DE4320441C2

DE4320441C2 - Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Formlingen aus gemischten verunreinigten Kunststoffabfällen

Info

Publication number: DE4320441C2
Application number: DE19934320441
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Struedinger; Reinhard Skoddow; Wolfgang Dipl Chem Rabe; Manfred Dipl Ing Duerlich
Original assignee: Energiewerke Schwarze Pumpe AG
Current assignee: Sekundaerrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pump
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2013-06-22
Also published as: DE4320441A1; CZ151594A3; CZ292005B6

Description

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

Kunststoffe werden vielfältig im Haushalt, im Handel, im Gewerbe und in der Industrie ver wertet. Insbesondere als Verpackungsmaterial genutzt, fallen die Kunststoffe als gebrauch te verunreinigte Kunststoffverpackungen kurzfristig wieder als Abfall 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 Kunststoffe liegt als Ver bundwerkstoff mit verschiedenen Kunststoffarten, Papier, Textilien oder Metallen vor und kann so nicht einem einfachen Recycling zugeführt werden.

Ein hoher Anteil von Kunststoffabfällen wird gegenwärtig gemeinsam mit Hausmüll depo niert 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. Chlorverbindungen, Dioxine) freigesetzt. Die Um setzung von geformten, kompaktierten Kunststoffen ist sowohl in MVA, Pyrolyse- und Verga sungsanlagen möglich. Die Vor- und Nachteile der drei Verfahren zur Entsorgung sind hin länglich bekannt. Für eine optimale Entsorgung ist eine zielgerichtete Aufbereitung und Homogenisierung erforderlich. Vor allem bei der Festbettvergasung ist die Formstabilität der Kunststoff-Formlinge von ausschlaggebender Bedeutung. Die Umsetzung in Müllverbren nungsanlagen führt auf Grund des geringen Wirkungsgrades zur Erhöhung der CO₂-Emission, und zusätzlich besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit der Dioxinbildung.

Aus verschiedenen Veröffentlichungen zum Stand der Technik ist die Herstellung von Kunststoff-Formlingen bekannt.

So ist in der EP 03 97 280 A1 eine Methode zur Kompaktierung von Kunststoffabfällen be schrieben, wonach in einem Behälter unter Wärmezufuhr von außen gepreßte Kunststoff blöcke hergestellt werden, deren weiterer Einsatz nicht aus der Erfindungsbeschreibung hervorgeht. Die vorgeschlagene Methode benötigt neben der Wärmezufuhr eine spätere Abkühlung. Der technische Aufwand der vorgeschlagenen Lösung ist hoch, worunter die Wirtschaftlichkeit leidet. Da die zugeführte Wärme nur eine Erweichung der Kunststoffe zur besseren Handhabung bewirken soll, bleiben vorhandene Kontaminierungen auch im Preßblock erhalten. Die erzeugten Blöcke sind offensichtlich von einer solchen Größe, daß sie für einen Einsatz in einer Festbettvergasungsanlage nicht geeignet sind.

Ein anderes, aufwendigeres Verfahren zur Herstellung von Kunststoffkompaktaten wird in Abstracts of Japan JP 3-277511 A beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte Zerkleinerung, Mischung und Verpressung und benötigt ebenfalls eine Wärmezu fuhr von außen. Auch hier bleiben eventuelle Kontaminierungen der eingesetzten Materia lien erhalten.

In weiteren Patenten, z. B. DE 25 07 938 A1, DE 31 11 324 A1 und DE 39 26 996 A1 wer den Verfahren beschrieben, die mit hohen Aufwendungen Ersatzbrennstoffe mit geringer Festigkeit erzeugen. Diese Ersatzbrennstoffe sind höchstens für Müllverbrennungsanlagen geeignet. Weiterhin sind durch neue Gesetzlichkeiten einzelne Stoffe nicht mehr oder nur noch in veränderter Zusammensetzung verfügbar, die die Herstellung der verfahrensbe dingten Zusammensetzung nicht mehr ermöglichen.

Verwertungsverfahren für verunreinigte und vermischte Kunststoffabfälle stehen gegenwär tig nicht in ausreichender Kapazität zur Verfügung, so daß bereits Verfahren wie in DE 41 07 023 A1 zur Zwischenlagerung vorgeschlagen werden. Im vorgenannten Verfah ren wird vorgeschlagen, Kunststoffabfälle gemischt mit nichtbrennbaren Materialien zur Minderung der Brandgefahr zwischenzulagern. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Kunststoffabfälle wieder aufwendig abgetrennt werden müssen, stärker verunreinigt sind als zuvor und insgesamt ein sehr hohes Lagervolumen erforderlich ist.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, gemischte und verunreinigte Kunststoffab fälle mit geringem Aufwand aufzubereiten und stofflich zu verwerten. In diesen Prozessen soll gleichzeitig eine technisch einfache Verwertung bzw. Dekontaminierung von feinkörni gen und pastösen Rest- und Abfallstoffen in der Kombination bewirkt werden. Es soll ein Behandlungsverfahren gefunden werden, welches eine problemlose Zwischenlagerung bzw. effektive Vorstufe für eine Ver wertung von gemischten und verunreinigten Kunststoffabfällen mit simultaner Einbeziehung von feinkörnigen und pastösen Rest- und Abfallstoffen, die bei thermischer Beanspruchung eine hohe Formstabilität aufweisen, darstellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- die Kunststoffabfälle werden direkt und/oder vorzerkleinert in einem Anteil von 10 bis 99% der Gesamtmenge und mit einem PE-Anteil von <10% durch Friktionswärme und/oder direkten Wärmeeintrag im Temperaturbereich von 70 bis 250°C plastifiziert,
- während oder nach diesem Prozeß werden 1 bis 90% organische oder anor ganische Zusatzstoffe zugeführt,
- die plastifizierte Masse wird direkt oder als gekörntes, homogenes Agglome rat nach bekannten technischen Verfahren bei einer Temperatur 30°C zu einem homogenen, festen und bis 400°C thermostabilen Formling verarbei tet.

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

1. Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Formlingen aus gemischten verunrei nigten Kunststoffabfällen mit folgenden Verfahrensschritten:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das homogene Agglome rat eine Körnung von 1 bis 60 mm, vorzugsweise von <10 mm, und eine Dichte von 0,3 bis 0,8 g/cm³ aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den thermo plastischen Kunststoffen zugeführten organischen oder anorganischen Zusatzstoffe als zerkleinerte und/oder feinkörnige und/oder pastöse Rest- und Abfallstoffe anteilig im Prozeß der Agglomerierung und/oder im Prozeß der Kompaktierung in einem Ge samtanteil von 20 bis 50% zugegeben werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling in einem Arbeitsgang mit dem Prozeß der thermomechanischen Behand lung der Mehrstoffgemische erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe in pastöser pulverförmiger, fasriger oder stückiger Form und nach vor heriger Zerkleinerung auf <10 mm homogen mit dem in einem separaten Prozeß erzeugten Kunststoffagglomerat vermischt werden.