DE2108008A1 - Verfahren zur Beseitigung von Kunststoffabfällen und zur Wiedergewinnung der darin enthaltenen Metalle und Metallverbindungen in Form eines Konzentrats - Google Patents
Verfahren zur Beseitigung von Kunststoffabfällen und zur Wiedergewinnung der darin enthaltenen Metalle und Metallverbindungen in Form eines KonzentratsInfo
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/12—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of plastics, e.g. rubber
Description
Dipl.-lng. H. Sauerland ■ Dn.-lng. R. König
Patentanwälte - 4000 DcBi^e^i^Sacif^airee^S^Telefan 43S73s
18. Februar 1971 Unsere Akte: 26 436 IH/Schti/Fu.
PREUSSAG AKTIENGESELLSCHAFT - METALL 3380 Goslar, Rammelsberger Straße 2
"Verfahren zur Beseitigung von Kunststoffabfällen und zur Wiedergewinnung der darin enthaltenen Metalle und
Metallverbindungen in Form eines Konzentrats"
Die Erfindung betrifft .ein Verfahren, das die Gewinnung
von Metallen in freier oder in anorganisch gebundener Form aus Kunststoffabfällen und bei der Kunststoffherstellung
anfallenden Abfallprodukten, die nachfolgend als "Abfälle" bezeichnet werden sollen, unter Verbrennung
des organischen Grundmaterials ermöglicht.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Abfallbeseitigung durch Verbrennen bekannt. So ist es bekannt, Zellstofflauge
in einer Brennkammer mit Hilfe von tangential zugeführter Luft zu verbrennen.
Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einer oxydationsbeständigen
Flüssigkeit suspendierte oder gelöste Stoffe durch Verbrennung mit sauerstoffhaltigen Gasen
vernichtet werden. Danach erfolgt gleichzeitig die Verdampfung der nicht oxydierbaren Flüssigkeit und die Verbrennung
der darin gelösten oder suspendierten Stoffe in einem spiralförmig fließenden Gasstrom.
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Nach einem anderen Verfahren wild die Verbrennung von Müll, insbesondere von chemischen Rückständen, in einer
um ihre Längsachse rotierenden Trommel unter tangentialer Luftzuführung vorgenommen. Aus diesem Stand der Technik
ist jedoch keine Möglichkeit herzuleiten, Kunststoffabfälle unter gleichzeitiger Rückgewinnung der in ihnen
enthaltenen Metalle oder Metallverbindungen zu vernichten, ebensowenig wie die zur Lösung dieses Problems erforderlichen,
speziellen Maßnahmen.
Andererseits sind auch Verfahren zum Verbrennen von Kunststoffabfällen bekannt. Kunststoffabfälle und bei
der Kunststoffherstellung anfallende Abfallprodukte enthalten die zur Polymerisation oder Polykondensation verwendeten
Metallkatalysatoren sowie Stabilisatoren, die zum Teil Verbindungen sehr wertvoller und seltener Metalle
darstellen,, Diese Metalle gehen jedoch bei der konventionellen
Vernichtung von Kunststoff abfällen verloren, was zu großen wirtschaftlichen Nachteilen führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abfälle, die anorganische Stoffe in Form der freien Elemente oder
in organisch oder anorganisch gebundener Form enthalten, durch Verbrennung des Kunststoffmaterials zu vernichten
und gleichzeitig die Metalle oder Metallverbindungen in Form eines Konzentrats zu gewinnen. Erfindungsgemäß
soll die Wiedergewinnung dieser Metalle oder MetallverT
bindungen aus festen, pastösen oder flüssigen"Abfällen
durchgeführt werden und auch in Fällen ermöglicht werden, in denen der Gehalt des Kunststoffabfalls an dem anorganischen
Stoff kleiner als 1Jt ist.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Vernichten von Kunststo££äbfa"llen und zur Wiederge-
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winnung der darin enthaltenen Metalle und Metallverbindungen in Form eines Konzentrats dadurch gelöst, daß
feste, flüssige oder pastöse Kunststoffabfalle in eine
brennbare Form überführt, die organischen Bestandteile verbrannt, das entstandene Gemisch aus Verbrennungsgas
und Flugstaub abgekühlt werden und der die Metalle enthaltende Flugstaub als Metallkonzentrat abgetrennt
wird.
Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zu vernichtenden Abfälle in eine brennbare Form zu überführen, werden
feste und pastöse Runststoffabfälle geschmolzen und auf eine zur Verbrennung geeignete Temperatur erhitzt. Je
nach der Art der zu verbrennenden Kunststoffe und dem Gehalt an Füllstoffen, Streckmitteln u.dgl., kann es
vorteilhaft sein, dem Abfall vor der Verbrennung die Verbrennung fördernde Stoffe zuzugeben, wie insbesondere
Öle und andere leicht brennbare organische Materialien.
Die Verbrennung des verflüssigten Kunststoffabfalls erfolgt vorzugsweise unter Zerstäuben des verflüssigten
Abfalls mit Hilfe eines Sauerstoff enthaltenden Gases, vorzugsweise mittels vorgewärmter Luft. Durch Verbrennen
mit Hilfe von vorgewärmter Primärluft und Zusatz von Sekundärluft können die Temperatur und die Geschwindigkeit
der Verbrennung genau geregelt werden„
Das bei der Verbrennung anfallende Gemisch aus Verbrennungsgasen und Flugstaub wird zunächst vorteilhaft in
einem Wärmeaustauscher vorgekühlt und in einem diesem nachgeschalteten Kühler weiter abgekühlt. Danach wird
aus dem abgekühlten Gemisch der Flugstaub nach an sich bekannten Verfahren, vorzugsweise durch Abscheiden mit
Hilfe von Staubfiltern gewonnen.
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Dieser Flugstaub enthält die in dem Kunststoff ursprünglich
enthaltenden Metalle oder Metallverbindungen in konzentrierter Form, beispielsweise als Oxyde, Chloride
oder Sulfate. Die so gewonnenen Verbindungen der Metalle können in an sich bekannter Weise wieder in die
zur Kunststoffherstellung geeigneten Ausgangsmaterialien übergeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich grundsätzlich
zur Vernichtung aller brennbaren Kunststoffe, wie zoB.
Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyurethane, deren Abfallprodukte aus der Fertigung sowie von Abfällen,
die durch Zusatz von verbrennungsfordernden Stoffen brennbar gemacht werden und zahlreichen anderen Materialien.
Dabei ist es möglich, die bei der Herstellung dieser Kunststoffe verwendeten Katalysatoren sowie zugesetzte
Additive insbesondere Stabilisatoren, in Form von Oxyden oder anderen anorganischen Verbindungen zu gewinnen,
wie Titan-, Antimon-, Zinn-, Kobalt-, Germanium-Verbindungen u.dgl.
Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Diese Vorrichtung besteht
im einzelnen aus einem Schmelzbehälter für feste oder pastöse Abfälle, einem aus Brennkammer und Brenner
gebildeten Verbrennungssystem, einem Wärmeaustauscher
zum Kühlen des Gemisches aus Verbrennungsgasen und Flugstaub, einem diesem Wärmeaustauscher nachgeschalteten
Kühler, einem Filter zum Abscheiden des Flugstaubes und einem entsprechenden Fördersystem.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Gesamtanlage,
bestehend aus einem Schmelzbehälter 1, einem aus Brenner
2 und Brennkammer 3 bestehenden Verbrennungssystem, einem
Wärmeaustauscher 4, einem Kühler 5, einer Abscheidevorrichtung 6 für den Flugstaub und einem Fördersystem 7.
Fig. 2 zeigt das nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in einen Sandmantel eingebettete Fördersystem. Die Fördervorrichtung 7, beispielsweise eine
Pumpe, und die Rohrleitung 8 für den Kunststoffabfall befinden sich in einem Sandmantel 11, der von einem Isoliermaterial
9 und einem Blechmantel 10 umschlossen ist. Zum Beheizen des Sandes dient ein Heizelement 12. Der
Sand kann durch ein Entleerungsrohr 13 abgezogen werden.
Der in der Brennkammer 3 angeordnete Brenner (Fig» 3) besteht
aus einer äußeren Luftdüse 14 mit einem Lufteintrittsstutzen 15 und einer inneren, als Lanze ausgebildeten
Düse 16 für den Kunststoff, deren Austrittsöffnung 17 so in bezug auf die Austrittsöffnung 18 der Luftdüse
angeordnet ist, daß sich ein Ringspalt 20 ergibt. Die Luftdüse 14 ist an ihrem rückwärtigen Ende mit einem
Zuleitungsstück 21 verbunden, das zwei aufeinander senkrecht stehende Zuleitungskanäle 22 und 23 für den flüssigen
bzw«, verflüssigten Kunststoff besitzt» In den vorderen
Teil des Kanals 23 ist das rückwärtige Ende der Kunststoff düse 16 eingespannt. Die Regelung der Kunststoffbzw.
Brennstoff/Kunststoff-Zufuhr erfolgt über in den Zuleitungen 24, 25 zu den Kanälen 22, 23 liegende Dosierventile
26, 27. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Brenners besteht darin, daß die Regelung der
Kunststoffzufuhr mit den im Sandbett befindlichen und dadurch warmgehaltenen Dosierventilen 26, 27 erfolgt
und es demzufolge und wegen des einfachen Aufbaus der Kunststoffzuleitung 22 bis 25 nicht zu einem Verstopfen
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oder Verkleben der Düse kommen kann. Außerdem kann der Brenner 2 ohne Ausbau und Unterbrechung gereinigt werden,
wenn der flüssige oder verflüssigte Kunststoff über die Leitung 24 und den Kanal 22 zugeführt wird. In diesem
Falle kann nämlich ein am Stutzen 28 der Zuleitung 25 befindlicher Verschluß 29 geöffnet und der Kanal 23
sowie die Düsenlanze 16 mechanisch, gereinigt werden.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung und die Durchführung des erfindungs gemäß en Verfahrens sind aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Beispiels ersichtlich:
Fester Abfall wird direkt oder mit Hilfe einer Aufgabevorrichtung in einen Behälter 1 eingebracht„ Der Behälter
ist so konstruiert, daß flüssige und pastenförmige Abfälle entweder durch natürlichen Zufluß oder über
Fördereinrichtungen eingespeist werden können. Dem Behälter 1 und damit dem eingefüllten Abfall wird nach bekanntem
Verfahren, beispielsweise durch elektrische Beheizung, Warme zugeführt, um den Abfall zu schmelzen
und/oder auf eine bestimmte Temperatur und Viskosität zu bringen. Um bei festem Abfall das Schmelzen zu beschleunigen
und eine konstante Temperatur des geschmolzenen Materials zu erzielen, wird vorteilhaft durch Rühren
und/oder mit Hilfe von Umwälzpumpen durchmischt. Das Mischen ermöglicht auch die Zugabe von verbrennungsfördernden
Stoffen» Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Pumpen
so angeordnet, daß druckseitig der mit hoher Durchflußgeschwindigkeit austretende Flüssigkeitsstrahl aus geschmolzenem
Material auf ungeschmolzene, vor einem Rost liegende Abfälle auftrifft, wodurch diese geschmolzen,
fließfähig gemacht und/oder zerteilt werden«,
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Nach Einstellen einer zur Verbrennung geeigneten Temperatur, die vom Schmelzpunkt und der Viskosität der Kunststoffabfälle
abhängig ist, wird der flüssige oder geschmolzene Abfall über eine Förderleitung 8 dem Verbrennungssystem
zugeführt, das aus Brenner 2 und Brennkammer 3 besteht. Um ein Erstarren des Kunststoffes in
der Förderleitung 8 zu verhindern, sind die Förderleitung selbst sowie alle notwendigen Förder-, Sperr- und Siebvorrichtungen
mit einem Sandmantel 11 umgeben, dem gesteuert und geregelt Wärmeenergie zugeführt werden kann*
Durch diese Maßnahme gelingt es, die Verkokungsgefahr
durch örtliche Überhitzung auszuschließen. Außerdem wird bei undicht werdenden Teilen des Leitungssystems die
Brandgefahr durch den Sandmantel auf ein Minimum herabgesetzt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der unter bestimmtem Druck in den Brenner 2 eintretende
flüssige Abfall zerstäubt und mittels vorgewärmter Primärluft verbrannt. Gleichzeitig kann zentrisch—symmetrisch
zur Flammenrichtung Sekundärluft eingeblasen werden, um durch Luftüberschuß die Verbrennung
zu vervollständigen. Durch genaue Abstimmung der Sekundär- und Primärluftmenge läßt sich die Flammentemperatur
bei konstanter Flüssigkeitszufuhr einstellen.
Das Verbrennungssystem kann durch Verwendung eines Hilfsbrenners
beispielsweise eines Öl- oder Gasbrenners vorgewärmt werden. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine
Zündflamme geschaffen, durch die die Verbrennung eingeleitet und unterhalten wird.
Die Brennkammer 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem Stahlmantel und einer geeigneten Aus-
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mauerung, die unter den Verbrennungsbedingungen nicht mit dem Flugstaub reagiert. Als Brennkammerfutter sind
beispielsweise Steine aus Chrommagnesit, Schamotte, Dynas, Silika u.a. geeignet.
Der Brennkammer nachgeschaltet ist ein Wärmeaustauscher
4, der entweder unmittelbar oder über einen Kanal mit der Brennkammer 3 verbunden ist« In dem Wärmeaustauscher
4 wird das Gemisch aus Verbrennungsgasen und Plugstaub gekühlt und gleichzeitig die Primär- und Sekundärluft
vorgewärmt. Durch eine zusätzliche Vorrichtung, beispielsweise ein ein Wärmemedium führendes Rohrbündel, kann
in diesem Wärmeaustauscher die Wärmeenergie des Verbrennungsgas-Flugstaub-Gemisches
auch zu Heizzwecken genutzt werden. Der Wärmeaustauscher 4 erfüllt die Funktion, das
Verbrennungsgemisch so weit zu kühlen, daß die weitere Kühlung mit Hilfe eines nachgeschalteten Kühlers 5 aus
normalem Stahl erfolgen kann» Die Temperatur des Gemisches bei Austritt aus dem Kühler 5 ist so bemessen, daß in der
nachgeschalteten Abscheidevorrichtung 6, beispielsweise einem Schlauchfilter, einerseits die Unterschreitung des
Taupunkts vermieden,-andererseits eine Zerstörung des Filters durch zu hohe Temperaturen verhindert wird.
Der in dem Filter abgeschiedene Flugstaub enthält die im Kunststoff ursprünglich enthaltenen anorganischen
Stoffe in Form von Oxyden, Mischoxyden oder anderen Verbindungen, deren Art von dem eingesetzten Material abhängig
iste Sämtliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie auch das verwendete Filter, können
durch übliche Kontrollgeräte überwacht werden.
209835/0B31
Claims (12)
1.)Verfahren zur Beseitigung von Kunststoffabfällen und zur
^-^ Wiedergewinnung der darin enthaltenen Metalle und Metallverbindungen
in Form eines Konzentrats, dadurch ^ geken-n zeichnet , daß feste, flüssige oder "
pastöse Kunststoffabfall in- eine brennbare Form überführt,
die organischen Bestandteile verbrannt', das dabei entstehende Gemisch aus Verbrennungsgas und Flugstaub
abgekühlt und der an Metallen angereicherte Flugstaub abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß feste oder pastöse Kunststoffabfalle
vor dem Verbrennen geschmolzen und auf eine zur Verbrennung geeignete Temperatur erhitzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Jk gekennzeichnet , daß den Kunststoffabfällen
vor der Verbrennung die Verbrennung fördernde
Stoffe zugesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennung unter
Zerstäuben des verflüssigten Abfalls mit Hilfe vorgewärmter Primärluft erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennung in Gegenwart von
Sekundärluft erfolgt.
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- ίο -
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet
, daß die Sekundärluft ringförmig-zentrisch zur Richtung der Flamme zugeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß feste Abfälle vor dem
eigentlichen Schmelzen durch Behandlung mit einem Strahl aus bereits geschmolzenem Abfall zerteilt und/
oder verflüssigt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil der bei der
Verbrennung entstehenden Wärme zum Erhitzen der für die Verbrennung erforderlichen Luft verwendet wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch
einen Schmelzbehälter (1) für die Abfälle, ein aus Brennkammer (3) und Brenner (2) bestehendes Verbrennungssystem, einen Wärmeaustauscher (4) zum Kühlen des Gemisches
aus Verbrennungsgasen und Flugstaub, einen diesem
nachgeschalteten Kühler (5), einen Filter (6) zum Abscheiden des Flugstaubes und ein Fördersystem (7).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Pumpen, die den druckseitig erzeugten
Strahl aus geschmolzenem Abfall gegen festen, vor einem Rost liegenden Abfall drücken.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß das gesamte Fördersystem
(7) für den flüssigen Abfall in einen beheizbaren Sandmantel (11) eingebettet ist.
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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 Ms 11, dadurch gekennzeichnet , daß der
Brenner (2) aus einer in einem Zuleitungsstück (21) befestigten
lanzenförmigen Düse (16, 17) und einer konzentrischen, am Zuleitungsstück (21) befestigten äußeren
Luftdüse (14) besteht und im Zuleitungsstück (21)
rechtwinklig aufeinanderstehende Kanäle (22, 23) angeordnet sind.
209835/0531
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