktive Gase, eine Vermischung mit anderen Pulvern, eine Vermahlung und ähnliches umfassen.
Dies Gebrauchsmuster erklärt die Umwandlung von kohlenstoffhaltigen, verketteten oder vernetzten Abfallprodukten zu Wertstoffen durch thermische Zersetzung, bei dem die in einen Reaktor geladenen Altreifen in einem geschlossenen System erhitzt und nach einer Behandlungszeit abgekühlt werden.
Die thermische Behandlung von Altreifen unter Luftabschluss ist bekannt.
Aufgrund des fehlenden Sauerstoffs findet eine Verbrennung der Abfallprodukte nicht statt, sondern die Abfallprodukte werden durch die thermische Behandlung reduzierend umgewandelt. Die umgewandelten Reststoffe sind allerdings regelmäßig nicht als Wertstoffe einsetzbar, sondern können allenfalls als niederwertige, granulierte Feststoffe, pulverförmige Zusatzstoffe usw. Verwendung finden. Nach der thermischen Zersetzung des Eingangsmaterials ist eine Nachbehandlung notwendig, um die anorganischen Stoffe vom Carbon Black zu entfernen.
In dem Gebrauchsmuster DE 20 2018 004 165 ist die Nachbehandlung beschrieben.
Eine übliche thermische Zersetzung bei 350-400 °C, führt nicht zu einer Gewinnung von Kohlenstoffgranulat mit anhängenden anorganischen Stoffen. Der Reinheitsgrad für den Wiedereinsatz des rCB ist daher erst zu messen nach der Behandlung, wie es im v.g. Gebrauchsmuster beschrieben ist.
In einem Reaktor werden die Reifen ohne Sauerstoffzufuhr behandelt / thermisch zersetzt. Dabei werden Gase abgeführt und verarbeitet. Konkrete Aufheiz- und Behandlungstemperaturen werden in dieser Schrift nicht genannt.
Es gibt diverse Patentschriften, in denen geschrieben steht, dass die felgenlosen Reifen zusammengebunden in den Reaktor gestapelt werden. Der Reaktor wird dann evakuiert, um Sauerstoff zu entfernen. Es ist vorgesehen, dass die Reifen gestapelt werden, um eine möglichst grosse Aufnahmekapazität zu gewährleisten. Es erfolgt eine ständige Aufheizung bis auf eine Endtemperaturen von 420 °C. Die Reaktor-Innentemperatur wird programmgesteuert. Das aus dem Reaktor abgezogene Gas wird kondensiert und weiterverarbeitet bis das Granulat aus dem Behälter entnommen werden kann.
Seit Mitte der 80er Jahre wurden Diskussionen über die Toxizität von Dioxinen und Furanen wegen den verbesserten analytischen Nachweismöglichkeiten geführt. Im Zuge von zahlreichen Untersuchungen zu Bildungsmechanismen und Herkunft von Dioxinen und Furanen (PCDD/F) wurden die Abfallverbrennung sowie die Sekundärmetallindustrie als Hauptquellen identifiziert.
Aufgrund der außerordentlich hohen Toxizität von PCDD/F beschloss der Bundesgesetzgeber relativ schnell drastische Maßnahmen zur deutlichen Verringerung der Emissionen an PCDD/F. Als Folge sanken binnen weniger Jahre die Gesamtemissionen an PCDD/F in Deutschland drastisch.
Für die Abfallverbrennung wurde Anfang der 90er Jahre die 17. BImSchV mit einem PCDD/F-Grenzwert von 0,1 ng TE/Nm³ beschlossen, der ab Ende 1996 auch für Altanlagen galt Verbrennungs- / Verschwelungsanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass die Temperatur der Verbrennungsgase, die in Verbrennungsanlagen bei der Verbrennung von Abfällen oder Stoffen, nach der letzten Verbrennungsluftzuführung mindestens 850 Grad C (Mindesttemperatur) beträgt bei > 2 sec.
Sobald kein Gas aus der thermischen Zersetzung mehr entsteht, wird der Reaktor auf ca. 80°C abgekühlt und entleert. Beim Aufheizen des Reaktors bis auf eine Temperatur von 130 ± 20 °C wird das aus dem Reaktor austretende Gas kondensiert und als Kondenswasser abgeleitet, danach wird das aus dem Reaktor austretende Gas durch Kühlung und Entspannung zu einem verwertbaren Öl kondensiert, der Reaktor wird dann auf eine Behandlungstemperatur von 310 ± 30·C eingestellt und auf dieser Behandlungstemperatur gehalten, die Reifen werden in dem Reaktor auf eine wie zuvor benannte Aufheiztemperatur aufgeheizt.
Es liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, dass behandlungsbedürftige Abgase nicht in nennenswerten Mengen auftreten und darüber hinaus eine Wertstoffgewinnung, insbesondere von Kohlenstoff, mit einem hohen Reinheitsgrad möglich ist.
Aus Altreifen ist unter der Voraussetzung der Nachbehandlung ein sehr reiner Kohlenstoff zugewinnen, dessen Reinheitsgrad über 90 % liegt. Das bei dem Verfahren anfallende Öl hat Eigenschaften von Heizöl und ist somit unmittelbar als Wertstoff verwendbar. Der mit dem Verfahren aus Altreifen gewonnene „reine“ Kohlenstoff ist nach der Behandlung mit Säure oder einem Plasmaverfahren als Carbon Black (rCB) für die Produktion neuer Reifen verwendbar.
Die Technologie wird vorzugsweise so durchgeführt, dass der mit den Reifen ohne jede Vorbehandlung beladene Reaktor in einer Heizkammer erhitzt wird, in der er an ein Gasabführungssystem angeschlossen wird, das außerhalb der Heizkammer mit einem Kühlsystem verbunden wird, um die Kondensation des Gases zu einem Öl vorzunehmen.
Der Temperaturabfall ist ein Indikator dafür, dass durch das Gasführungssystem immer weniger Gas hindurchgeleitet wird, bis kein Gas mehr entsteht. Mit Abschluss der thermischen Zersetzung ist ein weiterer Reaktor in den Ofen zu schieben; die Prozedur startet von vorn.
Der bereits beladene Reaktor wird vorgeheizt auf > 200 °C, womit Aufheizkosten in der Produktion im Rahmen der Energiebilanz gespart werden.
Der an das Gasabführungssystem angeschlossene Reaktor wird in der Heizkammer, deren Heizsystem aktiv geschaltet. In der Anfangsphase wird das aus dem Reaktor ausgetriebene Gas, das im Wesentlichen aus Luft und Wasser besteht, nicht über das Kühlsystem zur Gewinnung des Öls geführt, sondern in einer Abzweigleitung als Kondenswasser abgeführt. Erst wenn die Temperatur über 130 ± 20·C gestiegen ist, wird das Gasabführungssystem an das Kühlsystem angeschlossen, um bei dem bei etwa 230·°C im Reaktor beginnenden Vorgang aus dem nunmehr entstehenden Gas Öl zu gewinnen. Das Aufheizen des Reaktors wird nach den Erfahrungswerten mit einer Heiztemperatur der Heizkammer von 420 ± °C in einer Zeit zwischen 2 und 3 Stunden, vorgenommen, wobei die Heizkammer nach Erreichen der Zersetzungstemperatur ca. 1,5 Stunden auf der Heiztemperatur gehalten wird. Im Anschluss daran wird der Reaktor aus der Heizkammer entfernt und an ein eigenes Kühlsystem außerhalb der Heizkammer angeschlossen.
Durch das Öffnen der Heizkammer und den Austausch des heißen Reaktors gegen einen neuen beladenen Reaktor fällt die Temperatur in der Heizkammer von der Behandlungstemperatur auf ca. 250°C ab, die somit als Vorheiztemperatur für den nächsten Behandlungsprozess dient.
Der Prozess vom Einfahren des Reaktors in die Heizkammer bis zum Entleeren des Reaktors nach einer Abkühlung außerhalb der Heizkammer beträgt ca. 8 Stunden, wenn eine Beladung des Reaktors mit Altreifen in einer Masse von 3.000 kg vorgesehen wird.
Der Koks wird durch die Behandlung in einer mechanischen Wirbelstrommühle / Luftstrahlmühle auf eine Feinstpartikelgröße reduziert und kann dann bereits als Ölbindemittel, Zuschlagstoff für Baustoffe u.ä. verwendet werden. Durch eine weitere Endbehandlung der erzeugten Feinstpartikel mit dem Plasmaverfahren wird die von der Industrie gewünschte Qualität des hochwertigen Carbon Black aus dem Pyrolysekoks gewährleistet.
Das Öl wird durch eine Nachbehandlung durch Sedimentation mit einem Vertikal-Separator einer mechanischen Trenntechnik unterzogen, um einen hochwertigen Energieträger für Diesel- und Gasturbinen zu erzeugen. Durch die Sedimentation wird der Wasseranteil dem Öl entzogen.
Immissionsschutz - Es handelt sich um eine gegen die Umwelt gasdicht abgeschlossene Technologie

a) Luftverunreinigung - Nicht kondensierbare Restgase werden in der technischen Nachverbrennung thermisch bei > 850 ° C und einer Verweildauer von mind. 2 Sekunden beseitigt - EU Richtlinie 2010/75/EU, Artikel 50
b) Geräusche Während der Betriebszeiten treten Geräusche in der Halle durch Konvektions-Ventilatoren auf.

Das, während des Prozesses, entstehende Gas wird, in das mit der Austrittsöffnung des Reaktors verbundene Kühlsystem aus dem Ofeninnenraum in den Rohrkondensator geleitet, der durch freie Konvektion gekühlt wird. Der Kondensator ist aus Edelstahl gefertigt und mündet in einem „Entspanner“, in dem das evtl. nicht kondensierte Restgas seine Oberfläche vergrößern und dadurch weiter abkühlen und kondensieren kann.
Das kondensierte Öl wird in dem Öltank gesammelt. Der Öltank ist mit einer Rohrleitung über einen Gaswäscher mit der Nachbrennkammer verbunden, dabei werden Restgase in die Nachbrennkammer geleitet und verbrannt, sodass keine Geruchsbelästigung entsteht. In den Rohrleitungen zur Nachbrennkammer sind Rückschlagsicherungen installiert. Die Nachbrennkammer wird während des gesamten Prozesses auf > 850 °C gehalten. Hierdurch und durch die ausreichende Dimensionierung ist die Oxydation sämtlicher Kohlenwasserstoffe, die in die Nachbrennkammer gelangen, gewährleistet.
Die Nachbrennkammer ist direkt mit dem Ofeninnenraum verbunden, so dass alle im Ofeninnenraum anfallenden Brennergase in die Nachbrennkammer geleitet und durch thermische Nachverbrennung neutralisiert werden.
Der Ofeninnenraum ist zusätzlich mit einer Wasser-Sprinkler-Lösch-Anlage ausgerüstet, die im Falle einer erhöhten Temperatur im Ofen-Innenraum den Reaktor abkühlt.
Die Anlage entspricht der EG-Maschinen-Richtlinie 2006/42/EG sowie der EMV-Richtlinie 2004/108/EG, der Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG und der angewendeten harmonisierten Europäischen Normen DIN EN 746-2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202018004165 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 746-2 [0030]

Claims

Muster zur Verwendung aromatischer Polymere und/oder ungesättigte Aliphaten bei der Herstellung von diversen Industrieruß-Typen, dadurch gekennzeichnet, dass aromatische Polymere direkt und/oder als Lösung in organischen Lösungsmitteln den üblicherweise verwendeten Rußölen vor dem Herstellprozess von Industrieruß zugemischt werden
Muster zur Verwendung nach Anspruch 1 von kohlenstoffhaltigen, verketteten oder vernetzten Altreifen zu Wertstoffen durch thermisch Zersetzung dadurch gekennzeichnet, dass bei dem die in einen Reaktor geladenen Altreifen in einem geschlossenen System erhitzt und nach einer Behandlungszeit abgekühlt werden.
Muster nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass der beladene Reaktor in einer Heizkammer erhitzt wird, in der er an ein Gasabführungssystem angeschlossen wird, das außerhalb der Heizkammer mit einem Kühlsystem verbunden wird.
Muster nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Russölen, in die aromatische Polymere direkt eingetragen werden, um heißes flüssiges und hinreichend viskoses Material handelt.
Muster nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein kontinuierliches Abfallen der Temperatur in dem Gasabführungssystem unter einen vorgegebenen Wert als Signal für die Beendigung des Vorganges verwendet wird.
Muster nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Altreifen beladene Reaktor in die auf eine Vorheiztemperatur > 200°C vorgeheizte Heizkammer eingefahren wird.
Muster nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löslichkeiten der aromatischen Polymere in den Russölen durch vorausgehende Depolymerisation erhöht werden.
Muster nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor unmittelbar nach dem festgestellten Ende der des Zersetzungsprozesses aus der Heizkammer entfernt und außerhalb der Heizkammer an ein externes Kühlsystem für aus dem Reaktor austretende Gase angeschlossen wird.
Muster nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Entnahme des Reaktors und Einfahren eines neuen Reaktors von der Behandlungstemperatur abgefallene Temperatur als die Vorheiztemperatur verwendet wird.
Muster nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorheiztemperatur bei 250 ± 20 liegt.
Muster nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Reaktors außerhalb der Heizkammer auf 70 °C erfolgt und dass der Reaktor anschließend entladen wird.
Muster nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung des Reaktors mit 3.000 kg, vorzugsweise erfolgt.