DE4329434C2 - Process for the processing of waste plastics or mixtures of waste plastics for raw material recycling - Google Patents

Process for the processing of waste plastics or mixtures of waste plastics for raw material recycling

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DE4329434C2 DE19934329434 DE4329434A DE4329434C2 DE 4329434 C2 DE4329434 C2 DE 4329434C2 DE 19934329434 DE19934329434 DE 19934329434 DE 4329434 A DE4329434 A DE 4329434A DE 4329434 C2 DE4329434 C2 DE 4329434C2
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Description

Kunststoffe zählen zu den intelligenten Werkstoffen, die sich auf Grund ihrer Flexibilität und Anpassungsfähigkeit und nicht zuletzt auf Grund ihres Preis-Leistungs-Verhältnisses auf vielen Gebieten durchgesetzt haben.Plastics are among the intelligent materials that stand out because of their flexibility and adaptability and not lastly due to their price-performance ratio on many Areas.

Die sogenannten Industrieabfälle, die bei der Herstellung (Fehl­ chargen, An- und Umfahrprodukte, Proben aus kontinuierlichen Prozeß- und Analysengeraten etc.) oder der Verarbeitung (Fehl­ chargen, Angüsse etc.) anfallen, werden seit 20 Jahren wieder als Werkstoff verarbeitet und eingesetzt.The so-called industrial waste that occurs during production batches, approach and bypass products, samples from continuous Process and analysis devices etc.) or processing (faulty batches, sprues, etc.) have been around for 20 years processed and used as a material.

Altkunststoffe aus Gewerbeanfall lassen sich in der Regel eben­ falls sortenrein oder sortenähnlich erfassen und je nach Konta­ minierungsgrad wieder dem werkstofflichen Recycling zuführen.Waste plastics from commercial use can usually be used if single or similar, and depending on the contact Return the degree of minimization to material recycling.

Ein Problem stellen Altkunststoffe aus dem Hausmüll dar auf Grund schwankender Zusammensetzung, verschiedener Verschmutzungsgrade und unterschiedlicher Kontaminierungs- und Schädigungsanteile.Waste plastics from household waste pose a problem fluctuating composition, different degrees of pollution and different levels of contamination and damage.

Ein Teil dieser Kunststoffe kann durch unterschiedliche Aufbe­ reitungsverfahren (Klaubeverfahren, Schwimm-Sink-Trenntechnik, Hydrozyklon, Zentrifugen etc.) nach ihrer Dichte getrennt und erneut kunststofftypisch verarbeitet und eingesetzt werden. In der Regel geht dieses mit einem Verlust der Eigenschaften in der Qualitätskaskade einher und der Einsatz derartiger Recyclate ist mengenmäßig und eigenschaftsmäßig begrenzt und nur bedingt aus­ baufähig. Some of these plastics can be made by different constructions horseback riding (swimming, sinking separation technique, Hydrocyclone, centrifuges etc.) separated according to their density and processed and used again in a manner typical of plastics. In usually this goes with a loss of properties in the Quality cascade and the use of such recyclates limited in quantity and property and only limited buildable.  

Die vermischten Altkunststoffe, die sich auf Grund ihrer Zusammensetzung und ihres Schädigungsgrades einem werkstofflichen Wiedereinsatz entziehen, stellen bei immer knapper werdenden Deponiemöglichkeiten ein ernstes Problem dar, so daß eine stoffliche Nutzung der geschädigten Altkunststoffe erfolgen muß. Es ist bekannt, daß Kunststoffe auf Grund ihres Aufbaus (überwiegend Kohlenstoff und Wasserstoff) einen hohen Heizwert besitzen und als erdölstämmige Veredelungsprodukte gelten.The mixed old plastics, which are due to their composition and their Withdrawing the degree of damage from material reuse is becoming increasingly scarce becoming landfill poses a serious problem, so that a material use of the damaged old plastics must take place. It is known that plastics due to their Structure (mainly carbon and hydrogen) have a high calorific value and as petroleum-based finishing products apply.

Aus diesem Grunde ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, Altstoffe, vorzugsweise Polyolefine, analog dem Erdöl zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen einzusetzen (z. B. DD- PS 2 00 891). Die Altkunststoffe werden dabei in flüssigen Kohlenwasserstoffen aufgelöst und die dadurch erhaltenen mineralölähnlichen pumpfähigen Lösungen in vorhandene Erdölverarbeitungsanlagen eingespeist oder direkt als Heizöl verwendet. Nachteilig ist, daß man die zwar von Verunreinigungen (Schmutz, Metallen, sonstigen Inerten) befreiten, aber in der Molmasse unveränderten Altkunststoffe nur in ganz geringen Mengen zusetzen kann, da sonst die Viskosität unzulässig ansteigt. Will man die Ökonomie verbessern, muß man den Anteil an zugesetzten Altkunststoffen wesentlich erhöhen.For this reason, it has already been proposed several times, preferably old substances Polyolefins, analogous to petroleum, for the production of hydrocarbons (e.g. DD- PS 2 00 891). The old plastics are dissolved in liquid hydrocarbons and the pumpable solutions obtained in this way into existing mineral oil-like solutions Petroleum processing systems fed in or used directly as heating oil. The disadvantage is that to get rid of impurities (dirt, metals, other inert substances), but in The molar mass of unchanged old plastics can only be added in very small quantities because otherwise the viscosity increases inadmissibly. If you want to improve the economy, you have to Increase the proportion of old plastics added.

Zur Lösung dieses Problems wurden Verfahren zur Reduzierung der Molmasse vorgeschlagen (z. B. H. Hammer und G. Rauser, Hydrierende Verflüssigung von Kunststoffabfällen, Vortrag zum Deutschen Industrieforum für Technologen, 03. und 04.12.92 - Tagungsband DIF 21/28/03 oder G. Menges u. a. DE 40 17 089 A1).Methods to reduce the molecular weight have been proposed to solve this problem (e.g. H. Hammer and G. Rauser, Hydrating Liquefaction of Plastic Waste, Lecture to the German Industry Forum for Technologists, 03. and 04.12.92 - conference volume DIF 21/28/03 or G. Menges et al. a. DE 40 17 089 A1).

Bekannt ist auch, daß man den Kettenabbau von Kunststoffen durch Zusatz von Katalysatoren (Sauerstoff, Luft, Wasser, Wasserdampf, Peroxide, anorganische Zusätze, wie Metalle etc.) beschleunigen kann.It is also known that the chain degradation of plastics by adding catalysts (Oxygen, air, water, water vapor, peroxides, inorganic additives such as metals etc.) can accelerate.

Auch hier spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle, da diese Radikalreaktionen stark temperaturabhängig sind.Here, too, the temperature plays a crucial role because these radical reactions are strong are temperature dependent.

Derartige Untersuchungen wurden von Menges und Lackner (Kunststoffe 82, 1992/2, 106- 109) an verschiedenen Kunststoff-Neumaterialien und an Modellmischungen in einem Doppelschneckenextruder durchgeführt, indem bei einer Temperatur von 400°C etwa in der Mitte des Extruderzylinders über einen Einspritzblock Sauerstoff bzw. Druckluft in die Schmelze eingedüst wurden.Such studies have been carried out by Menges and Lackner (Kunststoffe 82, 1992/2, 106- 109) on various new plastic materials and on model mixtures in one Twin screw extruder carried out by at a temperature of 400 ° C in about In the middle of the extruder barrel via an injection block oxygen or compressed air into the Melt were injected.

Der 100%ige Einsatz von Altkunststoffen gemäß DE 40 17 089 A1 analog den bekannten Verfahren der Erdölverarbeitung (Hydrierung, Vergasung etc.) scheitert an der Wirtschaftlichkeit und der Logistik, da derartige Anlagen auf Grund der umfangreichen Peripherieanlagen (Gasreinigung u. a.) erst bei sehr hohen An­ lagenkapazitäten wirtschaftlich arbeiten. Außerdem müssen die reaktiven Gase (O₂, H₂, Wasserdampf) auf Grund der Schwankungen der Eingangskunststoffe ständig nachgeregelt werden, was den Prozeß unwirtschaftlich macht oder kein qualitätsgerechtes Syn­ thesegas liefert.The 100% use of waste plastics according to DE 40 17 089 A1 analogous to the known ones Processes of petroleum processing (hydrogenation, gasification, etc.) fail at the Profitability and logistics, because such systems due to the extensive Peripheral systems (gas cleaning etc.) only at very high levels  location capacities work economically. They also have to reactive gases (O₂, H₂, water vapor) due to the fluctuations the input plastics are constantly readjusted, which the Process makes uneconomical or no syn thesegas supplies.

In der DE 40 19 880 A1 ist ein Verfahren zum Vergasen von Kunst­ stoffen zur Erzeugung von Brenngasen beschrieben worden, bei dem Kunststoffe durch Behandlung bei erhöhter Temperatur in geeig­ neten Vorrichtungen soweit verflüssigt werden, daß sie in Brenn­ räume oder Reaktorräume eingedüst werden können. Für den Fall, daß bei gewissen Kunststoffen die Vergasung nach dem Extruder noch nicht ausreichend ist, werden die noch flüssigen Kunst­ stoffe nach der DE 40 38 897 A1 nicht in einen Brennraum oder Reaktor eingedüst, sondern in eine vorgeschaltete Vergasungskammer, die beheizt ist und in der die Vergasung er­ folgt.DE 40 19 880 A1 describes a method for gasifying art substances for the production of fuel gases have been described in which Appropriate plastics by treatment at elevated temperature Neten devices are liquefied so far that they burn rooms or reactor rooms can be injected. In the case, that with certain plastics, gasification after the extruder is not yet sufficient, the still fluid art substances according to DE 40 38 897 A1 not in one Combustion chamber or reactor injected, but in an upstream Gasification chamber, which is heated and in which the gasification follows.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartig behandelte Altkunst­ stoffgemische auf Grund ihrer stark schwankenden Molekularge­ wichtsverteilungen beim Zumischen zu Erdölzwischenprodukten nur ungenügend gelöst und vermischt werden können und es während der Förderung und des Eindüsens in die Reaktoren zu Unregelmäßig­ keiten kommt.However, it has been shown that ancient art treated in this way mixtures of substances due to their strongly fluctuating molecular weight weight distributions when adding to petroleum intermediates only insufficiently dissolved and mixed and it during the delivery and injection into the reactors are too irregular keiten is coming.

Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Abbau der Mol­ masse von Altkunststoffen oder Altkunststoffgemischen zu ent­ wickeln, bei dem Produkte erhalten werden, die beim Zumischen in Erdölzwischenprodukte zu stabilen Mischungen führen. The task was therefore to develop a process for breaking down the moles mass of waste plastics or mixtures of waste plastics winding, in which products are obtained which are mixed lead to stable mixtures in petroleum intermediates.  

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Altkunststoffen oder Altkunststoffgemischen für das rohstoffliche Recycling mittels eines Extruders, ohne Zusatz reaktiver Gase, bei dem die Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische nach Einzug in den Extruder unter Scherung verflüssigt und bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 475°C abgebaut werden, gelöst, indem erfindungsgemäß auf den ersten 2/3 der Extruderlänge ein progressives Temperaturprofil bis max. 475°C und auf dem restlichen 1/3 Extruderlänge ein degressives Temperaturprofil von 475 auf max. 380°C eingestellt wird, und danach die Altkunststoffschmelze mindestens zwei statische Mischer durchläuft, in denen ein nach unten abgestuftes Temperaturprofil mit Stufen von 10 bis 50 K je statischen Mischer eingestellt wird. Bei Verwendung von zwei statischen Mischern liegen die Temperaturstufen bei 20 bis 50 K, vorzugsweise bei 20 bis 30 K, je statischem Mischer.The task is carried out by a process for the recycling of waste plastics or Used plastic mixtures for raw material recycling using an extruder, without additives reactive gases, in which the waste plastics or mixtures of waste plastics move into the Extruder liquefied under shear and at temperatures in the range of 400 to 475 ° C are broken down, solved by according to the first 2/3 of the extruder length progressive temperature profile up to max. 475 ° C and on the remaining 1/3 extruder length degressive temperature profile from 475 to max. 380 ° C is set, and then the Used plastic melt passes through at least two static mixers, one down graduated temperature profile with levels from 10 to 50 K per static mixer is set. When using two static mixers, the temperature levels are 20 to 50 K, preferably at 20 to 30 K, per static mixer.

Es hat sich gezeigt, daß in Abhängigkeit von der Zahl der statischen Mischer die Abstufung der Temperaturbereiche in kleineren Bereichen, die aber mindestens 10 K betragen sollen, vorteilhaft ist. Es hat sich weiterhin als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Zahl der Umlenkungen der Polymerschmelze in jedem statischen Mischer 4 oder mehr beträgt.It has been shown that, depending on the number of static mixers, the gradation of the Temperature ranges in smaller areas, which should be at least 10 K, is advantageous. It has also proven to be particularly advantageous if the number of Deflections of the polymer melt in each static mixer is 4 or more.

Die erfindungsgemäße Aufbereitung der Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische wird entweder in eine Raffinerie integriert, wobei der die statischen Mischer verlassende Produktstrom als Bypass in den Hauptstrom der Erdölaufbereitung eingemischt wird, oder extern installiert, wobei das erhaltene Produkt in geeigneter Form, vorzugsweise als Granulat, konfektioniert und über eine Aufschmelzeinheit als Bypass in den Raffinierstrom eingearbeitet wird. The processing of the old plastics or old plastic mixtures according to the invention is either integrated into a refinery, the one leaving the static mixer Product stream is mixed as a bypass in the main stream of the crude oil treatment, or installed externally, the product obtained in a suitable form, preferably in the form of granules, assembled and incorporated into the refining stream as a bypass via a melting unit becomes.  

Es ist auch möglich, nach der erfindungsgemäßen Aufbereitung der Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische die erhaltenen Schmelzen in bekannter Weise direkt oder nach einer Beruhigungs­ strecke zu filtern, um feinpulverige Mineralzusätze, Pigmente oder ungeschmolzene Anteile auszusondern. Als Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische im Sinne der Erfindung lassen sich die nach ein- oder mehrmaligem Gebrauch im gewerblichen Bereich anfallenden Produkte, wie z. B. Landwirtschaftsfolien, Trans­ portverpackungen, Kanister, Hohlkörper, Flaschen etc. einsetzen, oder die im Hausmüll anfallenden Produkte, vorzugsweise die Schwimmfraktion (Produkte mit einer Dichte < 1 g/cm³). Es ist aber auch möglich, Produkte aus der Herstellung (Fehlchargen, An- und Umfahrprodukte bei Sortenänderung, Proben aus Prozeß- und Analysengeräten etc.) oder der Verarbeitung (Fehlchargen, Spritzgußangüsse etc.) einzusetzen. Dabei ist es zweckmäßig, die Einsatzprodukte zunächst auf eine Korngröße von 3 bis 8 mm zu bringen. Als Extruder sind sowohl Ein- als auch Doppel­ schneckenextruder, vorzugsweise gleichlaufende Doppelschnecken­ extruder, einsetzbar, die entsprechende Scherkräfte einbringen und die erfindungsgemäßen Abbautemperaturen ermöglichen.It is also possible after the preparation according to the invention of the old plastics or mixtures of old plastics the ones obtained Melt in a known manner directly or after a calming stretch filter to fine powdery mineral additives, pigments or discard unmelted shares. As waste plastics or plastic mixtures in the sense of the invention can after one or more uses in the commercial sector resulting products, such as B. Agricultural films, trans use port packaging, canisters, hollow bodies, bottles etc., or the household waste products, preferably the Floating fraction (products with a density <1 g / cm³). It is but also possible to manufacture products (batches, Approach and bypass products in the event of a change of type, samples from process and analyzers etc.) or processing (faulty batches, Injection molding sprue etc.). It is advisable the input products initially to a grain size of 3 to 8 mm bring to. Both single and double are used as extruders screw extruder, preferably co-rotating twin screws extruder, can be used, bring the appropriate shear forces and enable the degradation temperatures according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples explained in more detail.

Beispiel 1example 1

In einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder mit einem Schneckendurchmesser von 53 mm und einer wirksamen Schnecken­ länge L von 42D wurde ein von Verunreinigungen befreites und auf eine Größe von 3 bis 8 mm gebrachtes Alt-Polyethylen do­ siert. In a co-rotating twin screw extruder with one Screw diameter of 53 mm and an effective screw length L of 42D was removed from impurities and old polyethylene brought to a size of 3 to 8 mm siert.  

Das Temperaturprofil wurde progressiv eingestellt und zeigte bei 28D wirksamer Verfahrenslänge einen Wert von 420°C, danach wurde ein degressives Temperaturprofil eingestellt, so daß am Ende des Extruders ein Wert von 380°C vorlag.The temperature profile was set progressively and showed at 28D effective process length a value of 420 ° C, then a degressive temperature profile was set so that on A value of 380 ° C was present at the end of the extruder.

An den Extruder waren 2 statische Mischer angebaut. In jedem statischen Mischer wurde das Produkt viermal umgelenkt. Die Tem­ peratur am Ende des ersten Mischers betrug 330°C und am Ende des zweiten Mischers 300°C. Das Produkt wurde über eine Unter­ wassergranulierung konfektioniert. Mittels Gelpermeationschro­ matographie (GPC) wurde eine molare Uneinheitlichkeit U = 5,1 ermittelt.Two static mixers were attached to the extruder. In each static mixer the product was diverted four times. The tem temperature at the end of the first mixer was 330 ° C and at the end of the second mixer 300 ° C. The product was sold under a sub water granulation ready-made. Using gel permeation chro Matography (GPC) showed a molar inconsistency U = 5.1 determined.

Das abgebaute Polyethylen wurde zu 20% einem Hydrospaltparaffin im flüssigen Zustand zugemischt. Die Mischung war stabil, es kam innerhalb des Versuchszeitraumes zu keinen Absetzungen. Die Mischung wurde in einem Steamcracker zu Ethylen, Propylen und Butadien umgesetzt.The degraded polyethylene became 20% hydro gap paraffin mixed in the liquid state. The mix was stable, it came no settlements within the trial period. The Mixture was converted to ethylene, propylene and in a steam cracker Butadiene implemented.

Beispiel 2Example 2

Es wurde analog Beispiel 1 verfahren. Zum Einsatz gelangte eine Schwimmfraktion (d. h. Dichte < 1 g/cm³) aus der Hausmüllaufbe­ reitung.The procedure was analogous to Example 1. One was used Floating fraction (i.e. density <1 g / cm³) from the household waste container riding.

Bei 28D wurde eine Temperatur von 450°C eingestellt und am Ende des Extruders 380°C. Es wurden 3 statische Mischer verwendet. Die Zahl der Umlenkungen je Mischer lag bei 4.At 28D a temperature of 450 ° C was set and at the end of the extruder 380 ° C. 3 static mixers were used. The number of redirections per mixer was 4.

Die Temperaturen wurden am jeweiligen Mischerende auf 340°C, 320°C und 290°C eingestellt. Das erhaltene Granulat hatte eine Uneinheitlichkeit von U = 3,0. The temperatures were raised to 340 ° C at the respective mixer end, 320 ° C and 290 ° C set. The granules obtained had one Inconsistency of U = 3.0.  

Es wurde zu 35% einem Vakuumrückstand zugemischt und bei 450°C und 24 MPa in Gegenwart von Wasserstoff hydriert. Die Flüssigproduktausbeuten lagen bei 82 Mol%.A vacuum residue was added to 35% and at 450 ° C and 24 MPa hydrogenated in the presence of hydrogen. The Liquid product yields were 82 mol%.

Beispiel 3Example 3

Es wurde analog Beispiel 1 und 2 verfahren. Eine Polyolefin­ fraktion aus dem gewerblichen Kunststoffabfall wurde im Ex­ truder abgebaut. Das abzubauende Produkt erreichte bei 28D eine Temperatur von 475°C und wurde anschließend auf eine Temperatur von 380°C abgekühlt.The procedure was analogous to Example 1 and 2. A polyolefin fraction from commercial plastic waste was ex truder dismantled. The product to be dismantled reached 28D a temperature of 475 ° C and was then at a Temperature of 380 ° C cooled.

Am Kopf des Extruders waren drei statische Mischer mit insge­ samt 12 Mischelementen installiert. Die Temperaturen längs der Mischerstrecke betrugen 330°C, 290°C und 280°C.There were three static mixers at the head of the extruder together with 12 mixing elements installed. The temperatures along the Mixer distances were 330 ° C, 290 ° C and 280 ° C.

Die abgebaute Kunststofffraktion hatte eine sehr niedrige Un­ einheitlichkeit von 2,5. Das so erhaltene Extrudat wurde mit 5 Masse% direkt in den Vakuumsvisbreakerrückstand einer Shell­ vergasung gefahren und dort mit Sauerstoff und Wasser zu Syn­ thesegas umgesetzt.The degraded plastic fraction had a very low Un uniformity of 2.5. The extrudate thus obtained was mixed with 5% by mass directly into the vacuum visbreaker residue of a shell gasification driven and there with oxygen and water to syn thesegas implemented.

Claims (4)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Altkunststoffen oder Altkunst­ stoffgemischen für das rohstoffliche Recycling mittels eines Extruders, ohne Zusatz reaktiver Gase, bei dem die Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische nach dem Einzug in den Extruder unter Scherung verflüssigt und bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 475°C abgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den ersten 2/3 der Extruderlänge ein progressives Temperaturprofil bis max. 475°C und auf dem restlichen 1/3 der Extruderlänge ein degressives Temperaturprofil von 475 auf max. 380°C einge­ stellt wird und danach die Altkunststoffschmelze mindestens zwei statische Mischer durchläuft, in denen ein nach unten ab­ gestuftes Temperaturprofil mit Stufen von 10 bis 50 K je statischen Mischer eingestellt wird. 1.Process for the processing of waste plastics or mixtures of waste plastics for raw material recycling by means of an extruder, without the addition of reactive gases, in which the waste plastics or mixtures of waste plastics liquefy after being drawn into the extruder under shear and degraded at temperatures in the range from 400 to 475 ° C are characterized in that on the first 2/3 of the extruder length a progressive temperature profile up to max. 475 ° C and on the remaining 1/3 of the extruder length a degressive temperature profile from 475 to max. 380 ° C is set and then the waste plastic melt passes through at least two static mixers, in which a temperature profile stepped down is set with levels of 10 to 50 K per static mixer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von zwei statischen Mischern die Abstufung der Tem­ peraturen 20 bis 50 K, vorzugsweise 20 bis 30 K, je stati­ schen Mischer beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the Use of two static mixers grading the tem temperatures 20 to 50 K, preferably 20 to 30 K, depending on the stati the mixer. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit steigender Zahl der statischen Mischer die Temperaturstufen je Mischer verringert werden bis auf minimal 10 K.3. The method according to claim 1, characterized in that with increasing number of static mixers the temperature levels per mixer are reduced to a minimum of 10 K. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Umlenkungen in jedem statischen Mischer 4 oder mehr beträgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the number of deflections in each static mixer 4 or is more.
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