DE4329461A1

DE4329461A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Altkunststoffen oder Altkunststoffgemischen für den Einsatz in Raffinerien

Info

Publication number: DE4329461A1
Application number: DE19934329461
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Gebauer; Rolf-Peter Pfitzner; Dieter Schermaul
Original assignee: Leuna Werke GmbH
Current assignee: PARAFFINWERK WEBAU GMBH, 06679 WEBAU, DE
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1995-03-02

Description

Angesichts steigender Abfallberge und geringer werdender Depo nieflächen nimmt der Druck zur Aufarbeitung oder Wiederverwer tung von Altkunststoffen stetig zu.

Aufgrund des Anfalls von Gemischen, den unterschiedlichen Schädigungsgraden, Unverträglichkeit der Kunststoffe unter einander, den hohen Sortier- und Reinigungskosten und dem be grenzten Eigenschaftsniveau der Altkunststoffe ist die werk stoffliche Verwertung im Kunststoffbereich bzw. als Konkurrent zu Holz oder Beton nur begrenzt in der Lage, das Problem zu lösen.

Es sind daher verschiedene Verfahren zur Aufbereitung der Alt kunststoffe bzw. Altkunststoffgemische vorgeschlagen worden, die diese dann analog den Raffinerieprodukten in Anlehnung an die klassischen Verfahren der Hydrierung oder Vergasung zu Raffinerieprodukten zurückspalten oder den Einsatzprodukten der Raffinerie im Bypass zusetzen.

So wird in der DE-OS 40 17 089 für die Herstellung von Synthe segas und analog in der DE-OS 40 29 880 für Brenngas vorge schlagen, die Kunststoffabfälle durch Zugabe von reaktiven Gasen, wie Sauerstoff, Luft, eventuell Wasserstoff und Wasser dampf bzw. Wasser, das als Anfeuchtung des Aufgabegutes auf gegeben wird, bei erhöhter Temperatur durch Abbau der Poly meren soweit zu verflüssigen, daß sie mit konventionellen Vorrichtungen in Brennräume oder Reaktoren eingedüst werden können.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie auf Grund der Zu gabe von reaktiven Gasen zu Produkten führen, die nicht für alle Verwendungszwecke geeignet sind bzw. zu erheblichen Kor rosionsabtragsraten führen. So entstehen bei Zusatz von Sauer stoff bzw. Luft auch sauerstoffhaltige Abbauprodukte, die bei einigen Einsatzzwecken unerwünscht sind. Bei Einsatz von Wasser bzw. Wasserdampf entsteht in Gegenwart von PVC oder chlorhal tigen Zusatzstoffen eine erhöhte Menge an wäßriger Salzsäure, die zu erheblichen Korrosionserscheinungen führt. Bei der Her stellung von Granulaten kommt es zu kleinen "Dampfexplosionen" am Granulierkopf und man erhält zumindest teilweise aufge schäumte Produkte.

In den Zusatzpatenten DE-OS 40 38 897 und DE-OS 41 29 885 wird vorgeschlagen, daß die verflüssigten Kunststoffe zu Granalien oder durch Versprühen zu Pulver verformt und als Vorstoffe allein oder zusammen mit den bisher dafür verwendeten Vorstof fen von Synthesegas und/oder anderen verwertbaren Gasen oder als Brennstoff oder als Reduktionsmittel eingesetzt werden.

Es wurde auch vorgeschlagen, diese Granalien oder Pulver an schließend in Flüssigkeiten, vorzugsweise Ölen mit ahnlicher Dichte zwischen 0,9 und 1 g/cm³ einzumischen oder in Wasser anzumaischen.

Praxiserprobungen haben jedoch gezeigt, daß es in unvertretbar hohem Maße zu Entmischungen und Absetzungen kommt (Asphalten ausfall), die Störungen und Betriebsunterbrechungen nach sich ziehen.

Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem Produkte ohne funktionelle Gruppen entstehen, die sich wesentlich verbessert im Bypass in die Erdölzwischenprodukte einmischen lassen. Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Altkunststoffen oder Altkunststoffgemi schen für den Einsatz in Raffinerien durch Einbringung von Scherung und erhöhten Temperaturen mittels eines Extruders, wobei keine reaktiven Gase zugesetzt werden, indem erfindungs gemäß die Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische auf 2/3 der wirksamen Extruderlänge einem progressiven Temperaturprofil bis max. 475°C und auf dem letzten 1/3 der wirksamen Extruder länge einem degressiven Temperaturprofil bis auf 280 bis 380°C unterworfen werden und am Ende das Extruders bei 280 bis 380°C 10 bis 50 Masse-% eines asphaltenfreien Erdölproduktes zuge mischt werden und diese Mischung in einem angeflanschten sta tischen Mischer mit 4 Umlenkungen des Mischungsmaterials in einen Batch überführt und entweder direkt in den Hauptstrom einer Raffinerieanlage zudosiert oder zunächst granuliert und zu einem späteren Zeitpunkt in den Hauptstrom einer Raffine rieanlage eingebracht wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich mit Vorteil Massenanteile von bis zu 20% Altkunststoff im Hauptstrom der Raffinerieanlage verarbeiten. Als besonders vorteilhafte asphaltenfreie Erdölprodukte haben sich Hydrospaltparaffine und Vakuumdestillate erwiesen, wobei vorzugsweise Hydrospalt paraffin mit den Kennwertbereichen Siedebereich 325 bis 460°C, Dichte (60°C) 0,823 bis 0,840 g/cm³ und Viskosität_kin. (50°C) 14 bis 18 mm²/s oder Vakuumdestillat mit den Kennwertbereichen Siedebereich 350 bis 510°C, Dichte (50°C) 0,910 bis 0,925 g/cm³ und Viskosität_kin. (80°C) 15 bis 25 mm²/s verwendet werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Batchgranulate lassen sich über eine Aufschmelz- und Dosiereinheit in die Hauptströme von vorzugsweise Steamcrackern, Visbreakern oder Schwerölverga sungsreaktoren einarbeiten, so daß feindisperse, homogene Mi schungen entstehen, die stabil sind und nicht zu Ablagerungen und in Folge auch nicht zu Koksbildung neigen.

Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist somit, daß durch die spezielle Altkunststoffaufbereitung verlängerte Betriebszeiten der Raffinerieanlagen beim Einsatz von Alt kunststoffen erreicht werden.

Es ist auch möglich, die bei der erfindungsgemäßen Aufberei tung der Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische erhaltenen Schmelzen in bekannter Weise direkt oder nach einer Beruhi gungsstrecke 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. Land wirtschaftsfolien, Transportverpackungen, Kanister, Hohlkör per, Flaschen etc. einsetzen, oder die im Hausmüll anfallen den 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 Doppelschneckenextruder, vorzugsweise gleichlaufende Doppelschneckenextruder, einsetz bar, die entsprechende Scherkräfte einbringen und die erfin dungsgemäßen Abbautemperaturen ermöglichen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele naher erläutert.

Beispiele Vergleichsbeispiel 1

Eine Leichtfraktion an Polymeren mit einer Dichte < 1 g/cm³ aus der Haushaltsplastmüllsammlung wurde gemäß DE-OS 41 29 885 be handelt und danach in Hydrospaltparaffin folgender Spezifikation

Siedebereich 325-365°C
Dichte (60°C) 0,825 g/cm³
Viskositat_kin. (50°C) 15 mm²/s

gelöst. Die so hergestellte Mischung wurde in den Eingangs strom von Hydrospaltparaffin eines Steamcrackers eindosiert, so daß sich ein Massenanteil von 20% abgebauten Altkunst stoffes ergab. In der zur Verfügung stehenden Mischstrecke konnte keine homogene Mischung von Altkunststoff und Hydro spaltparaffin erreicht werden, was nach 125 h zu Ablagerungen und Koksbildung führte.

Beispiel 1

Eine Leichtfraktion (Polymere mit einer Dichte < 1 g/cm³) aus der Haushaltsplastmüllfraktion wurde als grobes Granulat mit einer Größe von 3 bis 8 mm Länge in einen Doppelschneckenex truder mit einem Schneckendurchmesser D von 53 mm und einer wirksamen Schnecken- bzw. Extruderlange L von 42 D eingeführt.

Der Temperaturverlauf war bis zu 2/3 der wirksamen Extruder länge durch ein progressives Profil charakterisiert, wobei maximal 475°C erreicht wurden. Durch den anschließenden de gressiven Temperaturverlauf wurde am Ende des Extruders eine Temperatur von 280°C erreicht. Am Ende des Extruders wurde über eine Aufschmelz- und Dosiereinheit Hydrospaltparaffin gemäß Vergleichsbeispiel 1 in den Schmelzestrom dosiert. Das Massenverhältnis abgebauter Altkunststoffe zu Hydrospaltpa raffin betrug 4 : 1.

über einen angeflanschten statischen Mischer mit 4 Umlenkungen des Materials wurde die Mischung aus abgebautem Altkunststoff und Hydrospaltparaffin direkt in den Hydrospaltparaffinhaupt strom eines Steamcrackers geleitet, so daß sich ein Massenan teil von 20% abgebauten Altkunststoffs ergab.

Gegenüber dem Vergleichsbeispiel wurde ein hoher Verteilungs grad des abgebauten Altkunststoffs im Gesamtstrom erreicht. Nach vergleichbarer Betriebszeit waren keine Ablagerungen und keine Koksbildung zu beobachten.

Beispiel 2

Die Leichtfraktion aus der Haushaltsplastmüllaufbereitung (Dichte < 1 g/cm³) wurde analog Beispiel 1 thermisch vorbe handelt und in der beschriebenen Weise im Verhältnis 1 : 1 mit Hydrospaltparaffin, Siedebereich 365 bis 455°C, gemischt und anschließend konfektioniert. Nach Zwischenlagerung wurde das Batchgranulat mittels Aufschmelz- und Dosiereinheit dem Hauptstrom von Hydrospaltparaffin eines Steamcrackers beige mischt, wobei das Verhältnis Batch zu Hydrospaltparaffin 4 : 6 eingestellt wurde.

Die Vorteile dieser Verfahrensweise bestehen in der guten Hand habbarkeit des Batches, seiner leichten Aufschmelzbarkeit, pro blemlosen Pump- und Dosierbarkeit, schnellen und leichten Ver mischbarkeit ohne zusätzlichen Aufwand und ohne störende Ab lagerungen von abgebautem Kunststoff.

Beispiel 3

Aus dem entsprechend Beispiel 1 thermisch vorbehandelten Alt kunststoff und einem Vakuumdestillat der Viskosität_(kin.) von 23 mm²/s (80°C) und einem Siedebereich von 365 bis 510°C wurde ein Batch aus 80% abgebautem Altkunststoff und 20% Vakuumdestillat hergestellt, der einem aus Vakuumrückstand bestehenden Produktstrom eines Visbreakers in solchen Mengen zugesetzt wurde, daß im Gesamtstrom 10 Masse-% Altkunststoff enthalten waren. Durch Verwendung des Batches erhöht sich die kolloidale Stabilität der Mischung. Produktablagerungen im Visbreaker konnten zurückgedrängt werden, so daß sich die Laufzeit der Anlage auf das 2- bis 3fache gegenüber dem Ein satz von reinem Altkunststoff zum Vakuumrückstand erhöhte.

Beispiel 4

Auf der in Beispiel 1 beschriebenen Extrudereinrichtung und unter den dort angegebenen Bedingungen wurde eine 2 : 1- Mischung aus abgebautem Altkunststoff und Vakuumdestillat der Spezifikation von Beispiel 3 erzeugt, die unmittelbar einem Visbreakervakuumrückstandsstrom beigemischt wird, der an schließend in einer Vergasungsanlage zu Synthesegas umgesetzt wurde. Bei einem Mischungsverhältnis von 1:4 von Batch zu Rückstand bleibt die Pumpfähigkeit ohne Verdünnung erhalten. Auf diese Weise können auch Produkte mit geringem Abbaugrad eingesetzt werden. Der zu vergasende Produktstrom erwies sich als ausreichend homogen. Störungen durch Produktinhomogeni täten beim Verdüsen traten nicht auf.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Altkunststoffen oder Altkunst stoffgemischen für den Einsatz in Raffinerien durch Ein bringung von Scherung und erhöhten Temperaturen mittels eines Extruders, wobei keine reaktiven Gase zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Altkunststoffe oder Altkunststoffgemische auf 2/3 der wirksamen Extruderlänge einem progressiven Temperaturprofil bis max. 475°C und auf dem letzten 1/3 der wirksamen Extruderlänge einem de gressiven Temperaturprofil bis auf 280 bis 380°C unter worfen werden und am Ende des Extruders bei 280 bis 380°C 10 bis 50 Masse-% eines asphaltenfreien Erdölproduktes zu gemischt werden und diese Mischung in einem angeflanschten statischen Mischer mit 4 Umlenkungen des Mischungsmaterials in einen Batch überführt und entweder direkt in den Haupt strom einer Raffinerieanlage dosiert oder zunächst granu liert und zu einem späteren Zeitpunkt in den Hauptstrom einer Raffinerieanlage eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als asphaltenfreies Erdölprodukt ein Hydrospaltparaffin mit den Kennwertbereichen Siedebereich 325 bis 460°C,
Dichte (60°C) 0,823 bis 0,840 g/cm³ und
Viskosität_kin. (50°C) 14 bis 18 mm²/sverwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als asphaltenfreies Erdölprodukt ein Vakuumdestillat mit den Kennwertbereichen Siedebereich 350 bis 510°C,
Dichte (50°C) 0,910 bis 0,925 g/cm³ und
Viskosität_kin. (80°C) 15 bis 25 mm²/sverwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Batchgranulate über eine Aufschmelz- und Dosiereinheit in den Hauptstrom von Raffinerieanlagen, vorzugsweise Steamcracker, Visbreaker oder Schwerölverga sungen, eindosiert werden.