DE3710744A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen trennung von verbundwerkstoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur thermischen trennung von verbundwerkstoffen

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    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung und Verbesserung eines thermischen Trennverfahrens, wie es bis­ lang beispielsweise zur Entlackung von Geräteteilen oder zur Rückgewinnung von NE-Metallen aus Leiterplatten eingesetzt wird.
Hierbei wird der organische Teil (z.B. Lack, Harz, Gummi etc.) des eingesetzten Materials durch Erhitzung unter Sauerstoffab­ schluss zersetzt. Dies erfolgt apparatetechnisch in sogenannten Schwelkammern, bei denen die Beheizung entweder indirekt mit Rauchgas aus der Nachverbrennung über Strahlungswände erfolgt (DE-PS 22 47 861) oder über einen separaten in der Schwelkammer installierten Brenner (Veröffentlichung Lack 52, 10/1984 und Patentanmeldung P 35 18 725.5) durchgeführt wird.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist konstruktionsbedingt eine max. Schwelkammertemperatur von ca. 450°C, die nach neueren Messergebnissen im Hinblick auf eine schadstofffreie Zusammensetzung des Restkohlenstoffes und optimale Werkstofftrennung in bestimmten Fällen zu niedrig ist.
Ausserdem hat die integrierte Anordnung des Brenners und des Um­ wälzventilators in der Schwelkammer den verfahrenstechnischen Nach­ teil, dass unter bestimmten Betriebszuständen Verschmutzungen auf­ treten und damit verbundene Reinigungsarbeiten erforderlich werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Idee zugrunde, das Verfahren bei Temperaturen bis zu 650°C einzusetzen und die nachfolgend be­ schriebenen verfahrenstechnischen und konstruktiven Verbesserungen durchzuführen.
In Zeichnung 1 ist die Gesamtanlage zur thermischen Trennung von Verbundwerkstoffen dargestellt, die aus zwei Baugruppen besteht:
  • a) der Schwelkammer einschliesslich Umwälzsystem und Beheizung, Sicherheitseinrichtungen und zugehörigen Schwelbehälter;
  • b) der Nachbrennkammer einschliesslich Stützbrenner und Neben­ einrichtungen sowie evtl. nachgeschalteter Wärmerückgewinnung und Gasreinigung.
Beide Baugruppen sind in Modulen untergebracht, die aus einem stabilen geschlossenen Rahmen bestehen und übereinander oder neben­ einander angeordnet werden können.
Da die Schwelkammerdimensionierung vom durchzusetzenden Volumen, andererseits die Leistung der Thermischen Nachverbrennung vom Heizwert und vom organischen Materialanteil abhängen, ist eine Kombination unterschiedlicher Standardbaugrössen von Schwelkammer und Nachbrennkammer möglich.
Zum erfindungsgemässen Betrieb wird die Schwelkammer (1) auf eine maximale Betriebstemperatur von 650°C ausgelegt und besteht deshalb aus einem liegenden, feststehenden Zylindermantel mit Klöpper- oder Flachboden (1.1). Die Kammertür, über welche die Beschickung der Kammer erfolgt (1.2), besteht ebenfalls aus einem Flachboden mit Flansch. Vorteilhafterweise wird ein Längen/Durchmesserverhältnis der Kammer von 1,0-2,0 gewählt.
Zum Öffnen und Schliessen der Tür ist diese an einer gleitenden Aufhängung befestigt und mit Schnellspannverschlüssen und Sicherungen versehen.
Das zu trennende Material (z.B. Elektronikteile, Stahl/Gummi-Ver­ bindungen, beladene Aktivkohle, lackbeschichtete Teile, Roste etc.) wird in einen Schwelbehälter (1.3) geladen und per Transportgerät in die Schwelkammer gefahren. Die Tür wird verschlossen und das Schwelprogramm gestartet. Voraussetzung ist, dass die Nachbrenn­ kammer (2) bereits ihre vorgegebene Betriebstemperatur erreicht hat und aufgrund des eingesetzten Materials eine Vorwahl der Schwelparameter Temperatur und O₂-Verlauf erfolgt ist. Aufgrund der unterschiedlichen Einsatzmaterialien und Beladungen muss die Anlage in weiten Grenzen der Kammertemperatur, der Auf­ heizgeschwindigkeit sowie des Sauerstoffgehaltes variabel sein.
Nach der Freigabe wird der in der Umwälzleitung installierte Umwälzbrenner der Schwelkammer (1.4) gestartet, wobei dieser auf eine stöchiometrische Verbrennung mit einem Restsauerstoff­ gehalt von weniger als 2% ausgelegt ist.
Der Brenner ist im Normalzustand über eine dichtschliessende Klappe (1.8) vom Umgassystem abgetrennt, so dass im Kühlprogramm oder bei Störfällen keine Kondensation am Brenner auftreten kann.
Über einen Umwälzventilator (1.5) wird das im System enthaltene Inertgas umgewälzt, um einen optimalen Wärmeaustausch zu erreichen.
Nach Erreichen einer bestimmten Mindesttemperatur setzt die Schwel­ gasproduktion ein. Dieses wird über eine Schwelgasleitung (1.6) zur nachgeschalteten Thermischen Nachverbrennungsanlage (2) geführt.
Entsprechend der eingesetzten Materialmenge ist der Schwelprozess nach 3 bis 5 Stunden beendet. Es schliesst sich jetzt eine Oxidation des Materials oder die direkte Kühlphase an. Bei der Oxidation wird über eine separate Luftleitung (1.7) der Sauerstoffanteil im Umgas schrittweise erhöht. Da es sich bei der Oxidation um einen exothermen Prozess handelt, kann die Luftzuführung über die Schwelkammertemperatur einfacherweise kontrolliert werden.
Beim Erreichen der Kühlphase wird eine 2-stufige Kühlung durchgeführt. Diese führt über eine Wassereindüsung von der aktuellen Schwelkammer­ temperatur, beispielsweise 600°C, auf eine Temperatur von ca. 150°- 200 °C.
Um das Einsatzmaterial trocken zu halten und um Korrosionsprobleme zu vermeiden, schliesst sich die 2. Stufe der Kühlung an, die über Flüssigstickstoff (1.18) durchgeführt wird.
Nach Erreichen einer Kammertemperatur von ca. 100°C schaltet die Anlage automatisch ab und das fertige Material kann entnommen werden.
Durch die verfahrenstechnische Trennung zwischen Schwelkammer und Nachbrennkammer fällt der Thermischen Nachverbrennung lediglich die Aufgabe eines einwandfreien Ausbrandes des Pyrolysegases zu.
Hierzu ist die Thermische Nachverbrennung auf eine Betriebstempe­ ratur von ca. 1200°C bei einer ausreichenden Verweilzeit dimensio­ niert. Der in der Nachbrennkammer installierte Stützbrenner (2.1) arbeitet mit einem Sauerstoffüberschuss entsprechend ca. 6-8% O₂ im Rauchgas, wobei zusätzlich über die Sekundärluft (2.2) Frisch­ luft dem System zugeführt werden kann, um auch bei hohem Schwelgas­ anfall die Temperatur einzuhalten. Damit erfolgt die Leistungs­ regelung der Nachverbrennung über die Frischluftzuführung. Je nach betriebstechnischen Anforderungen kann dem System eine Wärmerück­ gewinnung zur Ausnutzung der im Rauchgas enthaltenen Wärme durchge­ führt werden oder bzw. und eine nasse bzw. trockene Rauchgasreinigung nachgeschaltet werden. Aufgrund der standardisierten Baugrössen ist eine Kombination im System einfacherweise möglich.
In Zeichnung 2 ist die erfindungsgemässe Ausführung des Schwelbe­ hälters mit Zwangsführung des Umwälzgases dargestellt.
Dazu weist die Schwelkammer einen Auflagerahmen (1.9) mit Anschlag (1.) auf, auf welchem der Schwelbehälter mit dem zu entschichtenden Material aufgesetzt wird. Eine vordere (1.11) und hintere (1.12) Dichtleiste sorgt für die Abdichtung an den Stirnseiten des Behälters.
Das vom Ventilator (1.5) umgewälzte Gas wird nun zwangsläufig durch den Lochboden des Behälters (1.3) gedrückt und sorgt für einen optimalen Wärmeübergang am eingesetzten Material, bevor es über die Deckenabsaugung (1.13) wieder in die Umwälzleitung ab­ gesaugt wird.
In Zeichnung 3 ist eine Variante des Schwelbehälters, z.B. zur Verwertung von Aktivkohle oder Lackschlamm dargestellt. In diesem Fall bezieht sich die Erfindung auf einen zylindrischen Schwelbehälter (1.14) mit mantelseitigem Deckel, der in einer Stützkonstruktion in der Schwelkammer (1.15) drehbar gelagert ist.
Über ein in der Tür gelagertes Antriebskreuz (1.16), das von einem aussen auf der Tür befestigten Getriebemotor (1.17) angetrieben wird, kann der Schwelbehälter in eine rotierende Bewegung versetzt werden, wobei die Drehzahl sinnvollerweise zwischen 0-12 Upm gewählt wird.

Claims (10)

1. Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Trennung von an­ organischen und organischen Materialien in einem Schwel­ ofen gekennzeichnet durch eine maximale Betriebstemperatur in der Schwelkammer von 650°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine steuerungstechnische Vorwahlmöglichkeit des Temperatur- und Sauerstoffverlaufs während des Prozesses.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine liegende zylindrische Bauform feststehend mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 1-2,0, mit runder Fronttür an einer Stirnseite.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Anordnung der Schwelkammerbeheizung (1.4) in der Um­ wälzleitung.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 gekennzeichnet durch eine zusätzliche Absperrmöglichkeit der Schwelkammerbeheizung (1.4) aus dem Umwälzstrom über einen internen Absperrschieber.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Zwangsführung des Umwälzgases über einen dichten Auflagerahmen (1.9) zum Schwelbehälter mit Anschlag­ blech (1.10) vordere und hintere Dichtleisten (1.11/1.12) sowie einen darauf abgestimmten Schwelbehälter (1.3) mit Boden aus Lochblech, dessen Öffnungsverhältnis vorzugs­ weise zwischen 30-50% liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine 2-stufige Kühleinrichtung der Schwelkammer, beginnend mit der direkten Wassereindüsung im höheren Temperaturbe­ reich und Flüssigstickstoff im unteren Bereich, wobei die Umschalttemperatur zwischen den beiden Stufen vorzugsweise zwischen 100-200°C liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 gekennzeichnet dadurch, dass anstelle von Flüssigstickstoff auch Luft eingesetzt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine gemeinsame Luftversorgung des Umwälzbrenners und der Nachverbrennungskammer, wobei der Frischluftbedarf aus den beiden Modulen entnommen wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen in der Schwelkammer angeordneten, um die horizontale Achse drehbaren Schwelbehälter (1.14), der in einer Stützkonstruktion (1.17) gelagert ist und von einem in der Kammertür gelagerten Antriebs­ kreuz (1.16) und aussenliegendem Getriebemotor (1.17) angetrieben wird, wobei die Drehzahl zwischen 0-12 Upm liegt.
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