DE4320441A1 - Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Formlingen aus verunreinigten Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Aufbereitung und stoffliche Verwertung von gemischten und verunreinigten Kunststoffen.

Kunststoffe werden vielfältig im Haushalt, im Handel, im Gewer­ be und in der Industrie verwertet. Insbesondere als Verpac­ kungsmaterial genutzt, fallen die Kunststoffe als gebrauchte verunreinigte Kunststoffverpackungen kurzfristig wieder als Ab­ fall an. Im Abfall liegen die Kunststoffe entweder im Gemisch oder verschmutzt vor. Eine sortenreine Sortierung ist selten mit geringem Aufwand möglich. Ein Großteil der erzeugten Kunst­ stoffe liegt als Verbundwerkstoff mit verschiedenen Kunststoff­ arten, Papier, Textilien oder Metallen vor und kann so nicht einem einfachen Recycling zugeführt werden.

Ein hoher Anteil von Kunststoffabfällen wird gegenwärtig ge­ meinsam mit Hausmüll deponiert oder in Müllverbrennungsanlagen verbrannt. Da Kunststoffe biologisch nur schwer abbaubar sind, werden sie in Deponien zu Altlasten. Bei Deponiebränden werden in großen Mengen unkontrolliert Schadstoffe (z. B. Chlorverbin­ dungen, Dioxine) freigesetzt. Die Umsetzung der geformten, kom­ paktierten Kunststoffe ist sowohl in MVA, Pyrolyse- und Verga­ sungsanlagen möglich. Die Vor- und Nachteile der drei Verfahren zur Entsorgung sind hinlänglich bekannt. Für eine optimale Ent­ sorgung ist eine zielgerichtete Aufbereitung und Homogenisie­ rung erforderlich. Vor allem bei der Festbettvergasung ist die Formstabilität der Kunststoff-Formlinge von ausschlaggebender Bedeutung. Die Umsetzung in Müllverbrennungsanlagen führt auf Grund des geringen Wirkungsgrades zur Erhöhung der CO₂-Emissi­ on, und zusätzlich besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit der Di­ oxinbildung.

In DE 40 29 880 wird vorgeschlagen, Kunststoffe bei erhöhter Temperatur durch Abbau der Polymere zu verflüssigen und in Brennräume von Vergasungsreaktoren einzudüsen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich für sortenreine Kunststoffabfälle, die nicht verunreinigt sind und nicht mit Verbundwerkstoffen verar­ beitet sind, anwendbar. Diese Einschränkungen stehen einer großtechnischen Anwendung entgegen.

In einem Vorschlag nach DE 40 28 999 wird eine Rückgewinnung von Metallen aus Verbundwerkstoffen durch Ablösung der Nichtme­ tallbestandteile mit definierten Lösungsmitteln bei definierten Verfahrensbedingungen angestrebt. Dieses Verfahren ist tech­ nisch sehr aufwendig und bedarf mehrerer Verfahrensstufen für eine sortenreine Gewinnung der Einzelbestandteile. Inwieweit eine großtechnische Anwendung zu wirtschaftlich und technisch verwendbaren Produkten führt, ist noch offen.

Im vorgeschlagenen Verfahren nach DE 40 29 879 soll nur ein Teil der Kunststoffabfälle mit Sauerstoff verbrannt werden und ein anderer Teil wird vergast oder verflüssigt und danach in den Rauchgasstrom des Verbrennungsanteiles eingedüst. Dieses Verfahren ist deshalb von Nachteil, weil mehrere Verfahrensstu­ fen gleichzeitig mit sehr definierten Verfahrensparametern be­ trieben werden müssen, um ein brauchbares Synthesegas zu erhal­ ten.

In weiteren Patenten, z. B. DE 25 07 938, DE 31 11 324, DE 39 26 996, werden Verfahren beschrieben, die mit hohen Aufwendungen Er­ satzbrennstoffe mit geringer Festigkeit erzeugen. Diese Ersatz­ brennstoffe sind höchstens für Müllverbrennungsanlagen geeig­ net. Weiterhin sind durch neue Gesetzlichkeiten einzelne Stoffe nicht mehr oder nur noch in veränderter Zusammensetzung verfüg­ bar, die die Herstellung der verfahrensbedingten Zusammenset­ zung nicht mehr ermöglichen.

Es ist ebenfalls bekannt geworden, Kunststoffabfälle durch Hy­ drierung zu verwerten. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß eine sehr energieintensive und kostenaufwendige Aufbereitung für den Hydrierprozeß erforderlich ist. Die erzeugte flüssige Kohlenwasserstofffraktion muß für eine weitere Verwertung sehr aufwendig aufbereitet werden.

Verwertungsverfahren für verunreinigte und vermischte Kunst­ stoffabfälle stehen gegenwärtig nicht in ausreichender Kapazi­ tät zur Verfügung, so daß bereits Verfahren wie in DE 41 07 023 zur Zwischenlagerung vorgeschlagen werden. Im vorgenannten Ver­ fahren wird vorgeschlagen, Kunststoffabfälle gemischt mit nichtbrennbaren Materialien zur Minderung der Brandgefahr zwi­ schenzulagern. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Kunststoffabfälle wieder aufwendig abgetrennt werden müssen, stärker verunreinigt sind als zuvor und insgesamt ein sehr ho­ hes Lagervolumen erforderlich ist.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, gemischte und verunreinigte Kunststoffabfälle mit geringem Aufwand aufzube­ reiten und stofflich zu verwerten. In diesen Prozessen soll gleichzeitig eine technisch einfache Verwertung bzw. Dekontami­ nierung von feinkörnigen und pastösen Rest- und Abfallstoffen in der Kombination bewirkt werden.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen weiterhin darin, ein Behandlungsverfahren zu finden, welches eine problemlose Zwi­ schenlagerung bzw. effektive Vorstufe für eine Verwertung von gemischten und verunreinigten Kunststoffabfällen mit simultaner Einbeziehung von feinkörnigen und pastösen Rest- und Abfall­ stoffen, die bei thermischer Beanspruchung eine hohe Formstabi­ lität aufweisen, darstellt. Bei der thermischen Verwertung, d. h. bei der Verbrennung, der Pyrolyse und der Vergasung, ist eine optimale Durchströmbarkeit bzw. eine große Reaktionsfläche durch die Zumischkomponente, die ein Stützgerüst ermöglichen, zu erreichen. Eine Zwischenlagerung bzw. Kompaktierung von feinkörnigen und pastösen Abfallstoffen, wie beispielsweise von Gummimehl, getrocknetem Klärschlamm und anderen Feinstäuben oder Lackkoagulaten ist zur Zeit nur mit hohem sicherheitstech­ nischen Aufwendungen möglich.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, indem ge­ mischte, verunreinigte, thermoplastische Kunststoffabfälle mit einem PE-Anteil von < 10% direkt und/oder vorzerkleinert durch Scherbeanspruchung auf < 10 mm feinzerkleinert und gleichzeitig durch Friktionswärme im Temperaturbereich von 70 bis 250°C plastifiziert werden. Mittels dosierter Zusatzstoffzugabe von 1 bis 90%, bevorzugt von 20 bis 50%, werden Dichte (Dichte < 0,5 g/cm³) und thermische Formbeständigkeit bis < 400°C, wie sie für eine thermische Verwertung, bevorzugt für die Festbett­ vergasung und Pyrolyse erforderlich sind, erreicht. Als Zusatz­ stoffe kommen anorganische und/oder organische Rest- oder Ab­ fallstoffe von pastöser, pulverförmiger, faseriger oder stücki­ ger Konsistenz wie beispielsweise Lackkoagulate, Stäube, ge­ trocknete Klärschlämme, Holz und getrocknete Kohle in Betracht. Die Herstellung der thermostabilen Formlinge nach der vorge­ schlagenen Lösung wird mit bekannten, jedoch für die speziellen Einsatzstoffe eingerichteten Maschinen bzw. Aggregaten durchge­ führt. Je nach Auswahl der Maschinen und Aggregate erfolgt die Herstellung der Formlinge ein- oder zweistufig. So werden z. B. bei der Verwendung von Extrudern die notwendigen Bearbeitungs­ schritte wie Aufnahme der Zusatzstoffe, Feinzerkleinerung, Pla­ stifizierung und Formung in einer Verarbeitungsstufe erledigt. Dagegen wird bei Verwendung von Agglomeratoren und Pressen die Herstellung der Formlinge zweistufig, nämlich in einer Agglome­ rierungs- und einer Kompaktierungsstufe, vorgenommen.

Die erfindungsgemäße Lösung hat bei der zweistufigen Variante gegenüber der oben beschriebenen Lösung einige Besonderheiten. Mittels dosierter Zusatzstoffzugabe werden Dichte und Körnung des Agglomerates auf die für die Weiterverarbeitung erforderli­ chen Werte (Dichte = 0,3 bis 0,8 g/cm³, Körnung = 1 bis 60 mm) gebracht. Durch die thermomechanische Behandlung wird erst die optimale Kompaktierfähigkeit der Kunststoffabfälle erreicht.

In einer zweiten Bearbeitungsstufe, der Kompaktierung, die mit Hilfe von Pressen vorgenommen wird, ist die Zuführung weiterer zerkleinerter und/oder feinkörniger und/oder pastöser Zusatz­ stoffe homogen vermischt möglich. Zweckmäßigerweise werden hier solche Stoffe zugeführt, die ohnehin gute Brikettiereigenschaf­ ten besitzen wie beispielsweise Trockenkohle oder Trockenklär­ schlamm. Das gesamte Stoffgemisch wird bei Temperaturen von über 30°C zu Formlingen mit hoher thermischer Formbeständig­ keit verarbeitet.

Das Verfahren ermöglicht die Erzeugung von definierten Formlin­ gen für eine problemlose Zwischenlagerung sowie für eine effek­ tive Verwertung, insbesondere in der Festbettdruckvergasung oder Pyrolyse.

Der Hauptvorteil der Lösung besteht darin, daß eine Vorsortie­ rung und Reinigung von Kunststoffabfällen für die Verwertung nicht erforderlich ist und daß Verunreinigungen wie beispiels­ weise mit Papier, Aluminium und organischen Stoffen die Aufbe­ reitung und Verwertung nicht stören.

Ein weiterer Vorteil ist die gefahrlose Einbindung von schad­ stoffhaltigen Komponenten/Abfällen.

Die weiteren Vorteile der vorgeschlagenen Lösung bestehen darin, daß keine oder nur eine einfache Vorzerkleinerung erfor­ derlich ist, daß keine vollständige Aufschmelzung der Kunst­ stoffabfälle und damit ein geringer Energieaufwand notwendig ist und daß die Feinzerkleinerung, der Wärmeeintrag und die Einbindung von anderen Rest- und Abfallstoffen in einem Prozeß erfolgt. Gleichzeitig wird mit der Einbindung mehrerer Rest- und Abfallstoffe in einem Kompaktat im Vergleich zu einer ge­ sonderten Zugabe von mehreren Einzelstoffen in die Festbettver­ gasung oder die Pyrolyse erreicht, daß Entmischungen in der Schüttung und damit Prozeßstörungen vermieden werden.

Durch das vorgeschlagene Verfahren gelingt es, Kunststoffab­ fälle durch eine einfache Aufbereitung und chemische Umwandlung dieser Materialien im Prozeß der Festbettdruckvergasung zu Nutzgas und zu flüssigen Kohlenwasserstoffen umzuwandeln. Orga­ nische Verunreinigungen werden zu Nutzgas umgesetzt, und anor­ ganische Verunreinigungen werden nicht eluierbar in die entste­ hende Schlacke eingebunden.

In zwei Ausführungsbeispielen wird das vorgeschlagene Verfahren nachfolgend näher beschrieben.

Beispiel 1

In einer Haus- und Gewerbemüllaufbereitungsanlage werden stünd­ lich 4 t gemischte Kunststoffabfälle gewonnen. Vor der Vorzer­ kleinerung wird der Folienanteil im Einsatzgut durch eine vor­ geschaltete Windsichtung auf 20% eingestellt. In einem geeig­ neten Shredder wird diese Menge auf eine Körnung von < 20 cm vorzerkleinert. Dieses Produkt wird über ein Transportsystem in den Extruder eingebracht. Zusätzlich werden diesem Produkt 1,5 t/h auf < 10% Wassergehalt getrockneter feinkörniger Klär­ schlamm und 0,5 t Lackkoagulat zugesetzt.

Das erzeugte Mischprodukt in einer Gesamtmenge von 6,0 t/h wird durch Scherkräfte und Friktion bei Temperaturen von 200- 230°C in eine agglomerierte Form auf eine Dichte von 0,9 g/cm³ gebracht. Der Austrag aus dem Extruder ist ein thermostabiler, definierter Formling von 40 × 40 × 70 mm. Die erzeugten Form­ linge werden zwischengelagert, problemlos transportiert und zur Verwertung dem Festbettdruckvergaser im Gemisch mit Kohle zuge­ führt.

Beispiel 2

In einer Haus- und Gewerbemüllaufbereitungsanlage werden stünd­ lich 5 t gemischte Kunststoffabfälle gewonnen. Vor der Vorzer­ kleinerung wird der Folienanteil im Einsatzgut durch eine vor­ geschaltete Windsichtung auf 50% eingestellt. In einem geeig­ neten Shredder wird diese Menge auf eine Körnung von < 20 cm vorzerkleinert. Dieses Produkt wird über ein Transportsystem in Agglomeratoren wie beispielsweise vom Typ Foliolux FD 200 ein­ gebracht. Zusätzlich werden diesem Produkt 1,0 t/h auf < 10% Wassergehalt getrockneter feinkörniger Klärschlamm zugesetzt.

Das erzeugte Mischprodukt in einer Gesamtmenge von 6,0 t/h wird durch Scherkräfte und Friktion bei Temperaturen von 90-95°C in eine agglomerierte Form auf eine Dichte von 0,45 g/cm³ ge­ bracht. Vor dem Austrag aus dem Agglomerator wird die heiße Kunststoffmasse mit 0,8 l Wasser pro 100 kg beaufschlagt. Es entsteht eine Körnung von 8-40 mm. Zusätzlich kann in einer weiteren Prozeßstufe dem Agglomerat 6 t Trockenkohle zugeführt und in einer Matritzen- oder Strangpresse eine definierte Form von 70 × 70 × 70 mm erzeugt werden. Die erzeugten Kompaktate werden zwischengelagert, problemlos transportiert und zur Ver­ wertung im Festbettdruckvergaser umgesetzt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Formlingen aus verunreinigten Kunststoffen durch thermisch und/oder thermomechanisch erzeugte Kunststoffagglomerate oder me­ chanisch hergestellte Kunststoffschnitzel, im weiteren Agglomerate genannt, für eine anschließende thermische Verwertung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil von 10 bis 99% des Agglomerates, bestehend aus einem PE-Anteil von < 10%, das direkt oder vorzerkleinert, vorzugsweise auf < 10 mm durch Friktionswärme und/oder direkten Wärme­ eintrag im Temperaturbereich von 70 bis 250°C plastifi­ ziert und während oder nach diesem Prozeß 1 bis 90% or­ ganische oder anorganische Zusatzstoffe zugeführt und nach bekannten technischen Verfahren bei einer Tempera­ tur 30°C zu einem homogenen, festen und bis 400°C thermostabilen Formling verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das homogene Agglomerat eine Körnung von 1 bis 60 mm und eine Dichte von 0,3 bis 0,8 g/cm³ aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den thermoplastischen Kunststoffen zu­ geführten, zerkleinerte- und/oder feinkörnigen und/oder pastösen Rest- und Abfallstoffe anteilig im Prozeß der Agglomerierung und/oder im Prozeß der Kompaktierung in einem Gesamtanteil von vorteilhafterweise 20 bis 50% zu­ gegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Prozeß der thermomechanischen Behandlung der Mehrstoffgemische ein Formling erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die pastösen pulverförmigen, faserigen oder stückigen Zusatzstoffe nach bekannten Verfahren durch vorherige Zerkleinerung auf < 10 mm erzeugt und homogen mit dem in einem separaten Prozeß erzeugten Kunststoffagglomerat vermischt und anschließend in einem nachgeschalteten Pro­ zeß bei < 30°c kompaktiert werden.