DE2810313B1 - Verfahren zur Vernichtung von Gummiabfaellen,insbesondere von abgenutzten Kraftfahrzeugreifen,unter industrieller Neuverwertung ihrer Bestandteile und Zersetzungsprodukte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vernichtung von Gummiabfällen, insbesondere von abgenutzten Kraftfahrzeugreifen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Bestandteile und Zersetzungsprodukte der Gummiabfälle erneut industriell verwertet.

Die Menge des auf der Welt anfallenden Gummiabfalls steigt als eine Begleiterscheinung der wirtschaftlichen Entwicklung von Jahr zu Jahr an und setzt sich hauptsächlich aus abgenutzten Kraftfahrzeugreifen zusammen. Da bei Gummigegenständen mit einer natürlichen Zersetzung nicht gerechnet werden kann, bildet die sich anhäufende Gummimenge eine Umweltverschmutzung, deren Beseitigung eine gesellschaftliche Umweltschutzaufgabe ist.

Zur Vernichtung und industrieller Neuverwertung von Gummiabfällen sind bereits zahlreiche Methoden bekannt.

Gemäß einem bekannten Verfahren werden die Gummigegenstände durch mechanisches Mahlen zerkleinert, zur Entfernung der Texileinlagen einer chemischen Behandlung unterzogen, und das erhaltene Mahlgut wird im Bauwesen oder für sonstige Zwecke als Zusatzstoff verwendet.

Bei dieser Methode wird das Zerkleinern durch die neuerdings in der Autoreifenindustrie in ständig steigendem Maße verwendeten Stahlcordeinlagen (zum Beispiel bei Radialreifen) erschwert, die chemische Behandlung ist kostenaufwendig, und schließlich hat die Verwendbarkeit des erhaltenen Gummimahlgutes wirtschaftliche und mengenmäßige Grenzen. Das auf die beschriebene Weise verwendete Gummimahlgut macht selbst in industriell entwickelten Ländern kaum 1-2 Prozent der jährlich anfallenden Abfallmenge aus.

Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen die Gummiabfälle verbrannt beziehungsweise durch Wärmeeinwirkung zersetzt werden. Die Investitionskosten zum Bau von derartigen Vorrichtungen sind sehr hoch, und die Verbrennung ist unwirtschaftlich, da im Sinne der Umweltschutzvorschriften die Verbrennungsprodukte gebunden werden müssen. Eine wirtschaftlich arbeitende Großanlage zur Verbrennung von Gummi hat eine derart große Kapazität, daß im Interesse ihrer Ausnutzung das Sammeln und der Abtransport der Gummiabfälle eines sehr großen Einzugsgebietes organisiert werden muß, was zusammen mit den auftretenden großen Transportwegen die Kosten ebenfalls steigert.

Die Zerlegung des Gummiabfalls in seine Bestandteile und deren erneute Verwendung ist in wirtschaft-Hch vertretbarer Weise bisher noch nicht gelöst worden. Die trockene Destillation im Vakuum verbraucht viel Energie, das Abtrennen der Reaktionsprodukte voneinander und ihre Abführung verursachten Konstruktionsprobleme, und zur Einhaltung der Umwelt-Schutzvorschriften sind bedeutende Investitionen erforderlich.

Ebenfalls unwirtschaftlich ist ein weiteres bekanntes Verfahren, gemäß welchem der Gummiabfall mit flüssigem Wasserstoff tiefgekühlt und dann pulverisiert, schließlich das Pulver abgetrennt und einer Aufarbeitung zugeführt wird.

Die bekannten Verfahren sind nicht geeignet, den anfallenden Gummiabfall wirtschaftlich zu vernichten und die im Gummi enthaltenen wertvollen Stoffe erneut einer industriellen Verwertung zuzuführen. Die Verwendung als Zusatzmaterial kann nicht als eine erneute Verwendung betrachtet werden, da das Eisen, der im Gummi befindliche Kohlenstoff und die Kohlenwasserstoffe nicht als solche in den Prozeß der industriellen Produktion zurückgeführt werden.

Die Gummiindustrie ist im Gegensatz zu der Papier-, Textil-, Metallherstellung und vielen sonstigen Industriezweigen ein Industriezweig ohne Rezirkulationsmöglichkeit, d. h. die überflüssigen Abfälle können nicht als Rohstoff erneut in den Produktionsprozeß zurückgeführt werden.

Eine allgemeine Vernichtung der Gummiabfälle ist in erster Linie deshalb nicht gelöst, weil der Investitionsbedarf für die anwendbaren bekannten Methoden in keinerlei Verhältnis zu den von der Gesellschaft für solche Zwecke aufwendbaren Mitteln steht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem die anfallenden Gummiabfälle wirtschaftlich und im wesentlichen ohne Investitionsauf-Wendungen vernichtet werden können, und gleichzeitig die im Gummi enthaltenen wertvollen Stoffe in nützlicher Weise in den Prozeß der industriellen Produktion zurückgeführt werden.

Das Wesen der Erfindung wird durch die Erkenntnis gebildet, daß die bei der Roheisenherstellung im Hochofen ablaufenden chemischen und physikalischen Prozesse geeignet sind, auch den Gummiabfall zu zersetzen, und daß die aus dem Gummiabfall durch pyrolytische Zersetzung freiwerdenden Stoffe im wesentlichen mit den in den Hochofen eingebrachten und dort vorliegenden Stoffen identisch sind, weswegen der Prozeß der Eisenherstellung durch den Zusatz von Gummiabfall nicht beeinträchtigt wird.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Vernichtung von Gummiabfällen, insbesondere von abgenutzten Kraftfahrzeugreifen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Gummiabfall dem Einsatzmaterial des Hochofens zugemischt und dann der Hochofen mit dem Gemisch beschickt. Der Gummiabfall nimmt an den im Hochofen ablaufenden Prozessen teil, und die bei seinem thermischen Zerfall entstehenden Verbindungen üben auf die Roheisenherstellung einen später noch näher beschriebenen günstigen Einfluß aus.

Zur Vereinfachung des Zusatzes und um zu gewährleisten, daß der Gummiabfall den Hochofen gleichmäßig durchläuft, ist es vorteilhaft, den Gummiabfall mechanisch zu zerkleinern. Das Gewicht der einzelnen Stücke liegt zweckmäßig unter 2 kg, besonders vorteilhaft zwischen 0,3 und 1 kg.

Da sich im Hochofen aus dem Gummiabfall zu 40-60 Gew.% Kohlenstoff bildet und dieser zu der ursprünglich eingesetzten Koksmenge hinzukommt, kann die in dem Einsatzmaterial befindliche Koksmenge und/oder die Menge des zugesetzten Heizöls um so viel vermindert werden, wie die gebildete Kohlenstoffmenge ausmacht.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens kann infolge der Verwertung der Verbrennungswärme des aus dem Gummiabfall entstehenden brennbaren Gichtgases die Menge des in den Winderhitzern des Hochofens verbrauchten Heizgases vermindert werden.

Damit bei der Roheisenherstellung keine Störungen auftreten, wird die Menge des dem Einsatzmaterial zugemischten Gummiabfalls - bezogen auf die produzierte Roheisenmenge - auf einen Wert von höchstens 20% eingestellt. Das Einsatzverhältnis hängt in hohem Maße von der Qualität des Eisenerzes und der Qualität der übrigen Einsatzstoffe ab; der optimale Wert innerhalb der angegebenen Grenze muß durch Versuche ermittelt werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Gummiabfall dem Produktionsprozeß wieder zugeführt wird, daß der Betrieb von Hochöfen wirtschaftlicher gestaltet wird und das Verfahren spezielle Investitionen nicht erfordert. In industrialisierten Ländern sind die einzelnen Eisenhüttenbetriebe verstreut, jedoch räumlich nicht allzu fern voneinander gelegen, so daß das Einsammeln des Gummiabfalls nur innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Gebietes (der Umgebung des Eisenhüttenbetriebes) organisiert werden muß. Dadurch werden die Transport- und Lagerungskosten vermindert.

Da die Herstellung von Roheisen mengenmäßig die Herstellung von Gummi überall wesentlich übersteigt, ist nicht damit zu rechnen, daß eine Gummiabfallmenge entsteht, die größer wäre als das Volumen, das bei Einsatz von auf Roheisen bezogen durchschnittlich 10% Gummiabfall verbraucht wird. Dies bedeutet, daß die vorhandenen Eisenhüttenbetriebe ohne jede Investition imstande sind, den gesamten entstehenden Gummiabfall zu vernichten.

Das Grundproblem, nämlich die durch den Gummiabfall verursachte Umweltverschmutzung, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren einfach und gleichzeitig wirtschaftlich gelöst werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Figur zeigt den vereinfachten Schnitt durch einen Hochofen.

Nach dem Einsammeln wird der Gummiabfall für den Transport vorbereitet. Die Vorbereitung besteht aus einer mechanischen Zerkleinerung, bei welcher der Gummiabfall in Stücke eines Gewichtes von etwa 0,3-1 kg zerkleinert wird. Nach der Zerkleinerung kann der Gummiabfall unter besserer Ausnutzung des Transportraumes zum Hochofen transportiert werden. Der antransportierte, zerkleinerte Gummiabfall

ίο wird auf den Mischplatz des Hochofens transportiert und dort abgeladen.

Danach gelangt der Gummiabfall in die das Gemisch für die Hochofenbeschickung vorbereitete Vorrichtung, seine Aufarbeitung erfordert von da an keinen besonderen Arbeitsgang mehr.

In der Mischvorrichtung wird das Material für die Beschickung vorbereitet. Dabei wird der Gummiabfall mit den übrigen Bestandteilen des Einsatzes vermischt.

Die Beschickung mit dem Gemisch gehört zu dem üblichen Arbeitsprozeß des Hochofens. Dabei gelangt der mit dem Einsatzmaterial vermischte Gummiabfall mit den übrigen Bestandteilen des Gemisches in den geschlossenen Raum des Hochofens.

Auf dem den Anfangsabschnitt des Hochofenarbeitsraumes bildenden Gichtbühnenniveau wird der Gummiabfall zusammen mit den übrigen Bestandteilen des Einsatzgemisches erwärmt, und bei einer Temperatur von 200-300° C beginnt die pyrolytische Zersetzung des Gummis.

Dieser Prozeß geht in dem Schacht 2 weiter, und wenn das Einsatzmaterial eine Temperatur von 500-700 ° C erreicht hat, ist die Zersetzung des Gummis beendet. Aus dem Gummiabfall entstehen (im Falle von aus üblichen Kraftfahrzeugreifen stammendem Abfall) folgende Zersetzungsprodukte: Stahl, Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Kettenlänge, hauptsächlich Methan, ferner Kohlendioxyd, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff. Die gasförmigen Zerfallsprodukte vermischen sich mit dem Gichtgas des Hochofens und verlassen diesen mit dem Gichtgas zusammen durch die Gasabführleitung. Die festen Bestandteile beziehungsweise Zerfallsprodukte wandern mit dem Einsatzgemisch nach unten und werden in den Verhüttungsprozeß einbezogen.

Die Stahlbestandteile des Gummiabfalls nehmen

Kohlenstoff auf, schmelzen und werden zu Roheisen, welches mit dem übrigen Roheisen zusammen aus der Schmelzzone 3 in das Gestell 4 gelangt.

so Der aus dem Gummiabfall gebildete Kohlenstoff nimmt auf die gleiche Weise wie der Koks an dem Reduktionsprozeß des Eisenerzes teil und erzeugt dabei Energie.

Die Mengenverhältnisse des im Hochofen ablauf enden Prozesses - einmal ohne den Zusatz von Gummiabfall und zum anderen mit Zusatz von Gummiabfall - werden im folgenden miteinander verglichen: 1. Ohne den Zusatz von Gummiabfall sind zur Herstellung einer Tonne Roheisen folgende Roh-

bo stoffe erforderlich:

2 Tonnen Eisenerz mittlerer Qualität,

1 Tonne Hüttenkoks (Schwefelgehalt etwa 1 %), 0,5 Tonnen schlackebildender Zusatzstoff (Kalkstein).

2. Bei Zusatz von Gummiabfall sind zur Herstellung einer Tonne Roheisen folgende Rohstoffe erforderlich:

2 Tonnen Eisenerz mittlerer Qualität,

0,95 Tonnen Hüttenkoks (Schwefelgehalt etwa

0,5 Tonnen schlackebildender Zusatzstoff (Kalkstein),

0,1 Tonne Gummiabfall (Eisengehalt etwa 10%, Schwefelgehalt etwa 1%),
wobei jedoch der aus dem Gummiabfall stammende Stahl die Roheisenmenge von 1 Tonne auf 1,01 Tonne erhöht.

Aus dem Vergleich ist ersichtlich, daß bei Zusatz von 10% Gummiabfall 5 % weniger Koks erforderlich sind, gleichzeitig wächst die erzeugte Roheisenmenge um 1%. Die Verringerung des Koksbedarfes erklärt sich aus dem Vorhandensein des aus der pyrolytischen Zersetzung des Gummis stammenden Kohlenstoffes. Der spezifische Brennstoff bedarf des Hochofens wird demnach von dem Verhältnis 1 : 1 auf den Wert 1,01 : 0,95 verbessert.

Die als Beispiel angegebenen Zusammenhänge können sich in Abhängigkeit von der Qualität des Eisenerzes, dem Zumischungsverhältnis des Gummiabfalls und dessen Zusammensetzung ändern, der Index des Brennstoffbedarfes des Hochofens wird jedoch auf jeden Fall verbessert.

Die Verbrennungswärme des austretenden Gichtgases ist durch die Beimischung des aus dem Gummiabfall stammenden Wasserstoffes und der Kohlenwasserstoffe um etwa 7—8% höher. Die zum Aufheizen der zu dem Hochofen gehörenden Winderhitzer aufzuwendende Energie (Erdgas) kann entsprechend diesem Wert vermindert werden.

Es sei angenommen, daß für einen Hochofen mittlerer Leistung das Zumischen von auf Roheisen bezo-

iü gen 10% Gummiabfall kontinuierlich gewährleistet werden kann. In diesem Falle kann, wenn man eine jährliche Leistung von 300000 t Roheisen zugrunde legt, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Hochofen jährlich eine Menge von 30000 t Gummiabfall verwertet werden. Dadurch wächst die Roheisenproduktion um jährlich 3000 t, der Koksbedarf ist um 15 000 t geringer, und außerdem tritt eine Heizgasersparnis von etwa 5% ein.

Diese Zahlenangaben beweisen, daß mittels des erf indungsgemäßen Verfahrens der bislang als wertloses Haldenmaterial und lästiges Umweltschutzproblem betrachtete Gummiabfall ohne Investitionskosten zu einem bedeutende Werte enthaltenden industriellen Rohstoff wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vernichtung von Gummiabfällen, insbesondere von abgenutzten Kraftfahrzeugreifen, unter industrieller Neuverwertung ihrer Bestandteile und Zersetzungsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummiabfall dem Einsatzmaterial des Hochofens zugemischt und dann der Hochofen mit dem Gemisch beschickt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummiabfall vor dem Zumischen zu dem Einsatzmaterial auf Stücke eines Gewichtes von höchstens 2 kg zerkleinert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des dem Einsatzmaterial zugemischten Gummiabfalls, auf die erzeugte Roheisenmenge bezogen, auf einen Wert von höchstens 20% eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einsatzmaterial die Menge des Kokses und/oder des Heizöls in Einklang mit dem äquivalenten Kohlenstoffgehalt des Gummiabfalls verringert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des für die Winderhitzer des Hochofens verwendeten Heizgases in Einklang mit der Menge der aus dem Gummiabfall frei werdenden Gichtgasbestandteile vermindert wird.