DE4029879A1

DE4029879A1 - Verfahren zum umwandeln von kunststoffabfaellen in hoehere kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE4029879A1
Application number: DE4029879A
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr Ing Menges; Reinhard Dr Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: MENGES, GEORG, PROF. DR.-ING., 52072 AACHEN, DE
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-03-26

Description

In der Deutschen Patentanmeldung 37 35 061 und der PCT/EPA 88/00 927 "Verfahren zur Beseitigung von Abfällen durch Verbrennen mit Sauerstoff" ist ein Verfahren beschrieben worden, bei dem Abfälle mit organischen Anteilen anstatt mit Verbrennungsluft mit hochprozentigem Sauerstoff ver brannt werden. Unter Abfällen sind dort unter anderem Haus müll, Sonderabfälle, Shredderschutt und dergleichen er wähnt worden.

Die Abfälle werden in einem geeigneten Ofen mit Sauerstoff verbrannt, die Abgase in einem Abhitzekessel abgekühlt und dann in einer geeigneten Gasreinigungsanlage von Schadstof fen weitgehend befreit.

Bei diesem Verbrennungsvorgang werden vorhandene kohlen stoff- und/oder kohlenstoffhaltige Stoffe hauptsächlich zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt.

Da der Stickstoff, der beim Verbrennen mit Luft als Ballast vorhanden ist, fehlt, haben die Verbrennungsabgase nur ge ringe Stickstoff-Gehalte in Abhängigkeit vom Stickstoffge halt in den zu verbrennenden Abfällen. Kohlendioxid ist heutzutage ein unerwünschtes Verbrennungsprodukt, da es zum sogenannten "Treibhauseffekt" beiträgt.

Aus der Literatur und der Praxis sind viele Verfahren be kannt, bei denen Kohlenoxide zu Kohlenwasserstoffen unter schiedlichster Zusammensetzung - unter Verwendung geeigne ter Katalysatoren - hydriert werden.

Es seien hier z. B. die Fischer-Tropsch-Benzinsynthese

n CO+2nH₂=nCH₂+nH₂O

oder die Methanol-Synthese

CO+2H₂=CH₃OH

erwähnt.

Auch Kohlenmonoxid und Wasserdampf lassen sich bei geeigne ten Mischungsverhältnissen und bestimmten Katalysatoren in verschiedene Kohlenwasserstoffe umwandeln, wie H. Kölbel und Fr. Engelhardt nachgewiesen haben.

m CO+nH₂O=oCH₂+pC₂H₅OH+qCO₂.

Die Hydrierung von Kohlendioxid mit Wasserstoff ist eben falls möglich, wie z. B. die EPA 00 79 207 "Process for the production of hydrocarbons and oxygenated derivatives there of by the catalytic hydrogenation of carbondioxide" zeigt.

m CO₂+nH₂=oCH₄+pCH₃OH+qCO.

Während in der Regel für die Synthese von Kohlenwasserstof fen eigens dafür hergestellte sogenannte Synthesegase ver wendet wurden, aber auch schon Synthese mit Gichtgas und Wassergas durchgeführt wurden, hat erstmalig Josef H. Schick, DE 35 25 479, vorgeschlagen, aus der Verbrennung von Gasen entstandenes CO₂ bei hoher Temperatur mit Methan und Wasserdampf in ein hauptsächlich aus CO und H₂ beste hendes Gas umzuwandeln, das als Synthesegas für verschie denste Synthese-Produkte geeignet ist.

Die Hydrierung kohlenstoffhaltiger Abfälle ist von J. Korf, Kunststoff-Journal 12/87, S. 3, beschrieben worden.

In der Patentanmeldung DP 40 26 201.4 ist ein Verfahren dargestellt, bei dem die bei der Verbrennung von kohlen stoff- und/oder kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen mit Sauer stoff in den Abgasen enthaltenen Kohlenoxide, Kohlendi oxide und Wasser in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden.

Bei diesem Verfahren sind zwei Varianten aufgeführt, bei denen flüssige Abfallkohlenwasserstoffe in die Rauchgase zur Reduktion von CO₂ und H₂O eingespritzt werden.

In der Patentanmeldung DP 40 17 089.6 ist ein Verfahren beschrieben worden, bei dem Kunststoffabfälle auf beson dere Weise verflüssigt, bzw. vergast werden, um dann in Reaktoren eingedüst zu werden, in denen, ähnlich dem be kannten Shell-Verfahren für Schweröl, Synthesegase herge stellt werden können.

Das neuartige, hier vorgeschlagene Verfahren löst die Auf gabe, Kunststoffabfälle zu höheren Kohlenwasserstoffen um zuwandeln und dadurch ein Recycling von Kunststoffen zu ermöglichen, ohne daß dabei schädliche Emissionen in die Atmosphäre auftreten.

Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß Kunststoff abfälle getrennt verarbeitet werden. Der Teil, der toxische Stoffe enthält und nicht polyolefiner Natur ist, wird mit hochprozentigem Sauerstoff entsprechend der o.a. Patentan meldung 37 35 061/PCT/EPA 88/00 927 bei ca. 1600°C in ei nem geeigneten Ofen verbrannt.

Durch die Verbrennung werden toxische, organische Stoffe vollständig zerstört, toxische, anorganische Stoffe in eine Form übergeführt, die, nach einer geeigneten Gasreini gung für die flüchtigen Stoffe und Rückführung der Gasreini gungsfeststoffe in den Verbrennungsofen, eine Mineralisie rung in einer Schlacke ermöglicht.

Der Teil, der keine toxischen Stoffe enthält und polyolefi ner Natur ist, wird im wesentlichen nach dem Verfahren der Patentanmeldung DP 40 17 089.6 verflüssigt bzw. vergast, und in dieser Form in das Rauchgas aus der Verbrennung des anderen Teiles eingedüst. Dadurch kann Kohlendioxid und Wasser in Kohlenoxid und Wasserstoff umgewandelt werden.

CO₂+H₂O+C₂H₄=3CO+3H₂
Rauchgas Vergasung Synthesegas

Das Gas wird, nach Abkühlung und Reinigung mit üblichen Verfahren, z. B. einer Methanolsynthese zugeführt.

3CO+3H₂+3H₂=3CH₃OH
Synthesegas Zusatz Methanol

Das Verfahren wird im einzelnen am Beispiel der Verarbei tung von Shredderschutt wie folgt beschrieben:
Durch Windsichten werden organische und Kunststoffabfälle von mineralischen Abfällen getrennt. Anschließend werden die Abfälle auf unter 50 mm Korngröße zerkleinert. Durch Aufschwimmen in Wasser werden die ungefüllten Polyolefin abfälle als leichte Fraktion ausgeschieden.

Die schwere Fraktion, die Abfälle mit toxischen Stoffen und nicht polyolefiner Natur enthält, wird z. B. in einem Drehrohrofen, gegebenenfalls mit Rauchgasrückführung und unter Zuschlag von Schlackenflußmitteln und Additiven zur Schadstoffbindung, entsprechend dem Verfahren der Patent anmeldung DP 37 35 061/PCT/EPA 88/00 927, zu hauptsächlich CO₂ und H₂O verbrannt.

Die abgetrennten, leichten Polyolefine werden gemäß dem Verfahren der Patentanmeldung DP 40 17 089.6 verflüssigt bzw. vergast, und in den Rauchgasstrom aus der Verbrennung mit Sauerstoff eingedüst. Dadurch werden CO₂ und H₂O in CO und H₂ umgewandelt.

Das so erhaltene Gasgemisch ist nach zweckentsprechender Reinigung und Abkühlung als Synthesegas, z. B. für die Her stellung von Methanol, geeignet.

Die bei der Synthese anfallenden Restgase werden in den Ofen für die Verbrennung mit Sauerstoff zurückgeführt.

Dadurch ist sichergestellt, daß bei dem Verfahren keine Verbrennungsgase emittiert werden.

Nachstehend ist ein Mengenschema als Verfahrensbeispiel für die Aufarbeitung von Shredderschutt angeführt.

Das Mengenverhältnis der Kunststoff-Fraktionen, die der Verbrennung bzw. Vergasung zugeführt werden, und die For melumsätze sind hier nur beispielhaft angegeben. Sie hän gen natürlich von der tatsächlichen Zusammensetzung der zu verarbeitenden Kunststoffabfälle ab.

Anlage zur Aufarbeitung von 7,5 t/h Kunststoffabfällen (Shredderschutt). Die Abfälle enthalten 25% Asche.

A) Verbrennung nach DP 37 35 061/PCT/EPA/88/00 927 2,5 t/h Abfälle ./. 25% Asche = 1,87 t/h (C₂H₄)_n C₂H₄ + 3 O₂ = 2 CO₂ + 2 H₂O
t/h 1,87 C₂H₄ + 6,41 O₂ = 5,87 CO₂ + 2,41 H₂O
B) Vergasung nach DP 40 17 089
5 t/h Abfälle ./. 25% Asche = 3,75 t/h (C₂H₄)_n
C) Eindüsen von C₂H₄ in das Rauchgas 2 CO₂ + 2 H₂O + 2 C₂H₄ = 6 CO + 6 H₂
t/h 5,87 CO₂ + 2,41 H₂O + 3,74 C₂H₄ = 11,21 CO + 0,82 H₂
D) Methanolsynthese mit H₂-Zusatz 6 CO + 6 H₂ + 6 H₂ = 6 CH₃OH
t/h 11,21 CO + 0,82 H₂ + 0,82 H₂-Zusatz = 12,85 CH₃OH

Herangezogene Druckschriften
DE 37 35 061,
PCT/EPA 88/00 927,
DE 35 25 479,
DE 35 18 467,
DE 40 26 201,
DE 40 17 089,
EPA 00 79 207,
H. Kölbel, Fr. Engelhardt, Angew. Chemie 64 (1952), S. 54-58,
J. Hollander, L. Spialter, Journ. of Chemical Education, Vol. 35 (1958), S. 446-449,
J. Korf, Kunststoff Journal 12/87, S. 3

Claims

1. Verfahren zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in höhere Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kunststoffabfälle mit Sauerstoff verbrannt, ein anderer Teil verflüssigt und/oder vergast und danach in den Rauchgasstrom der Verbrennung des ersten Teils eingedüst und dadurch ein für eine Synthese geeignetes Gas erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Verbrennung bestimmte Teil toxische Stoffe enthält und/oder nicht polyolefiner Natur ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Verflüssigen und/oder Vergasen bestimmte Teil frei von toxischen Stoffen und/oder polyolefiner Natur ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung von Kunststoffabfällen in Fraktionen durch Aufschwimmen und Absinken in Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Fraktionen in einem Hydrozyklon er folgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung nach dem Verfahren erfolgt, wie es in der Patentanmeldung DP 37 35 061/PCT/EPA/ 88/00 927 be schrieben ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigung bzw. Vergasung nach dem Verfahren er folgt, wie es in der Patentanmeldung DP 40 17 089.6 be schrieben ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffabfälle durch Windsichten von minera lischen und anderen unerwünschten Stoffen befreit wer den.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffabfälle vor der weiteren Behandlung auf unter 50 mm Korngröße zerkleinert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restgase der Synthese in den Verbrennungsofen zu rückgeführt werden.

11. Verfahren zum Umwandeln von Kohlenmonoxid, Kohlendi oxid und Wasser, die beim Verbrennen von kohlenstoff- und/oder kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas im Rauchgas anfallen, da durch gekennzeichnet, daß durch Eindüsen von nach dem Verfahren DP 40 17 089.6 oder einem anderen geeigneten Verfahren verflüssigte bzw. vergaste Kunststoffe in das Rauchgas ein Synthesegas erzeugt wird.