DE2222267B2 - - Google Patents

Description

Zur Beseitigung von Abfällen, insbesondere Müll und Klärschlamm, unter Gewinnung eines als Brennstoff geeigneten Gases ist es bekannt — CH-PS 4 78 216 —, den Abfall zunächst luftzutrocknen und ihn anschließend in einem von außen beheizten Retortenofen auf mindestens 900 bis 1200⁰C zu erhitzen. Dabei wird der dort bearbeitete Abfall vergast; das Rohgas wird in einem Trockenreiniger gewissermaßen gefiltert, und das heiße gereinigte Gas wird in einem Wärmetauscher zur Gewinnung von Dampf gekühlt, und des gekühlte Gas steht dann als Heizgas zur Verfügung. Wenn das bekannte Verfahren überhaupt technisch durchführbar ist, dann nur mit der Einschränkung, daß die verarbeiteten Abfälle leicht verbrennbar sein müssen, insbesondere aber keine Polymerisate sind, bei deren Zersetzung gewöhnlich stark giftige Stoffe entstehen.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur umweltfreundlichen Umsetzung hochpolymerisierter fester Abfallstoffe, wie Polyäthylen, Polypropylen u. dgl. zu finden, wobei die Bindungsenergie der Polymerisate mit möglichst gutem Wirkungsgrad durch Umsetzung der Polymerisate in feste und flüssige Brennstoffe möglichst gut sein sollte. Wie erwähnt wird größter Wert darauf gelegt, den Umsetzungsvorgang umweltfreundlich durchzuführen, d. h., insbesondere die umgebende Luft in den Abgasen u. dgl. nicht mit Schadstoffen zu beladen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den technischen Mitteln, die insgesamt im Anspruch 1 angegeben sind. Erkennbar wird dabei von dem oben erörterten vorbekannten Verfahren ausgegangen, soweit es die Aufgabenstellung betrifft.

Es ist für den Fachmann weiter erkennbar, daß die zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte erforderlichen Apparaturen im wesentlichen für sich Stand der Technik sind. So beschreibt das Werk »Kunststoff-Extrudertechnik« von Schenkel, Karl Hanser Verlag München, 1963, auf S. 65 eine Einschneckenpresse mit einem Entgasungssystem, wobei allerdings die Presse als erstes Arbeitsglied einer Vorrichtung zum Herstellen von Gegenständen aus Kunststoff ist. Das Entgasungssystem wird dort angesprochen, weil bei solchen Schnecken in dort Uiierwünscnter Weise in relativ unzugänglichen Winkeln zwischen Gehäuse und Schnecke insbesondere giftige Gase entstehen, die möglichst unverzüglich aus der Einrichtung entfernt werden müssen. Die bekannte Schnecke hat dabei einen sich über die Arbeitsrichtung verjüngenden

,o und wieder verdickenden .Kerndurchmesser. Eine ähnliche Problematik wird in Band !6 des »Lexikon der Verfahrenstechnik« der Deutschen Verlagsanstalt Stuttgart (Herausgeber: Schiefer) unter dem Stichwort »Extruder« auf S. 135 angesprochen. Die DT-PS 3 27 379 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Destillieren von festem, kohlenstoffhaltigem Material, wobei eine Förderschnecke Anwendung findet, die jedoch nicht eine Kompressions- oder gar Zerkleinerungsfunktion haben muß, weil es sich bei dem hier beschriebenen bekannten Verfahren praktisch um das sogenannte »Cracken« handelt.

Die beiden Unteransprüche beschreiben zweckmäßige Vorrichtungen bzw. Teile von Anlagen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beiden Figuren der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren zeigen die Ausführungsbeispiele schematisch und teilweise im Schnitt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein im ganzen mit 11 bezeichneter Extruder einen relativ langen Zylinder 12 auf, in welchem eine drehbar gelagerte Schraubenwelle 13 angeordnet ist, wobei eine Heizeinrichtung 14 den Zylinder 12 umgibt. Am linken Ende des Zylinders 12 — bezogen auf F i g. 1 — ist ein Zuführungstrichter 15 vorgesehen, durch den das zu verarbeitende Material aufgegeben wird. Solches Material sind z. B. Abfallprodukte, Ausschuß, nicht vollständig polymerisierte Produkte oder ähnliche Gegenstände aus Hochpolymeren. Am rechten Ende des Zylinders 12 sind öffnungen 16 und 17 vorgesehen, durch welche erzeugte Gase abgezogen werden. Die öffnungen 16 und 17 stehen über Rohrstutzen 19 und 20 mit einer Sammelleitung 18 am anderen Ende in Verbindung. Nun können die verschiedenen Abfallprodukte aus Hochpolymeren verschiedene Zersetzungstemperaturen haben. Durch Anordnung zweier getrennter öffnungen 16 und 17 mit axialem Abstand werden Gase, die bei relativ niedriger Temperatur erzeugt werden, aus einer öffnung abgezogen, und Gase, die bei relativ höheren Temperaturen entstehen, werden aus der anderen öffnung abgezogen. Auf diese Weise erhöht man die Ausbeute an abgezogenen Gasen und verhindert Explosionen auf Grund zu hoher Gastemperaturen. Weiterhin werden die Gase mit niedrigeren Siedepunkten über den Anschluß 16 bis 19 abgezogen, und Gase mit höherem Siedepunkt über den Anschluß 17 bis 20. Die beiden Gasmengen werden dann in der gemeinsamen Sammelleitung 18 im wesentlichen homogen gemischt, wodurch die Gase dann in weiteren Verfahrensstufen in herkömmlicher Weise behandelt werden können.

Eine Luft- oder Wasserkühl-Einrichtung 21 weist nun eine Rohrleitung 22 auf, die um die Sammelleitung 18 herumgewunden ist; durch die Windungen fließt Wasser oder Luft. An der Kühlstation werden die gesammelten Gase sowohl gekühlt als auch in Gase bzw. Flüssigkeiten getrennt. An der Auslaßseite der Sammelleitung 18 ist ein Brennstoffsammeitank 23 vorgese-

hen, der die gesammelten Gase bzw. Flüssigkeiten aufnimmt Am rechten Ende des Zylinders 12 — Orientierung nach F i g. 1 — ist eine öffnung 24 vorgesehen, die zum Auslassen verbleibender Flüssigkeiten dient. Über eine Leitung 25 werden diese verbleibenden Flüssigkeiten abgezogen und in einer Anordnung 26 verfestigt, die somit Wachse, Paraffine u. dgl. aufnimmt. Um den Zylinder 12 herum ist ein Gehäuse 27 angeordnet, das parallel zur Achse des Zylinders verläuft. Innerhalb des Gehäuses 27 ist eine Heizeinrichtung 14 vorgesehen, die aus irphreren getrennten Stufen besteht Es können Dampfheizungen oder elektrische Heizungen verwendet werden. Die erste Heizstufe 14a hat eine Arbeitstemperatur von 160 bis 400°C; die zweite Heizstufe 146 arbeitet zwischen 400 und 600⁰C, und die dritte Stufe 14c zwischen 500 und 800⁰C. Jede dieser Heizstufen ist für sich einstellbar. Durch entsprechende Einstellung der Stufen erhält man drei Zonen x, y und ζ über der Länge des Zylinders 12: in der Zone χ wird geheizt, komprimiert, geschnitten und geschmolzen; in der Zone y wird geheizt, geschmolzen und zersetzt; die Stufe ζ ist eine Überheizstufe, in der im wesentlichen Zersetzungsvorgänge stattfinden.

Die Schraubenwelle 13 mit Schraubenförmig gewundenem Steg 28 hat einen in Verfahrensrichtung größer werdenden Durchmesser. Dadurch werden die zu verarbeitenden Abfälle zusammengedrückt und zerschnitten, während sie an der Welle 13 entlang zur Zone y laufen. Gleichzeitig wird auch Wärme durch innere Reibung erzeugt, wodurch man die von außen zuzuführende Wärme verringern kann. Derjenige Teil der Schraubenwelle 13, der in der Überheiz- und Zersetzungszone ζ angeordnet ist, ist nun im entgegengesetzten Sinne verjüngt, so daß also der Wellendurchmesser etwa von der Stelle der Öffnung 16 an wieder kleiner wird. Dies ergibt eine Verringerung des Druckes in der Zone z, wodurch die Zersetzung des noch nicht zersetzten Materials in der Zone ζ beschleunigt wird.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Nachdem man die Schraubenwelle 13 durch einen nicht gezeigten Motor od. dgl. in Drehung versetzt hat, wird das feste Material über den Aufgabetrichter 15 in den Zylinder 12 gefördert Das eingebrachte feste Material wird nun in der Zone χ komprimiert zum Teil zerrissen und geschmolzen. Sodann kommt das Material in die Zone y, wo eine vollständige Verflüssigung stattfindet und eine teilweise Zersetzung. In der folgenden Zone ζ wird die Flüssigkeit zum Teil verdampft. Die Gase mit relativ niedrigem Siedepunkt, die durch Zersetzung der Hochpolymere am Beginn der Zone ζ erzeugt wurden, fließen durch die Öffnung 16 und das Anschlußrohr 19 in die Sammelleitung 18. Diejenigen Gast., die einen höheren Siedepunkt haben, werden durch Zersetzung nahe dem Ende der Zone ζ erzeugt und fließen durch die öffnung 17 und den Anschluß 20 in die Sammelleitung 18, wo sie dann mit den weiter stromauf erzeugten Gasen gemischt werden, die einen niedrigeren Siedepunkt haben. Die im ganzen Extruder 11 erzeugten Gase fließen durch das Sammelrohr 18 zur Kühleinrichtung 21, wo sie auf eine solche Temperatur gekühlt <>o werden, daß sie einen gasförmigen Brennstoff oder einen flüssigen Brennstoff darstellen, der dann im Sammeltank 23 gesammelt wird. Die nicht zersetzten verbleibenden flüssigen Reste im Zylinder 12 fließen durch die öffnung 24 und das Rohr 25 in den Kühltank 26, wo ⁶S die Bestandteile verfestigt werden. Bei 26 werden also im wesentlichen Wachse, Paraffine u. dgl. gesammelt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist geeignet, mit einem minimalen Aufwand an Wärmeenergie im Extruder 11 solche Abfälle bzw. Reste aus hochpolymeren petrochemischen Stoffen zu verarbeiten, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Polystyren u.dgl. In anderen Worten heißt dies, daß am Extruder Il nur sehr geringe Wärmeverluste auftreten, weil er gasdicht ist und mit den zu verarbeitenden Abfällen so dicht gepackt gefüllt ist, daß kein leerer Raum im Arbeitsraum bleibt. In der Zone, in welcher die Umwandlung von Feststoffen in Flüssigkeiten stattfindet, werden die Abfälle mechanisch komprimiert und geschnitten, wodurch Wärme frei wird, so daß man also auch diese Wärme zur Verflüssigung ausnützen kann. Da man weiterhin die Zufuhr von zu verarbeitenden Abfällen beeinflussen kann, kann man praktisch die Gaserzeugung auf einem konstanten Wert halten. Mit Hilfe dieses Merkmals ist es möglich, die erzeugten Gase kontinuierlich in einfacher Weise und mit einfachen technischen Hilfsmitteln zu sammeln.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 weist das rechte Ende des Zylinders 12 eine Auslaßöffnung 29 auf, an welche sich eine Auspreßdüse 30 anschließt, die hinsichtlich ihrer Gestalt der öffnung 29 entspricht. An die Düse 30 ist ein Zersetzungsofen 31 aus feuertestem Werkstoff angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Funktion des Extruders 11 auf das Schmelzen der Kunststoffabfälle beschränkt: die Funktion des Zersetzens der geschmolzenen Abfälle wird vom Ofen 31 mit einem Wirkungsgrad vorgenommen, der größer ist als bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Innerhalb des Ofens 31 ist ein Endlosförderer 32 auf Zahnrädern 33 und 34 gelagert. Der Förderer ist so angeordnet daß sein oberes Trum sich in derselben Horizontalebene wie die öffnung 29 befindet. Ein Teil der Heizeinrichtung 35 ist im Bereich der Düse 30 angeordnet und bildet einen Teil der dritten Heizstufe 14c Um das Zersetzen der Abfälle zu beschleunigen, ist die Düse 30 gasdicht derart ausgebildet, daß man ein Vakuum oder eine inerte Atmosphäre in der Zone ζ aufrechterhalten kann, die von der dritten Heizstufe 14c gelieferte Temperatur ist innerhalb eines Bereiches von 600 bis 1000⁰C einstellbar. An den Zersetzungsofen 31 ist sowohl eine Gassammelleitung 18, als auch eine Leitung 25 am rechten Ende angeschlossen, welche verbleibende Flüssigkeit aufnimmt. Die Schraubenwelle 13 wird in Arbeitsrichtung gesehen derart dicker, daß ihr Durchmesser über den Zonen χ und y ansteigt. F i g. 2 zeigt dies ganz deutlich.

Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt: Nachdem man die Schraubenwelle 13 in der entsprechenden Richtung in Drehung versetzt hat, werden die zu behandelnden Kunststoffabfälle oder -gegenstände aus dem Vorratsbehälter 15 in den Zylinder 12 gegeben. Das eingeführte Gut wird in der Zone χ komprimiert und zerschnitten bzw. zerrissen und in die Heiz- und Schmelzzone y verbracht. Nach Durchlauf durch die Zone y wird das Gut durch die Düse 30 in die Zersetzungszone ζ gedruckt, in der eine sehr hohe Temperatur herrscht. Das in den Zersetzungsofen 31 eingeführte, teilweise geschmolzene. Gut wird dann mittels des Förderers 32 durch den Ofen 31 gefördert und dabei in Gase zersetzt. Dabei erzeugte Gase fließen durch die Sammelleitung 18 zur Kühlanordnung 21, wo sie auf Raumtemperatur abgekühlt werden, so daß das Ergebnis ein Gas und/oder ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit ist, welches im Tank 23 gespeichert wird. Verbleibende flüssige Teile, die nicht vergast wurden, werden

durch die Leitung 25 in den Apparateteil 26 verbracht, wo diese flüssigen Bestandteile verfestigt werden. Es handelt sich dabei im wesentlichen um Wachse, Paraffine u. dgl.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Extruder 11 und der Zersetzungsofen 31 als selbstständige Einheiten ausgebildet und mittels einer düsenartigen Öffnung 30 miteinander verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur die Hochpolymere zu zersetzen, die höhere Siedepunkte haben und die mithin nur durch den Extruder 11 schwer zu zersetzen wären, sondern auch die Gefahr zu vermeiden, daß die Bauteile des

Extruders 11, insbesondere Zylinder 12 und Schraubenwelle 13, durch die erzeugten Gase angegriffen werden. Diese Tatsache ist dann besonders wichtig, wenn die zu behandelndenAbfälle bzw. Gase chemisch sehr aggressiv sind. Da der Innenraum des Zersetzungsofens 31 gegen die Außenatmosphäre isoliert ist, kann man im Ofen 31 unter Vakuum oder in einer beliebigen inerten Atmosphäre arbeiten. Weiterhin ist es möglich, daß das zu behandelnde Gut in solcher Weise aufgegeben wird, daß ein konstantes Gasvolumen erzeugt wird, das dann in besonders einfacher Weise kontinuierlich gesammelt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umsetzung hochpolymerisierter fester Äbfallstoffe, wie Polyäthylen, Polypropylen, durch Wärme und spätere Kühlung der erzeugten Gase in gasförmige und flüssige Brennstoffe, d a durch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von beheizten Extrudern die Abfallstoffe in einer ersten Zone (X) durch Heizen und Komprimieren geschmolzen, in einer zweiten Zone (Y) höher beheizt und teilweise zersetzt und in einer dritten Zone (Z) unter Überhitzung in Unterdruck vergast werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Extruder in bekannter Weise eine öffnung (16) zum Abzug von Gasen relativ niedriger Temperatur vor der öffnung (17) zum Abzug der Heißgase angeordnet ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Extruder (11) über eine Düse (30) ein mit Endlosförderer (32) ausgestatteter Zersetzungsofen (31) anschließt.