DE4327958C1

DE4327958C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoff und/oder organisches Material enthaltendem Abfall

Info

Publication number: DE4327958C1
Application number: DE19934327958
Authority: DE
Inventors: Guenter Poeschl
Original assignee: PPV Verwaltungs AG
Current assignee: PPV Verwaltungs AG
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: WO1995005431A1; AU7498794A; EP0730627A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 8 angegebe nen Art.

Das Recyceln von Abfall, der hauptsächlich aus Kunststoff besteht, bereitet heutzutage noch große Probleme. Einer seits läßt sich mit herkömmlichen Verfahren nur sortenrei ner Kunststoffabfall wiederverwerten, und andererseits läßt sich Blähmittel aus dem PUR-Isolierschaum, wie er in Kühlschränken verwendet wird, nicht ausreichend vollstän dig entfernen und rückgewinnen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlschrankentsor gung, von denen die Erfindung ausgeht, ist z. B. in dem Prospekt "Kühlschrank-Entsorgung, Modell Schleswig-Hol stein, System Bresch", herausgegeben vom Bundesinnungsver band des deutschen Kälteanlagenbauerhandwerks, Düsseldorf, beschrieben. Dort ist zwar nicht angegeben, wie das Bläh mittel aus dem PUR-Isolierschaum bei der Kühlschrank-Ent sorgung entfernt wird, der Anmelderin ist jedoch bekannt, daß das Austreiben des Blähmittels aus dem PUR-Isolier schaum erfolgt, indem letzterer gepreßt wird. Dieses Ver fahren ist nicht effektiv genug, insbesondere ist es unge eignet, Kunststoff und/oder organisches Material enthal tenden Abfall in seine Ausgangskomponenten zu zerlegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 8 angegebenen Art effektiver und insbesondere so zu gestal ten, daß Kunststoffabfälle in beliebiger Zusammensetzung in ihre Ausgangskomponenten zerlegt und diese rückgewonnen werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Ansprü chen 1 und 8 angegebenen Schritte bzw. Merkmale gelöst.

Der durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Er findung recycelte Abfall braucht nicht vor dem Recyceln in seine verschiedenen Bestandteile sortiert zu werden. Erfindungsgemäß werden nämlich beim Recyceln feste und gasförmige Komponenten getrennt wiedergewonnen. Die Rück gewinnung der gasförmigen Ausgangskomponenten erfolgt da bei praktisch total, womit das mit ionisiertem Gas und Plasma arbeitende Verfahren nach der Erfindung dem ein gangs erwähnten mechanischen Verfahren überlegen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge genstände der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie ben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoff und/oder organisches Mate rial enthaltendem Abfall, die einen im Querschnitt rechteckigen Vakuumbehälter aufweist, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Vakuumbehälter ku gelförmig ist.

Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeich nete Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoff und/oder organisches Material enthaltendem Abfall 12. Die Vorrich tung weist einen in Fig. 1 im Vertikalschnitt dargestell ten, etwa rechteckigen Vakuumbehälter 14 auf, der eine Va kuumkammer 16 enthält. Der Behälter 14 hat eine nicht dargestellte Tür, die zum Einbringen des Abfalls 12 geöff net und anschließend wieder vakuumdicht verschlossen wer den kann. Der Vakuumbehälter 14 ist mit einer üblichen Va kuumerzeugungsanlage versehen, die nicht Teil der Erfin dung und daher nicht dargestellt ist. Der Vakuumkammer 16 sind vier Mikrowellenerzeuger 18 zugeordnet. Da alle Mi krowellenerzeuger den gleichen Aufbau haben, wird im fol genden nur einer beschrieben. Außerdem hat die Vakuumkam mer 16 eine Zuleitung 20 für leicht ionisierbares Gas wie Argon oder ein anderes Edelgas oder ein Inertgas sowie eine Zuleitung 22 für Wasserstoff. Weiter hat die Va kuumkammer 16 zwei Ableitungen 24 und 26 in ihrem oberen bzw. unteren Teil für in der Vakuumkammer 16 entstehende gasförmige Komponenten. Die Ableitung 24 befindet sich im oberen Teil der Vakuumkammer 16 und ist für wichtemäßig leichte Komponenten vorgesehen, wogegen sich die Ableitung 26 im unteren Teil der Vakuumkammer 16 befindet und für wichtemäßig schwere Komponenten vorgesehen ist.

Der Mikrowellenerzeuger 18 ist ein außerhalb der Vakuumkammer 16 angeordnetes Magnetron 28, das durch ein in die Vakuumkammer 16 führendes und darin am Ende ver schlossenes Abstrahlrohr 30 aus für Mikrowellen durchläs sigem Material in die Vakuumkammer 16 abstrahlt. Das Ab strahlrohr 30 ist auf seiner von dem Abfall 12 abgewandten Seite 32 mit einer Mikrowellen reflektierenden Beschich tung 34 versehen. Das Abstrahlrohr hat ein dem verschlos senen Ende gegenüberliegendes offenes Ende, an das das Ma gnetron 28 abgedichtet angeschlossen ist. Das Abstrahlrohr 30 ist mit einem elektrisch isolierenden Gas wie SF₆ ge füllt. Die Mikrowellenerzeuger 18 sind über die Wände des Vakuumbehälters 14 wie in Fig. 1 dargestellt verteilt. Aufgrund der Beschichtung 34 erfolgt die Abstrahlung in Richtung des Abfalls 12. Bei dem in Fig. 1 unten links dargestellten Mikrowellenerzeuger 18 befindet sich demge mäß die Beschichtung 34 ebenfalls unten.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher der im Querschnitt dargestellte Vakuumbehälter 14′ kugelförmig ausgebildet ist, ansonsten aber dem Vakuumbehälter 14 gleicht.

Die beiden Ableitungen 24, 26 sind jeweils über einen Kon densator 36 bzw. 38 mit einem Auffangbehälter 40 bzw. 42 verbunden. Außerhalb der Vakuumkammer 16 ist zwischen die beiden Ableitungen 24, 26 ein Hochdruckplasmaerzeuger 44 geschaltet. Dieser ist, wie dargestellt, jeweils über einen Bypass 46 bzw. 48 an die Ableitung 24 bzw. 26 mit seiner Eingangsseite angeschlossen. Seine Ausgangsseite 50 dient zum Ableiten von halogenfreiem Gas, das abgefackelt oder aufgefangen werden kann. Der Hochdruckplasmaerzeuger 14 ist ein Mikrowellenerzeuger ähnlich wie die Mikrowel lenerzeuger 18, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein kleineres Volumen hat als die Mikrowellenerzeuger 18 und daher höhere spezifische Energiedichten erzeugt. An den Hochdruckplasmaerzeuger 44 ist eine Quelle 52 für einen Reaktionspartner für Halogenradikale angeschlossen. Der Reaktionspartner kann Silicium, Natrium od. dgl. sein, wie weiter unten noch näher dargelegt. Schließlich enthält die Vorrichtung verschiedene Rückschlagventile R und Ma gnetventile M, deren Funktion nicht weiter beschrieben zu werden braucht.

In den Fig. 1 und 2 sind die Abstrahlrohre 30 jeweils so ausgebildet und ausgerichtet, daß die über sie abge strahlte Mikrowellenenergie auf einen gemeinsamen Brenn punktsbereich gerichtet wird, in welchem der Abfall 12 an zuordnen ist.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet folgen dermaßen:

Zu recycelnder Abfall 12, der Kunststoff und/oder organi sches Material enthält, wird in die Vakuumkammer 16 einge bracht, und in der Vakuumkammer wird ein Vakuum aufgebaut. Anschließend wird das Vakuum teilweise gebrochen, indem ein leicht ionisierbares Gas, im vorliegenden Beispiel Ar gon, in die Vakuumkammer 16 eingeleitet wird. Statt Argon kann irgendein anderes geeignetes Edel- oder Inertgas ein gesetzt werden. Das Gas wird in der Vakuumkammer 16 mit Hilfe der Magnetrons 28 bis zu einer vorbestimmten Ener giedichte durch Beaufschlagen mit Mikrowellenenergie ioni siert. Vorzugsweise sollte die vorbestimmte Energiedichte zwischen drei und dreißig Watt/cm³ liegen. Durch Einleiten von Wasserstoff in die das ionisierte Gas enthaltende Va kuumkammer 16 aus der Zuleitung 22 wird in der Vakuumkam mer ein Plasma gezündet, so daß der Abfall 12 durch die Einwirkung des Plasmas reduziert und durch den Wasserstoff hydriert wird. Durch die Einwirkung des Plasmas wird z. B. Kunststoff schlagartig in seine Grundbestandteile zerlegt. Die gasförmigen Komponenten des Kunststoffes, die bei der Reduktion entstehen, werden abgeleitet und aufgefangen, und die restlichen Komponenten des Abfalls werden in flüs siger oder fester Form aus der Vakuumkammer entnommen. Diese erfindungsgemäße Zerlegung des Abfalls 12 ist mit einer beträchtlichen Volumenverringerung verbunden.

Die gasförmigen Komponenten, die über die Ableitungen 24 und 26 abgeleitet werden, um bei 40 und 42 aufgefangen zu werden, werden außerhalb der Vakuumkammer durch den Hoch druckplasmaerzeuger 44 gecrackt, um Halogenverbindungen aufzubrechen, damit Halogene gesondert abgeschieden werden können. Zweckmäßig werden dabei entstehende Halogenradi kale mit einem anderen Reaktionspartner verbunden. Dieser wird durch die Quelle 52 bereitgestellt. Silicium wird als der andere Reaktionspartner eingesetzt, wenn die gasförmi gen Komponenten hauptsächlich aus Fluor bestehen, dagegen wird Natrium eingesetzt, wenn die gasförmigen Komponenten hauptsächlich aus Chlor bestehen.

Der besondere Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung, die oben beschrieben worden sind, besteht darin, daß Kunststoff unterschiedlichster Qualität buntgemischt als Abfall 12 in die Vakuumkammer 16 eingebracht und recycelt werden kann, also nicht vorher nach Sorten getrennt werden muß.

Das Verfahren und die Vorrichtung sind nämlich insbeson dere dafür bestimmt, Kunststoffabfälle aller Art, sorten rein oder buntgemischt, in ihre Grundbestandteile zu zer legen, die dann wieder verwendet werden können, wie z. B. Kunststoffabfälle aus zu entsorgenden Kühlschränken. Dazu wird der Abfall mit Mikrowellenenergie hoher Energiedichte beaufschlagt, indem ein Gas ionisiert wird, was bewirkt, daß die gasförmigen Bestandteile aus dem Abfall austreten und unter der Einwirkung der Mikrowellenenergie ein Plasma aufbauen, durch das der Kunststoff schließlich völlig zer legt wird, in gasförmige Bestandteile, die bei 24 und 26 abgeleitet werden, und in einen flüssigen oder pulverför migen Rest, der in einem Abfallaufnahmebehälter 13 zurück bleibt und mit diesem aus dem Vakuumbehälter 14 entnommen werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Recyceln von Kunststoffabfall in folgenden Schritten:

a) Einbringen des Abfalls in eine Vakuumkammer und Aufbauen ei nes Vakuums;
b) Erzeugen eines Plasmas in der Vakuumkammer mit Hilfe von Wasserstoff und in Gegenwart eines Edel- oder Inertgases;
c) Ableiten und Auffangen von durch Reduktion entstehenden gas förmigen Komponenten des Abfalls; und
d) Entnehmen von zumindest in fester Form vorliegenden restli chen Komponenten des Abfalls aus der Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Schritten a) und b) das Vakuum durch Einleiten eines leicht ionisierbaren Gases in die Vakuumkammer teilweise gebrochen wird;
daß dieses Gas in der Vakuumkammer bis zu einer vorbestimmten Energiedichte durch Beaufschlagen mit Mikrowellenenergie ioni siert wird; und
daß das Plasma in der Vakuumkammer durch Einleiten des Wasser stoffes in die das ionisierte Gas enthaltende Vakuumkammer ge zündet wird, so daß der Abfall durch Einwirkung des Plasmas re duziert und durch den Wasserstoff hydriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leicht ionisierbares Gas ein Edelgas eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leicht ionisierbares Gas Argon eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die gasförmigen Komponenten außerhalb der Vakuum kammer gecrackt werden, um Halogenbindungen aufzubrechen und Halogene abzuscheiden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gasförmigen Komponenten ein Hochdruckplasma erzeugt wird, um die Halogenbindungen aufzubrechen und dabei entstehende Halogenradikale mit einem anderen Reaktionspartner zu verbin den.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sili cium oder Natrium als der andere Reaktionspartner eingesetzt wird, wenn die gasförmigen Komponenten hauptsächlich Fluor bzw. Chlor enthalten.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Recyceln von Kunststoff und/oder organisches Material ent haltendem Abfall.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit

- einer Vakuumkammer (16) zum Aufnehmen des zu recycelnden Abfalls (12),
- wenigstens einer Zuleitung (20),
- wenigstens einem außerhalb der Vakuumkammer (16) angeordneten Mikrowellenerzeuger (18), und
- wenigstens einer Ableitung (24, 26) für in der Vakuumkam mer (16) entstehende gasförmige Komponenten,

gekennzeichnet durch

- wenigstens eine Zuleitung für leicht ionisierbares Gas,
- wenigstens eine Zuleitung (22) für Wasserstoff, und
- ein als Mikrowellenerzeuger (18) vorgesehenes Magnetron (28), das durch ein in die Vakuumkammer (16) führendes und darin am Ende verschlossenes Abstrahlrohr (30) aus für Mi krowellen durchlässigem Material in die Vakuumkammer (16) abstrahlt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstrahlrohr (30) auf seiner von dem Abfall (12) abgewandten Seite (32) mit einer Mikrowellen reflektierenden Beschichtung (34) versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstrahlrohr (30) mit einem elektrisch isolierenden Gas wie SF₆ gefüllt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß wenigstens zwei Ableitungen (24, 26) für in der Vakuumkammer (16) entstehende gasförmige Komponenten vorge sehen sind, eine (26) im unteren Teil der Vakuumkammer (16) für wichtemäßig schwere Komponenten und eine (24) im oberen Teil der Vakuumkammer (16) für wichtemäßig leichte Komponenten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ableitungen (24, 26) jeweils über einen Kondensator (36, 38) mit einem Auffangbehälter (40, 42) verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß außerhalb der Vakuumkammer (16) zwischen beide Ablei tungen (24, 26) ein Hochdruckplasmaerzeuger (44) geschaltet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hochdruckplasmaerzeuger (44) wenigstens eine Quelle (52) für einen Reaktionspartner für Halogenradikale angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrere in die Vakuumkammer (16) abstrahlende Magnetrons (28) vorgesehen sind, deren Abstrahlrohre (30) so ausgebildet oder ausgerichtet sind, daß die über sie abge strahlte Mikrowellenenergie auf einen gemeinsamen Brennpunktsbereich gerichtet wird, in welchem der Abfall (12) anzuordnen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (14′) kugelförmig ausgebildet ist.