DE3885620T2

DE3885620T2 - Vernichtung von kunststoffabfällen.

Info

Publication number: DE3885620T2
Application number: DE88904249T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Michael Holland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2008-05-14
Also published as: JP2843347B2; US5084140A; WO1988008871A1; DE3885620D1; EP0393030B1; EP0393030A1; JPH02503773A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Vernichtung von Kunststoffabfall.
Die Vernichtung von Kunststoffabfall stellt wegen der steigenden Menge an Kunststoffmaterialien, wie sie beispielsweise in Automobilkarosserien und für Verpackungszwecke verwendet werden, ein erhebliches Problem dar. Dieser Kunststoffabfall wird im allgemeinen mittels Verbrennung oder durch Verwendung als Material zur Landauffüllung beseitigt; das erstgenannte Verfahren ist wegen einiger der entstehenden Verbrennungsgase aus Umweltgründen zu beanstanden, während das letztgenannte Verfahren wegen der groben Menge an Kunststoffmaterial ineffizfient ist.
Die US-3843457 beschreibt die Pyrolyse eines einzigen gemischten organischen Abfalls, welcher unter seinen vielen Bestandteilen Kunststoffabfall enthalten kann, mittels Mikrowellenentladung. Die Pyrolyse wird so durchgeführt, daß ein Verbrennen der Abfallmaterialien verhindert wird und daß reaktive Fragmente entstehen, welche mit dem Gasstrom unter Herstellung nützlicher organischer Verbindungen reagieren können.
Ich habe nun ein Verfahren entwickelt, bei dem Kunststoffabfall unter Verwendung von elementarem Kohlenstoff zur Übertragung thermischer Energie auf den Kunststoff pyrolysiert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zur Pyrolyse von Kunststoffabfall, welcher der Erwärmung durch Mikrowellenstrahlung selbst nicht zugänglich ist, angegeben, welches die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Bereitstellen eines im wesentlichen aus pulverförmigem, elementarem Kohlenstoffmaterial bestehenden Bettes in einer gegenüber Mikrowellenbestrahlung inerten Haltevorrichtung, wobei das Bett einer Atmosphäre ausgesetzt ist, in der Flammenbildung im wesentlichen verhindert wird;
(b) Bereitstellen einer im wesentlichen aus dem Kunststoffabfall bestehenden Quelle;
< c) Zuführen des Kunststoffabfalls aus der Quelle zu dem Bett aus pulverförmigem, elementarem Kohlenstoffmaterial, während das Material sich in der Haltevorrichtung befindet; und
(d) Bestrahlen des pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterials mit Mikrowellen derart, daß das Material auf mindestens 400ºC erwärmt und thermische Energie von dem Material zu dem Kunststoffabfall übertragen wird, um eine wesentliche Pyrolyse des Kunststoffabfalls zu bewirken.
Es ist bevorzugt, daß das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial kohlenstoffgefüllten, vulkanisierten Kautschuk, wie beispielsweise ein Altreifenmaterial in zerhackter oder feinzerteilter Form, enthält. Altreifenmaterialien enthalten im allgemeinen Gummi, ein Kohlenstoffüllmaterial und eine Verstärkung oder organisches Textilmaterial und/oder Metalldraht. Wenn eine organische Textilverstärkung eingesetzt wird, wird diese im allgemeinen im wesentlichen durch Mikrowellenbestrahlung verkohlt; wenn eine Metalldrahtverstärkung verwendet wird, würde diese im wesentlichen durch die Mikrowellenentladung unbeeinflußt bleiben und kann daher zusammen mit den festen Pyrolyseprodukten eingesammelt werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die Mikrowellenbestrahlung mit solch einer Energie und für eine ausreichende Zeit durchgeführt, daß das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial auf wenigstens 400ºC erwärmt wird. Da das erfindungsgemäße Verfahren in einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre durchgeführt wird, bestünde im allgemeinen nur mit bestimmten Einsatzmaterialien die Gefahr der Herstellung von Dioxin oder anderen schädlichen Produkten; in solchen Fällen ist es bevorzugt, sicherzustellen, da das pulverförmige elementare Kohlenstoffmaterial (und daher der Kunststoffabfall) eine Temperatur von wenigstens 800ºC erreicht, welche ausreichend hoch ist, daß die Gefahr der Bildung von Dioxinen oder ähnlichen schädlichen Produkten durch das pyrolysierte Kunststoffmaterial minimiert oder eliminiert wird.
Wenn der mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu vernichtende (zu pyrolysierende) Kunststoffabfall leicht zersetzt wird (beispielsweise Polyethylen oder Nylon), können Temperaturen von 400 bis 800ºC ausreichen. Wenn thermisch stabilere Kunststoffe und halogenierte Kunststoffe (wie PTFE oder PVC) eingesetzt werden, kann die Temperatur des pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterials wenigstens 800ºC betragen.
Insbesondere wenn das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial in Form eines Fließbetts eingesetzt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren als ein kontinuierlicher Prozeß durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, daß das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial wenigstens teilweise mittels heißer, wiedergewonnener, gasförmiger Nebenprodukte (wie beispielsweise Wasserstoff und/oder Methan) aus dem Mikrowellenbestrahlungsbereich fluidisiert wird. Das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial wird vorzugsweise kontinuierlich zugeführt und es kann aus dem Fließbett überlaufen.
Falls ein statisches Bett des pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterials eingesetzt wird, ist es bevorzugt, daß das Material in einer oben offenen Aufnahmevorrichtung aus einem Material vorliegt, welches Mikrowellen reflektiert (wie beispielsweise rostfreier Stahl) und welches mit einem Feuerfestmaterial ausgekleidet sein kann, falls ein Betrieb bei höherer Temperatur (d. h. oberhalb etwa 600ºC) beabsichtigt ist. Wenn solch ein statisches Bett eingesetzt wird, werden die sich durch den Mikrowellenbestrahlungsschritt ergebenden Feststoffe vorzugsweise mechanisch entfernt. Der Kunststoffabfall kann dem statischen Bett entweder kontinuierlich, halbkontinuierlich oder intermittierend (beispielsweise in einem diskontinuierlichen Verfahren) zugeführt werden. Die Kunststoffe werden vorzugsweise in solcher Weise zugeführt, daß das Kohlenstoffmaterial aus dem statischen Bett überfließen kann, wobei das pulverförinige, elementare Kohlenstoffmaterial wenigstens teilweise in das Bett zurückgeführt wird.
Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu vernichtende Kunststoffabfall kann irgendeines der herkömmlichen Kunststoffmaterialien sein, welche thermoplastisch oder duroplastisch sein können. Typische Materialien dafür sind Polyolefine (beispielsweise Polyethylen, Polypropylen oder ähnliches), Polyamide, Polyester (beispielsweise Polyethylenterephthalat), Polyurethane und halogenierte Polymere (beispielsweise PVC).
Es ist bevorzugt, daß die Kunststoffe im wesentlichen frei von Halogen und Stickstoff sind, um die Bildung von schädlichen Gasen zu vermeiden; es ist insbesondere bevorzugt, daß die Kunststoffe im wesentlichen ganz aus Kohlenstoff und Wasserstoff und gegebenenfalls Sauerstoff bestehen.
Der Kunststoffabfall kann in feinzerteilter oder grober Form vorliegen, vorausgesetzt, er kann mit dem pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterial beispielsweise durch teilweises Eintauchen oder bei einigen Ausführungsformen durch vollständiges Eintauchen in Kontakt gebracht werden.
Die Wellenlänge der eingesetzten Mikrowellenstrahlung ist so gewählt, daß sie eine wesentliche Erwärmung des pulverförmigen Materials bewirkt. Sie liegt typischerweise im niedrigen Gigahertzfrequenzbereich (beispielsweise bei etwa 2,4 Gigahertz), obwohl, falls gewünscht, größere Wellenlängen verwendet werden können.
Es ist insbesondere bevorzugt, sicherzustellen, daß die Nebenproduktgase aus dem Mikrowellenbestrahlungsbereich, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden, so behandelt werden, daß sie diese nicht verschmutzen. Dies kann durch Gaswäscher oder ähnliche Einrichtungen erreicht werden. Die Nebenproduktgase werden üblicherweise wiedergewonnen und können als Vorheizmedium, Brennstoff oder ähnliches eingesetzt werden. Die Art dieser Gase hängt von der chemischen Natur des Einsatzmaterials sowie der beim Mikrowellenbestrahlungsprozeß erreichten Temperatur ab. Die sich aus dem Mikrowellenbestrahlungsschritt ergebenden Feststoffe können zur Verwendung als pulverförmiges, elementares Kohlenstoffmaterial in einem weiteren Mikrowellenbestrahlungsschritt wiederverwertet werden; alternativ dazu können sie als Brennstoff verwendet werden.
Im folgenden wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm darstellt, das einen typischen Ablauf von Vorgängen in einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Betriebs einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
In Fig. 1 ist gezeigt, wie ein vulkanisiertes Altreifenmaterial einer Pulverisierungszone A zugeführt wird, wo es auf eine geeignete Partikelgröße zerkleinert wird. Das erhaltene pulverförmige Material wird dann einer Mischzone B zugeführt, wo es mit Kunststoffabfall gemischt wird (wobei der Kunststoff wenigstens teilweise in das pulverförmige Material eingetaucht ist).
Das gemischte pulverförmige Material und der Kunststoff werden dann zu einer Mikrowellenbestrahlungszone C weitergeführt, welche über gereinigte, sequentielle Gasschleusen (nicht gezeigt) kontinuierlich mit einem Inertgas (wie beispielsweise Stickstoff oder einem inerten Nebenproduktgas aus der Mikrowellenbestrahlungszone) gespült wird. In der Mikrowellenbestrahlungszone C wird zerhacktes oder feinzerteiltes Altreifenmaterial schnell auf Rotglut erhitzt, welche auf die Kunststoffe übertragen wird, um die Pyrolyse dieses Materials zu bewirken.
Die gebildeten Gase und Flüssigkeiten werden dann in der Zone D getrennt; die Feststoffe werden dann in eine Klassifizierungszone E überführt, aus der Feststoffe mit geeigneter Größe in die Mischzone B zurückgeführt werden (oder alternativ direkt in die Bestrahlungszone C) während sie noch heil sind, um den Kunststoffabfall vorzuerwärmen.
Das unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Verfahren ist insbesondere zum kontinuierlichen Betrieb geeignet; die Rückführung wenigstens eines Teils des pulverförmigen Materials zu der Mikrowellenbestrahlungszone ist insbesondere wegen der ökonomischen Energiezufuhr, die erreicht werden kann, bevorzugt, da der Kunststoff teilweise durch das rückgeführte Material auf die Pyrolysetemperatur erwärmt wird.
Fig. 2 zeigt einen Mikrowellenofen 1 mit einem Mikrowellengenerator 2, einem Einlaß 3 für Inertgas (wie beispielsweise Stickstoff) und einen Auslaß 4 für das Inertgas und gebildete Gase.
In dem Ofen ist eine Schale oder ein anderes geeignetes Aufnahmegefäß 5 (aus rostfreiem Stahl, Keramik oder ähnlichem) angeordnet, welche teilweise mit pulverförmigem, elementarem Kohlenstoffmedium 6 gefüllt ist. Kunststoffabfall 7 ist teilweise darin eingetaucht.
In einem Beispiel wurde ein industrieller 1-Kilowatt- Mikrowellenofen eingesetzt, und die in dem Ofen angeordnete Schale wurde mit etwa 1 kg pulverförmigem, elementarem Kohlenstoffmedium und einer ähnlichen Menge an Kunststoffabfall beschickt. Die Atmosphäre in dem Ofen wurde dann sauerstofffrei gemacht, und die Bestrahlung wurde dann für eine Dauer von 3 min durchgeführt. Während dieser Zeit wurde das Kohlenstoffmaterial rotglühend (etwa 800ºC).
Die gebildeten Gase wurden durch ein Abzugsgebläse entfernt und zu einer Reinigungs/Waschvorrichtung (nicht gezeigt) geleitet; das in der Schale zurückbleibende Pulver konnte dann mit neuen Kunststoffabfallmengen beschickt werden.

Claims

1. Verfahren zur Pyrolyse von Kunststoffabfall, welcher der Erwärmung durch Mikrowellenstrahlung nicht selbst zugänglich ist, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen eines im wesentlichen aus pulverförmigem, elementarem Kohlenstoffmaterial bestehenden Bettes in einer gegenüber Mikrowellenbestrahlung inerten Haltevorrichtung, wobei das Bett einer Atmosphäre ausgesetzt ist, in der Flammenbildung im wesentlichen verhindert wird;

(b) Bereitstellen einer im wesentlichen aus dem Kunststoffabfall bestehenden Quelle;

(c) Zuführen des Kunststoffabfalls aus der Quelle zu dem Bett aus pulverförmigem, elementarem Kohlenstoffmaterial, während sich das Material in der Haltevorrichtung befindet; und

(d) Bestrahlen des pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterials mit Mikrowellen derart, daß das Material auf mindestens 400ºC erwärmt und thermische Energie von dem Material zu dem Kunststoffabfall übertragen wird, um eine wesentliche Pyrolyse des Kunststoffabfalls zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens ein Teil des pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterials aus der Mikrowellenbestrahlungszone austritt und in diese zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Haltevorrichtung ein Fließbett aus dem pulverförmigen, elementaren Kohlenstoffmaterial bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial mittels eines gasförmigen Mediums, welches heiße, gasförmige Nebenprodukte der Mikrowellenbestrahlungszone enthält, fluidisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial und/oder der Kunststoffabfall dem Fließbett kontinuierlich zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Haltevorrichtung einen oben offenen Behälter aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Behälter rostfreien Stahl enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das pulverförmige, elementare Kohlenstoffmaterial kohlenstoffgefüllten, vulkanisierten Altgummi enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Kunststoffabfall im wesentlichen frei von halogenhaltigen und/oder stickstoffhaltigen Kunststoffmaterialien ist.