DE2264922A1

DE2264922A1 - Vorrichtung zum umweltfreundlichen zersetzen von abfallstoffen, insbesondere polyaethylen, polypropylen und dergleichen

Info

Publication number: DE2264922A1
Application number: DE2264922A
Authority: DE
Inventors: Taizo Ayukawa; Toshio Inoue; Hideo Komori; Kyoichi Murakami; Toshihiko Ogawa; Kyohei Tsuchiya; Yoichi Tsukagoshi
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Current assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-05-06
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE2222267A1; US3947256A; SE398780B; DE2264921A1; IT965780B; DE2264921B2; DE2264922B2; DE2222267B2; FR2137664A1; SE398649B; SE394686B; SE7503397L; SE7503396L; DE2264921C3; FR2137664B1

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

K.K. Niigata Tekkosho y-ni-10a

18. Nov. 1974

Vorrichtung zum umweitfreundlichen Zersetzen von Abfallstoffen, insbesondere Polyäthylen, Polypropylen und dgl.

Das Problem der umweltfreundlichen und dabei halbwegs kostenmäßig tragbaren Zersetzung von hochpolymeren Kunststoffen ist bislang nicht gelöst. Es gibt wohl eine Menge Anregungen dafür, wie generell Abfallbeseitigung vorgenommen werden könnte, jedoch fehlen jegliche Hinweise darauf, wie man mit den Schwierigkeiten fertig werden soll, die sich aus den problematischen Eigenschaften der Zersetzungsprodukte von Hochpolymeren ergeben. So beschreibt die DT-PS 527 379 ein Verfahren zur kontinuierlichen Destillation von festem, kohlenstoffhaltigem Material, bei welchem eine Förderschnecke verwendet wird. Die sonst im wesentlichen offene Anlage läßt sich wegen der' Giftigkeit der Zersetzungsprodukte von Hochpolymeren schon aus diesem Grunde weder verwenden noch durch sinnvollen Aufwand brauchbar machen. Die CH-PS 478 216 beschreibt ein Verfahren insbesondere zur Beseitigung von Müll und Klärschlamm unter Gewinnung eines als Brennstoff geeigneten Gases, das im wesentlichen dem auch sonst bekannten "Cracken" entspricht. Auch dieses Verfahren läßt sich für die umweltfreundliche Zersetzung von Polymeren, insbesondere Mischabfällen aus solchen

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Stoffen nicht verwenden. Hier spielt insbesondere die bei der Zersetzung von Hochpolymeren in ihre Bestandteile auftretende Explosionsgefahr eine besondere Rolle.

Die Erfindung löst die sich aus den vorstehenden Erörterungen ergebende Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebenen technischen Mittel insgesamt. Besonders zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus der ausführlichen Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 der folgenden Figurenbeschreibung.

In der Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis 4 und 6 und 7 Vorrichtungen zur Durchführung des hier diskutierten Verfahrens; und

Fig. 5 eine Einzelheit der Kolbenpumpe mit Ventilanordnung nach Fig. 4.

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 15 angeordnet ist, wobei eine Heizeinrichtung 14 den Zylinder 12 umgibt. Am linken Ende des Zylinders 12 - bezogen auf Fig. 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

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Ende des Zylinders 12 sind öffnungen 16 und 17 vorgesehen, durch welche erzeugte Gase abgezogen werden. Die öffnungen Io und 17 stehen über Rohrstutzen I9 "und 2o 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 ander"". Öffnung abgezogen. Auf diese Weise erhöht man die Ausbeute an abgezogenen Gasen und verhindert Explosionen aufgrund zu hoher Gastemperaturen. Weiterhin werden die Gase mit niedrigeren Siedepunkten über den Anschluß 16 19 abgezogen, und Gase mit höherem Siedepunkt über den Anschluß 17 - 2o. Die beiden Gasmengen werden dann in der gemeinsamen Sammelleitung 18 im wesentlichen homogen gemischt, wodurch die Gase dann in weiteren Verfahrensstufen in herkömmliher Weise behandelt werden können.

Eine Luft- oder Wasserkühl-Einrichtung" 21 weist nun eine Rohrleitung 22 auf, die um die Sammelleitung l8 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 Brennstoffsammeltank 25 vorgesehen, der die gesammelten Gase bzw. Flüssigkeiten aufnimmt. Am rechten Ende des Zylinders 12 - Orientierung nach Fig. 1 - ist eine öffnung 2k vorgesehen, die zum Auslassen verbleibender Flüssigkeiten dient. Über eine Leitung 25 werden diese verbleibenden Flüssigkeiten abgezogen und in einer Anordnung 26 verfestigt, die somit Wach-Par^-'fi^e und dgl. aufnimmt. Um den Zylinder 12 herum

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ist ein Gehäuse 27 angeordnet, das parallel zur Achse des Zylinders verläuft. Innerhalb des Gehäuses 27 ist eine Heizeinrichtung 14 vorgesehen, die aus mehreren getrennten Stufen besteht. Eo können Dampfheizungen oder elektrische Heizungen verwendet werden. Die erste Heizstufe 14a hat eine Arbeitstemperatur von l6o-4co°C; die zweite Heizstufe 14b arbeitet zwischen 4oo und 6oo°C, und die dritte Stufe l4c zwischen 6oo und 8oo°C. 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 Schrauben-förmig 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 oder dgl. in Drehung versetzt hat, wird das feste Material über den Aufgabetrichter 15 in den Zylinder 12

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gefördert. Das eingebrachte feste Material wird nun in der Zone χ komprimiert, z.T. zerrissen und geschmolzen. Sodann kommt das Material in die Zone y, v/o eine vollständige Verflüssigung stattfindet und eine teilweise Zersetzung. In der folgenden Zone ζ wird die Flüssigkeit z.T. verdampft. Die Gase mit relativ niedrigem Siedepunkt, die durch Zersetzung der Hochpolymere am ßsginn der Zone ζ erzeugt '\rurden, flieiZcn durch die öffnung Io und das AnsehluErohr 19 in die Sin:rr.c !leitung lÜ. Diejenigen Gase, die einen höheren Siedepunkt haben, v.-erden durch Zersetzung nahe deir. Ende der Zone ζ erzeugt und fließen durch die öffnung 17 und den Anschluß 2o in die Sammelleitung 18, wo sie dann mit den weiter stromauf erzeugten Gasen gemischt- werden, die einen niedrigeren Siedepunkt habsn. Die irn ganzen Extruder 11 erzeugten Gase fließen durch das Sänne!rohr 13 zur Kühleinrichtung -21, wo sie auf eine solche Temperatur gekühlt werden, da3 sie einen gasförmigen Brennstoff oder einen flüssigen Brennstoff darstellen, der dann im Sammeltank 2J> gesammelt wix-d. Die nicht zersetzten verbleibenden flüssigen Reste im Zylinder 12-fließen durch die öffnung 24 und das Rohr 2p in den Kühltank 26, wo die Bestandteile verfestigt werden. Bei 26 werden also im wesentlichen Wachse, Paraffine und dgl. gesammelt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist geeignet, mit einem minimalen Aufwand an Wärmeenergie im Extruder 11 solche Abfälle bzw. Reste aus hochpolymere petrochemischen Stoffen zu verarbeiten, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polystyren und dgl. In anderen Worten heißt, dies, da.T am Extruder 11 nur sehr geringe Wärmeverluste auftreten, v/eil er gasdicht ist und mit den zu verarbeitenden Abfällen so dicht gepackt¹ gefüllt ist, daß kein

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leerer Raum im Arbeitsraum bleibt. In der Zone, in welcher die Umwandlung von Feststoffen in Flüssigkeiten stattfindet, werden die Abfälle mechanisch komprimiei-l. und geschnitten, wodurch Wärme frei wird, so daß man also auch diese Wärme zur Verflüssigung ausnützen kann. Da rr.an weiterhin die Zufuhr von zu verarbeitenden Abfüllen beeinflussen kann, kann man praktisch die Gaserzeugung auf einem konstanten Wert halten. Kit Hilfe dieces Merkmals ist es möglich, die erzeugten Gase kontinuierlich in einfacher Weise und mit einfachen technischen Hi lfsrr.it te In zu sammeln.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiei gemäß FIg · 2 weist das rechte Ende des Zylinders 12 eine Auslafiöffnuns 29 auf, an v.'elche sich eine Auspreßdüse 30 anschließt, die hinsichtlich ihrer Gestalt der öffnung 29 entspricht. An die Düse 3o ist ein Zersetzungsofen 31 aus feuerfester. Werkstoff angeschlossen. Bei diesem Ausführun^sbeispicl ist die Funktion des Extruders 11 auf das Schmelzen der Kunststoffabfalle beschränkt: die Funktion des Zersetzens der geschmolzenen Abfälle wird vom Ofen J>\ mit einem Wirkungsgrad vorgenommen, der größer ist als bei dem ersten AusfUhrungsbeispiel.

Innerhalb des Ofens 31 ist ein Endlosförderer 32 auf Zahnrädern 33 und 3*f gelagert. Der Schlitz-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 l4c. Um das Zersetzen der Abfälle zu beschleunigen, ist die Düse 3o gasdicht derart ausgebildet, daß man ein Vakuum oder eine inerte Atmosphäre in der Zone ζ aufrechterhalten kann. Die von der dritten Heizstufe 14c gelieferte

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Temperatur ist innerhalb eines Bereiches von 6oo-looo°C einstellbar. An den Zersetzungsofen J51 ist sowohl eine Gassar.rr.elieitung 13, als auch eine Leitung 25 am rechten Ende angeschlossen, welche verbleibende Flüssigkeit aufnimmt. Die Schraubenwelle Ij5 wird in Arbeitsrichtung ge-' sehen derart dicker, daß ihr Durchmesser über den Zonen χ urid y ansteigt. Fig. 2 zeigt dies ganz deutlich.

Dieses AusfUhrungsbeispiel arbeitet wie folgt: Nachdem r.an die Schraubenwelle IJ in der entsprechenden Richtung in Drehung versetzt hat, werden die zu behandelnden Kunstotoffabfälle oder -gegenstände aus dem Vorratsbehälter 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 Jo in die Zersetzungszone ζ gedrückt, in der eine sehr hohe Ter.peratur herrscht. Das in den Zersetzungsofen ^l eingeführte, teilweise geschmolzene, Gut wird dann mittels dos Schlitzförderers 32 durch den Ofen J>1 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 und dgl.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Extruder 11 und der Zersetzungsofen Jl als selbständige Einheiten ausgebildet und mittels einer düsenartigen Öffnung J>o miteinander verbunden. Auf diese v/eise ist es möglich, nicht

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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 behandelnden Abfälle 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 beliebigeil 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.

Im folgenden wird das AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 3 erläutert: An eine Düse 3o ist ein Drucktank 36 angeschlossen, in welchem ein Wärmeaustausch-Rohr 37 angeordnet ist. Der Innendruck im Tank 36 wird mittels einer Drehpumpe 38 auf ei-nem entsprechend niedrigen Wert gehalten, um dadurch die Zersetzung zu fördern. Mit 39 ist ein düsenartiger Abschnitt des Extruders 11 bezeichnet. 4o ist ein auf konstantem Druck gehaltene^r Tank, der die erzeugten Gase und Flüssigkeiten aufnimmt. An den Tank ist eine T-förmige Auslaßleitung ^l so angeschlos- . sen, daß ein Teil des gespeicherten Gases durch ein abzweigendes Rohr 42 mit Schließventil 43 in eine geeignete Brennkammer 44 zur Verbrennung in dieser abgeleitet werden kann, während der andere Teil der gespeicherten Gase über die Rohrleitung 45 und ein Abschlußventil 46 in einen Gasbrenner 47 kommt, der an eine Gasturbine oder Dampfturbine 48 gekoppelt ist. Die Turbine kann nun ihrerseits einen Generator 49 antreiben. Mit 50 bzw. 51

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ist ein Gebläse bzw. eine Rücklaufleitung bezeichnet. Ein Teil der heißen Abgase aus dem Brenner V? geht durch diese Rücklaufleitung 51 in die Wärmeaustausch-Rohrleitung yj zurück.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 arbeitet wie folgt: Die Kochpoiymerabfälle gelangen auf der rechten Seite der Fig. 3 durch den Trichter 15 in Berührung mit der Förderschnecke bzw. Schraubenwelle Ij5 des Extruders 11. Beim Durchlauf durch den Extruder 11 werden die Abfälle durch den in Arbeitsrichtung grüner werdenden Außendurchmesser der Welle 13 komprimiert und zerrissen bzw. zerschnitten, wobei durch Reibungswärme eine gewisse Erwärmung auftritt. Die Abfälle werden dabei zusätzlich von au3en her durch eine dreistufige Heizeinrichtung 14 geheizt und geschmolzen. Die Hochpolymere in Form einer dicken Flüssigkeit innerhalb der eigentlichen Düse 39 des Extruders 11 werden in eine Newton-Flüssigkeit mit niedriger Viskosität überführt, während sie durch die Düse J>o läuft und gelaizgt dann in den Wärme-speichernden Tank 3o mit geringerem Innendruck, der vermittels der Heizung 37 auf einer höheren Temperatur gehalten wird, als in dem länglichen Düsenabschnitt Jo herrscht. Die im flüssigen Zustand in den Tank 3o verbrachten Abfälle werden nun in diesem Tank unter verringertem Druck zersetzt. Dabei werden hochmolekulare Kohlenwasserstoffe in niedrig-molekulare Kohlenwasserstoffe zersetzt. Bei diesem Schritt wird Im Inneren des Tanks 36 mittels der Drehpumpe 38 nahezu ein Vakuum aufrechterhalten, so daß also die heißen erzeugten Gase nicht explosionsartig verbrennen können. Die so erzeugten Gase fließen durch das Abzugsrohr 18 zu einer Kühleinrichtung 21, wo sie etwa auf Raumtemperatur abgekühlt und in Gase und Flüssigkeiten zerlegt werden, die in dem unter konstantem Druck stehenden, gefluteten Tank

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aufbewahrt werden, nachdem sie durch die Drehpumpe 38 gelaufen Bind. Da die flüssigen Bestandteile im Tank 4o auf Wasser schwimmen, kann man diese flüssigen Bestandteile mittels eines nicht gezeigten Siphons oder dgl. abziehen und als flüssigen Brennstoff verwenden. Die im Tank 4o gespeicherten Gase werden nunmehr z.T. durch das Auslaßrohr 41 und die Abzweigung 42 sowie über das Ventil 43 in eine Verbrennungseinrichtung 44 gegeben, um dort zu verbrennen. Der andere Teil der Gase aus deir. Tank 4o wird über das Ventil 46 in den Gasbrenner 47 geleitet, der unmittelbar an eine Gasturbine oder Dampfturbine angeschlossen ist. Die Turbine treibt nun wiederum einen Generator 49, der seinerseits die elektrische Energie erzeugt, mit der man die Anlage z.T. betreiben kann. Neben der Versorgung von Instrumenten, Beleuchtung und anderen Teilen der Anlage kann auch noch elektrische S-nergie nach außen .abgegeben werden. Dieses Ausführur.gsbeispiel ist besonders dazu geeignet, jegliche petrochemische Hochpolymere zu behandeln, insbesondere aber sogenannte Kunststoffabfälle aus Haushalten, Industrieanlagen ,und dgl. Wichtig ist dabei, daß die sonst schwer bzw. nur unter erheblichem Kostenaufwand zu vernichtenden Abfälle aus Kunststoff zum Teil wieder in brauchbare Produkte umgesetzt werden.

Beim Vorgehen nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden hochpolymere Abfälle verbrannt, nachdem sie vermittels Heizung unter verringerten Druck zersetzt wur- · den. Wenn die Gase verbrannt werden, werden sie zuvor sgfs mit einem entsprechenden Luftvolur.ien gemischt. Auf diese Weise wird vermieden, daß Giftgase, insbesondere Kohlenmonoxyd, erzeugt wird, was sich bekanntlich nicht vermeiden läßt, wenn man die diskutierten Kunststoffatfalle in

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fester Form verbrennt. Ein wesentlicher Vorteil des Vorgehens nach der Erfindung besteht darin, daß das zu verbrennende Gut sich unmittelbar vor dem eigentlichen Verbrennungsprozeß im gasförmigen Zustand befindet, so daß die Überwachung des VerbrennungsVorganges keinerlei Schwierigkeiten bietet. Im vorliegenden Falle werden Hochpolymer-Abfälle nicht nur dadurch in Gase zersetzt, daß sie geheizt und verflüssigt werden, sondern auch noch durch die zusätzliche Wirkung des verringerten Arbeitsdruckes. Auf diese Weise wird die Zersetzung von Kochpolymeren sehr gefördert und der Wirkungsgrad der Zersetzung wird größer, während die nichtverbrennbaren oder nichtzersetzbaren Reste sehr klein sind.

Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 erläutert-: In diesem Falle ist eine Stange 52 federnd durch eine Feder 54 in Fig. 5 nach rechts vorgespannt, die im vorderen Ende 52 der-eigentlichen Düse Jo liegt. Etwa im rechten Winkel von dem Düsenkanal Jo geht eine Leitung 55 ab, in welcher sich ein Nadelventil 56 befindet. Die Leitung 55 steht mit einem Zylinder 57 in Verbindung, in welchem ein Kolben 58 arbeitet. Siehe hierzu Fig. 5. Der Kolben 58 ist über seine Kolbenstange mit einer Nockenfläche 59 verbunden, die außerdem die Funktion eines Exzenters aufweist, der mittels einer Betätigungsstange 60 für das Nadelventil 56 betätigt wird. Das Nadelventil ist so ausgebildet, daß es geschlossen ist, wenn der Kolben 58 sich im Kompressionszustand befindet, jedoch geöffnet ist, wenn der Kolben in Fig. 5 nach rechts verschoben ist, wodurch eine Druckverminderung im Kolben 57 auftritt. An einem Auslaß 62 des Zylinders 57 ist ein Rückschlagventil 6l angeordnet. In der in Fig. 5 gezeigten Position der Teile arbeitet der Kolben 58 In einem Kompressionstakt. Eine kleine Rolle 64 am un-

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teren Ende einer Verbindungsstange 63 ist durch die entsprechend ausgebildete Nockenscheibe 59 in die obere Stellung gedrückt. Diese Bewegung wird über einen siittig bei 6$ gelagerten doppelarmigen Hebel Gj auf das Nadelventil 56 übertragen, um dadurch die zugeordnete Ventilöffnung 66 geschlossen zu halten. In diesem Augenblick wird das durch die Wirkung einer Feder 67a geschlossene Rückschlagventil 61 durch den Druck im Zylinder 57 geöffnet, wodurch Gase, die durch Zersetzung entstanden sind, durch die Sammelleitung 18 in den gefluteten Tank 4o mit konstantem Innendruck fließt.

Nach Vollendung des Kopressionszyklus und wenn der Kolben 5S ^^ Druck im Zylinder 57 abzusenken beginnt, v;ird die Verbindungsstange 63 mittels der Feder 6?b und dar entsprechenden Gestaltung der Nockenscheibe 59 nach unten gedrückt, wodurch nunmehr das Nadelventil 55 über den doppelarmigen Hebel 6? und die Stange 60 geöffnet wird. Beim öffnen des Nadelventiles 5<5 wird nun das Rückschlagventil durch die Feder 6?a und den kleiner werdenden Druck im Kolben 57 geschlossen, so daß also die Cffnung 62 geschlossen wird. Auf diese Weise gelangt verflüssigtes Gut aus dem Extruder 11 in den Zylinder 57 und wird durch die Entspannung durch den zurückgehenden Kolben vergast. Eine Feder 67c dient dabei zum Schließen des Nadelventiles 56 mit konstanter Kraft. Wenn ein Hochdruckbrenner als Gasbrenner 47 verwendet wird, kann man ohne Gebläse arbeiten.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles nach den Figuren 4 und 5 erläutert:

Die hochpolymeren Abfälle werden in Fig. 4 rechts über den Trichter 15 in den Extruder mit Schraubenwelle Ij5 gegeben. Während des Durchlaufs durch den Extruder 11 werden

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die Abfälle durch mechanische Beanspruchung, wie Kompression und Scherung bereits erwärmt. Die Schraubenwelle IJ wird nach links im Durchmesser größer, so daß dadurch die Kompression entsteht. Die hochpolymere!! Abfälle werden zusätzlich durch die dreiteilige oder dreistufige Heizeinrichtung lh erhitzt und geschmolzen. Die Hochpolymere, die in Form einer hochviskosen Flüssigkeit in dem Düsenabschnitt 39 des Extruders 11 gebracht wurden, werden nunmehr durch die Düse j5o und die Leitung 55 gedrückt-, '»,'ährend des Durchlaufs durch die Leitung 55 werden die geschmolzenen Hochpolymere schrittweise auf J5oo, 4oo und ggfs. 5oo°G erhitzt, bis sie die Öffnung 66 des Nadelventils 5β erreichen. Die Nadel des Nadelventils 56 öffnet nun im Takt mit der Nockenscheibe 59 synchron. Auf diese Weise werden die geschmolzenen Hochpolymere in den Zylinder 57 eingeleitet, wenn die Öffnung 66 des Nadelventiles freigegeben ist, aber in der Leitung 55 bleiben, solange dieses Nadelventil geschlossen ist. Diejenigen überschüssigen geschmolzenen Hochpolymere, die während des Schließzustandes des Nadelventiles 56 aus dem Extruder 11 herausgedrückt wurden, sohieben nun die Stange in Fig. 5 nach links' gegen die Kraft der Feder 5h und sind dort gewissermaßen zeitwellig in der Düse Jo gespeichert, bis sie bei Öffnung des Nadelventilea 56 - 66 abgegeben werden können.

Weil nun der Kolben 58 sich auf dem Rückweg befindet, in welchem der Druck verringert wird, wird das im Zylinder 57 befindliche geschmolzene Hochpolymer entspannt, was die Zersetzung in Gase fördert. Während eines solchen Umsetzungsprozesses vom flüssigen in den gasförmigen Zustand werden die langen Molekülketten in dem hochmolekularen Gut auseinandergebrochen, womit eine Mischung aus

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niedermolekularen Kohlenwasserstoffen erhalten wird. Wenn der Kolben 58 dann durch die Nockenwelle 59 in den Kompressionszyklus verbracht wird, wird das Nadelventil 56 geschlossen und das Rückschlagventil 6l wird geöffnet. Das im Zylinderraum enthaltene Volumen aus zersetzten Kohlenwasserstoffen fließt durch die Leitung l8 in den gefluteten Tank 4o mit konstantem Druck und wird dort gespeichert. Wenn die kondensierten Flüssigkelten und die nicht zersetzten Restrflüssigkeiten auf dem Wasser im Tank 4o schwimmen, können sie in der erläuterten Weise durch einen nicht gezeigten Siphon aus dem Tank 4o herausgeholt werden und z.B. als flüssiger Brennstoff verwendet werden.

Die im Tank 4o gespeicherten Gase, welche einen gesteuerten Druck und eine gesteuerte Temperatur haben, 'werden über das Auslaßrohr 41 abgegeben. Ein Teil der Gase fließt durch eine Abzweigungsleitung 42 und ein darin liegendes Abschlußventil 43 in eine Verbrennungsanlage 44, während der andere Teil der Gase durch die AbzveLzleitung 45 und das darin liegende Abschlußventil 46 in einen Gasbrenner 47 gelangt. Hier werden diese Gase mit Luft aus einem Gebläse 50 gemischt, um eine saubere Verbrennung zu erhalten. Da die folgenden Stufen im wesentlichen so ausgebildet sind, wie dies unter Hinweis auf das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 erläutert wurde, wird hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf weitere Ausführungen verzichtet.

Bei dem hier beschriebenen AusfUhrungsbeinpiel werden die hochpolymeren Kohlenwasserstoffe verbrannt, nachdem sie durch Anwendung von Wärme unter verringertem Druck zersetzt wurden. Vor dem Verbrennen wurden die Gase gieici: mäßig mit einem entsprechenden Luftvolumen gemischt. Aus

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diesem Grunde ergibt sich keine Gefahr der Entstehung . •von Rauch oder giftigen Gasen, wie a.B. Kohlenmonoxyd. Bekanntlich ist es nicht n.o'glich, insbesondere feste Kunststoffe hohen Molekulargewichtes rückstandsfrei zu verbrennen. Im vorliegenden Falle ist es auch einfach, die' Verbrennung zu steuern, wall sich die zu verbrannenden .Stoffe unmittelbar vor der Verbrennung in gasförmigem Zustand befinden. Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Hochpolymere nicht nur durch Aufheizen und Schmelzen zersetzt, sondern zusätzlich durch eine Absenkung <ies Arbeitsdruckes. Auf diese Weise wird die Zersetzung der Hochpolymere mit großem Wirkungsgrad erreicht, und die Zersetzungsprodukte hinterlassen nur sehr geringe Mengen an nicht zersetzten Resten.·

Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 6 eine weitere Ausführung der Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wärme-isolierte Leitung 69 mit darum gewickelter Heizeinrichtung 7o an eine Heizeinrichtung 72 angeschlossen, die ihrerseits in einem Brennofen 71 angeordnet ist. Das durch das Rohr 69 fließende flüssige Gut wird in der Heizleitung 72 geheizt und in Gase zersetzt. Die Heizleitung 72 ist relativ lang und mäanderförmig in der Brennkammer 71 angeordnet. Das Auslaßende der Leitung 72 führt aus dem Ofen 71 heraus, dann durch ein Ventil 75» eine weitere Leitung 74 und durch eine öffnung 75 wieder in die Brennkammer hinein. Eine Vorbeiζleitung 76 steht mit der Leitung 74 über ein Ventil 77 in Verbindung, um ein Gas zu Vorheiz-Zwecken zu liefern. Von einem Gebläse 78 führt ein Rohr 80 mit seiner Mündung um das offene Ende des Rohres 74 herum in die Brennkammer, wodurch sich ein Brenner 79 ergibt. Der Ausgang dieser Brennkammer 71 ist mit 31 bezeichnet.

Wenn bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der Ofen 71

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angelassen, d.h. in Betrieb gesetzt wird, ist das Ventil 73 zunächst geschlossen, und das Ventil 77 ist geöffnet, um ein brennbares Gas durch die Leitung 76 zur Vorheizung des Ofens 71 in diesen zu liefern. Damit wird durch die Verbrennung in der Kammer 71 das geschmolzene hochpolymere Gut in der Leitung 72 erhitzt und in Gace zersetzt. Sodann wird das Ventil 73 geöffnet und gleichzeitig das Ventil 77 geschlossen, woraufhin nunmehr Gase in den Ofen geliefert werden, die die Zersetzungsprodukte des Kochpolymers sind. Diese Gase treten zusammen mit Verbrennungsluft aus dem Gebläse 78 aus dem Brenner 79 in den Ofen 71. Die Abgase des Ofens 71 können z.B. von einem Gebläse erfaßt werden und zum Heizen irgendwelcher anderer Maschinenaggregate oder Räume dienen. Wenn die Verbrennung einmal in Gang gekommen ist, werden die verflüssigten Hochpolymere in der Leitung 72 kontinuierlich in Gase zerlegt, und zwar vermöge der Wärme der laufenden Verbrennung, wodurch es möglich ist, die Zulieferung von zusätzlichem Heizgas Über die Leitung 76 einzustellen.

Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 dadurch, daß die Hochpolymere verflüssigt werden, und' als flüssiger Brennstoff verbrannt werden. Aus diesem Grunde ist die Vorheiz-Schlange 72 im Ofen selbst kleiner als gemäß Fig. 6. Eine zusätzliche Pumpe 82 liegt am Ausgang des Rohres 72 und dient zur Zerstäubung des flüssigen Gutes in dem eigentlichen Ofen 71· Man kann in diesem Fall zu Zwecken des Anlassens der Anlage einen flüssigen Brennstoff, wie z.B. Schweröl, über die Leitung 76 und das Ventil 77 zuführen.

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3eir. öffnen des Ventlles 77 unter gleichzeitigem Schlies· sen des Ventiles "s> wird der Vorheiz-Brennstoff in flüssiger ?orr. aus der Leitung 76 mittels der Pumpe 82 an den Brenner 79 geliefert. Die zu Vorheizzwecken dienende brennbare Flüssigkeit v;ird vom Brenner 79 zusammen mit Luft aus dem Gebläse 78 in die Brennkammer gesprüht, gesunde* und verbrannt. Da die Vorhelzleitung 72 im vorliegenden Falle relativ kurz ist, werden die darin enthaltenen hochpolyir:3ren Stoffe verflüssigt und z.T. in eigene Flüssigkeiten zersetzt, jedoch nicht wesentlich vergast. Diese'Flüssigkeit wird dann nach Schließen des Ventiles 77 und öffnen des Ventiles 75 über die Pumpe 32 als Brennäoff verwendet. Wenn der Verbrennungsprozeß beendet werden soll, wird das Ventil 77 geschlossen, und gleichzeitig wird das Ventil 75 geöffnet, um die verbleibende Flüssigkeit in der Pumpe 82 aufzunehmen. Dann wird zusammen mit Luft vom Gebläse 78 der flüssige Brennstoff vom Brenner 79 zur Verbrennung versprüht.

Wenn nun beispielsweise das durch die Leitung 72 fliessende Hochpolymer Polyäthylen 1st, dann wird es in Wasserstoff, Methan, Kthan und Sthylen und weitere Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur von etwa 5oo°C und mehr zerlegt und verflüssigt. Wenn also die Verbrennung beginnt, müssen die Hochpolymere in der Leitung 72 über ihre Zersetzungstemperatur erhitzt werden, wozu die beschriebene Vorheizung des 0fen3 71 dient.

Bei den AusfUhrungsbeispielen nach den Figuren 5 und 6 werden petrochemische Hochpolymere verbrannt, nachdem man sie durch heizen verflüssigt oder vergast hat. Wenn man solche Oase oder Flüssigkelten verbrennt/ werden, sie gleichförmig mit einem entsprechenden Luftvolumen gemischt, so daß keine Rauchentwicklung oder Entstehung

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giftiger Oase, wie z.B. Kohlenmonoxyd, zu befürchten 1st, was stets dann der Pail ist, wenn eine unvollkommene Verbrennung durchgeführt wird. Bekanntlich ist es nicht möglich» Kunststoffabfälle im festen Zustand vollständig zu verbrennen. Ss 1st einfach, die Verbrennung zu steuern bzw. zu überwachen, weil die zu verbrennenden Stoffe unmittelbar vor der Verbrennung selbst in flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen. Nach anlassen einer Anlage können Hochpolymere mit Hilfe derjenigen Hitze zersetzt werden, die gerade durch ihre Verbrennung erzeugt wird, so daß man also keine weitere Energie als Hilfsenergie braucht, solange eine Anlage kontinuierlich arbeitet. Diese beiden letzten Ausführungsbeispiele zeichnen sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus.

Patent ansprüche

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Claims

PATENTAIJWALTE

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL. -PHYS. DIPL.-ING.

K.K. Niigata Tekkosho y-ni-10a

18. Nov. 1974

Patentansprüche

• 1.) Vorrichtung zur Umsetzung von hochpolymeren Stoffen, insbesondere Abfallstoffen mit einem hohen Gehalt an Polyäthylen, Polypropylen und dgl., mit folgenden Merkmalen:

a. die Eingangsstufe wird von einem Schneckenextruder gebildet, welcher beheizt (14) ist;

b. aus dem Extruder (11) führt eine geheizte (l4c) Düse (Jo) in einen Tank oder Behälter (36);

c. dieser Tank (3β) ist wärmeisolierend ausgebildet und wird durch eine zweckmäßig als Drehpumpe ausgebildete Pumpe (38) regelbar mit Unterdruck beaufschlagt;

d. die Ausgangsseite der Pumpe (38) führt zu einem Behälter (4o) zur Aufnahme zersetzter gasförmiger und flüssiger Brennstoffe; und

e. aus dem Behälter (4o) lassen sich die zersetzten gasförmigen Brennstoffe und die in flüssiger Form festliegenden Zersetzungsprodukte g e - ■ trennt abziehen.

509824/0003

y-nl-lOa
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Unterdruck stehende Tank (^6) im Inneren beheizt und auf einer Temperatur gehalten wird, die höher ist als das Gut in der Düse (j5o) hat.
j5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der aus dem Behälter (4o) abgezogenen gasförmigen Zersetzungsprodukte direkt oder indirekt zur Heizung des Unterdruck-Kessels (36) verwertet werden.
4. Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeiohnet, daß das Gut aus dem mit Unterdruck beaufschlagten Kessel (j56) durch eine Kühlellrichtung (21) hindurchtritt, welche zwischen dem Kessel und der Pumpe (38) liegt, und an deren Ausgangsseite die Produkte etwa Raumtemperatur haben.

509824/0003