DE4339327A1 - Verfahren zum thermischen Spalten von Kunststoffabfällen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Spalten von Kunststoffabfällen durch Eintragen der Kunststoffabfälle in einen Mi­ scher I, in dem der Kunststoffabfall bei 230 bis 420°C mit ansteigender Temperatur vom Eintrag zum Austrag aufgeschmolzen wird und aus Chlor ent­ haltenden Kunststoffabfällen HCl abgespalten wird, wobei mittels einer in Längsrichtung rotierenden Vorrichtungen das zumindest teilweise geschmol­ zene Produkt durchmischt und an die Innenwand des Apparates bewegt wird und daß das aus Mischer I gewonnene Produkt in einen Mischer II eingetragen wird, in dem das Produkt bei 370 bis 460°C, thermisch zu einer gewünschten Viskosität gespalten wird, wobei ein Teil des Produkts aus Mischer II in Mischer I rückgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens.

Die Verwertung von Kunststoffabfällen ist Zielsetzung umfangreicher Ent­ wicklungstätigkeit. Beispiele sind die automatische Sortierung zu chemisch möglichst reinen Fraktionen, die Regranulierung solcher Fraktionen, die Vergasung von Kunststoffabfällen oder die hydrierende Spaltung derselben.

Für letztere Technologien ist die Umwandlung der Kunststoffabfälle in ein förderbares, z. B. pumpbares oder z. B. durch Extruder förderbares flüs­ siges Produkt eine wichtige Voraussetzung.

Geeignete Abfälle sind vor allem Thermoplaste, die schmelzbar sind. Solche Abfälle fallen durch die Sammlung von Verpackungsabfällen im Rahmen des Dualen Systems in erheblichen Mengen an.

Das alleinige Aufschmelzen solcher Materialien, die vor allem Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid umfassen, genügt im allgemei­ nen nicht. Vielmehr ist, um die gewünschte Viskosität zum Fördern zu errei­ chen, eine zusätzliche thermische Spaltung erforderlich.

Problematisch ist hierbei, daß hier hohe Temperaturen erforderlich sind, die insbesondere in Gegenwart von Polyvinylchlorid zu starker Verkokung führen können. Andererseits sind hohe Temperaturen erforderlich, um die thermische Spaltung bei wirtschaftlich vertretbaren Verweilzeiten durchfüh­ ren zu können.

Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es erlauben, bei genügend kurzen Verweilzeiten eine gewünschte Viskosität einzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe ist der Anmelderin durch ein Verfahren zum thermischen Spal­ ten von Kunststoffabfällen gelungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoffabfall in einen beheizbaren Mischer I eingetragen wird, in dem der Kunststoffabfall aufgeschmolzen wird und aus Chlor enthaltenden Kunststof­ fabfällen HCl abgespalten wird, wobei der zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffabfall in dem Apparat mittels einer in Längsrichtung rotierbaren Vorrichtung durchmischt wird und an die Innenwand geschleudert wird, daß die Temperatur in dem Apparat 230 bis 420°C, bevorzugt 270 bis 390°C be­ trägt, wobei die Temperatur vom Eingang zum Ausgang ansteigt, daß die Um­ laufgeschwindigkeit der rotierbaren Vorrichtung 0,2 bis 10 m/s, bevorzugt 2 bis 8 m/s und besonders bevorzugt 5-8 m/s beträgt, daß das flüssige Pro­ dukt aus Mischer I einem beheizbaren Mischer II zugeführt wird, in dem das Produkt mit einer Verweilzeit von 10 min. bis 4 Std., bevorzugt 1 bis 3 Std. bei 370 bis 460°C, bevorzugt 380 bis 440°C gerührt wird und der Kunststoffabfall auf die gewünschte Viskosität thermisch gespalten wird und daß Produkt aus Mischer II in Mischer I rückgeführt wird.

Durch die vorliegende Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens bereitgestellt.

Gemäß vorliegender Erfindung werden die Kunststoffabfälle in zerkleinerter, fester Form, bevorzugt über eine Schnecke in Mischer I, der von außen be­ heizbar ist, gefördert.

Der Zerkleinerungsgrad hängt im allgemeinen von der Auslegung der Eintrag­ vorrichtung ab. Er kann daher im mm bis cm-Bereich liegen. Ohne eine limi­ tierende Aussage zu machen, kann die Partikelgröße z. B. bei 5 mm bis 25 cm liegen. Eine Zerkleinerung unter 1 mm ist im allgemeinen nicht erforder­ lich.

Der Eintrag durch eine Schnecke ist bevorzugt andere Eintragssysteme, wie z. B. Zellenradschleusen, Extruder und andere sind jedoch ebenfalls ver­ wendbar.

Mischer I arbeitet bevorzugt drucklos. Niedere Drucke, z. B. bis 15 bar oder auch ein Unterdruck z. B. bis zu 100 in bar können zweckmäßig sein.

Mischer I ist bevorzugt rohrartig ausgelegt, wobei sich im Inneren eine ro­ tierbare Vorrichtung befindet, die das eingetragene, zumindest teilweise aufgeschmolzene Gut durchmischt und nach außen gegen die Innenwand des Roh­ res bewegt.

In dieser Stufe findet vollständiges Aufschmelzen und bei Vorliegen Chlor enthaltender Kunststoffabfälle, wie z. B. von Polyvinylchlorid, zumindest weitgehende HCl-Abspaltung statt. Bevorzugt wird Chlor bis auf Restmengen im ppm-Bereich entfernt. Durch die Konstruktion der rotierbaren Vorrichtung werden Anbackungen von Zersetzungsprodukten, insbesondere von verkoktem Ma­ terial weitgehend vermieden. Teilweise kann auch bereits in gewissem Umfang Depolymerisation von Kunststoffabfällen, wie z. B. von Polystyrol erfolgen. Die rotierbare Vorrichtung ist bevorzugt so ausgelegt, daß dich an einer Achse paddelartige oder schaufelartige Elemente befinden, die starke Durch­ mischungen herbeiführen und das Gut nach außen an die beheizte Innenwand des Apparates bewegen. Andere Konstruktionen die den gleichen Zweck er­ füllen, sind ebenfalls einsetzbar.

Der rohrartige Apparat ist horizontal oder schräg gelagert, wobei der Win­ kel der Schräglagerung bevorzugt einstellbar ist.

Die Auslegung des Apparates kann in Abhängigkeit von der gewünschten Kapa­ zität eine Länge 2 bis 20 m, bevorzugt 2 bis 15 m aufweisen bei einem Durchmesser von 0,5 bis 3,5 m, bevorzugt 1,5 bis 3 m, wobei längere Rohre im allgemeinen einen größeren Durchmesser aufweisen.

Die Umlaufgeschwindigkeit der paddelartigen Mischelemente beträgt außen 0,2 bis 10 m/s bevorzugt 2 bis 8 m/s und besonders 5 bis 8 m/s.

Die Beheizung von Mischer I erfolgt, bevorzugt mittels einer Salzschmelze als Heizmedium. Salzschmelzen stehen, wie dem Fachmann bekannt ist, nach dem Stand der Technik zur Verfügung. Ein typisches Material ist ein Gemisch von Natrium- und Kaliumnitrat und -nitrit.

In Mischer I wird eine Temperatur von 230 bis 420°C, bevorzugt von 270 bis 390°C eingestellt. Eingangs kann die Temperatur auch niedriger als 280°C liegen, da der Kunststoffabfall bevorzugt ohne Vorheizung in den Mischer I gefördert wird. Die Temperatur steigt im allgemeinen vom Eingang zum Aus­ gang des Mischers I an. Typische Ausgangstemperaturen aus dem Apparat sind z. B. 350°C, 370°C oder 390°C.

Das Produkt aus Mischer I wird anschließend einem weiteren Mischbehälter II zugeführt, der bevorzugt als Rührbehälter ausgelegt ist. Jedoch auch andere Mischvorrichtungen z. B. mit Umpumpen und statischen Mischern und andere sind erfindungsgemäß möglich. Mischerbehälter II wird bei einer Temperatur von 370 bis 460°C, bevorzugt bei 380 bis 440°C betrieben. Bei dieser Tem­ peratur und der Vorbehandlung in Mischer I kann bei Verweilzeiten von 10 Min. bis 4 Std., bevorzugt von 1 bis 3 Std. die gewünschte Viskosität durch thermisches Spalten des Einsatzprodukts erreicht werden.

Die Beheizung von Mischer II erfolgt bevorzugt von innen und außen, wobei Innen z. B. mehrere Heizschlangen angeordnet sein können. Ein außen liegen­ der Wärmetauscher mit Umwälzung ist ebenfalls möglich.

Als Heizmedium dient ebenfalls bevorzugt eine Salzschmelze.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Rückführung von Produkt aus Mischbehälter II in Mischbehälter I. Hierbei kann das Verhält­ nis von frischem Kunststoffabfall, der Mischer I zugeführt wird zu dem aus Mischer II rückgeführten Produkt 1 : 1 bis 1 : 8, bevorzugt 1 : 2 bis 1 : 4 betra­ gen. Die Rückführung hat insbesondere Vorteile bzgl. der Gesamtwärmeführung im erfindungsgemäßen Verfahren. Rückgeführtes Produkt kann beispielsweise mit einer Temperatur von ca. 400°C dem Mischer I zugeführt werden.

Erfindungsgemäß kann es von Vorteil sein, zwischen Mischbehälter I und II einen Zwischenbehälter zu schalten. In diesen Behälter können Reaktionen, die im Mischer I ablaufen, zum Abklingen gebracht werden, z. B. Reaktionen, welche zu Verkokungen führen, so daß diese nicht in Mischbehälter II getra­ gen werden.

Das Produkt aus Mischer II wird nunmehr über einen Filter von Reststoffen befreit. Die Feinheit der Filtration hängt hierbei von der Weiterverarbei­ tung des Produkts ab. Im allgemeinen genügt es oberhalb von 100 µ zu fil­ trieren.

Da dem Fachmann geeignete Filter bekannt sind, sollen diese hier nicht nä­ her erläutert werden.

Anstelle eines Filters kann auch eine Zentrifuge installiert werden, ebenso eine Kombination von Filter und Zentrifuge oder mehrere Filter oder mehrere Zentrifugen.

Auch Mischbehälter II wird bevorzugt bei Normaldruck betrieben. Er kann je­ doch wie Mischer I auch bei erhöhtem Druck, wie z. B. bei 15 bar oder unter Druck etwa bis 100 m bar betrieben werden.

Aus Mischer I und Mischer II entweichen Dämpfe, diejenigen aus Mischer I enthalten bei Chlor enthaltenden Abfällen HCl. Die Dämpfe können getrennt oder vereint aufgearbeitet werden.

In Mischer I kann es von Vorteil sein, wenigstens zwei Dampfabzüge zu in­ stallieren, da insbesondere eingangsseitig HCl weitgehend abgezogen werden kann. HCl kann anschließend durch übliche Wäsche, z. B. durch Wasserwäsche entfernt werden.

Insbesondere die Dämpfe aus Mischer II werden bevorzugt zunächst auf 300 bis 350°C gekühlt, um die Abscheidung wachsartiger Materialien herbeizu­ führen. In der Kühlvorrichtung kann zusätzlich gewaschen werden. Waschflüs­ sigkeit kann beispielsweise aus Mischer II entnommen werden. Es kann auch ein Kondensat aus den Dämpfen sein. Es kann jedoch auch ein Fremdöl einge­ setzt werden, wie z. B. aus einer angeschlossenen Anlage zur hydrierenden Spaltung des thermisch vorbehandelten Produktes oder andere geeignete Flüs­ sigkeiten.

Das Waschen kann auch in einer an die Kondensation anschließenden Stufe er­ folgen. Durch das Waschen werden auch Tröpfchen und kleine feste Partikel aus den entweichenden Dämpfen bzw. Gasen entfernt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Eintragssystem auf, bevorzugt mit einer Schnecke zum Transport fester Materialien in den Mischbehälter I, einen Mischbehälter I, der bevorzugt auf eine Temperatur von 230 bis 420°C von außen beheizbar ist und der eine in Längsrichtung rotierbare Vorrich­ tung aufweist, welche mischt und Material an die Innenwand des Mischers I bewegt. Die rotierbare Vorrichtung weist bevorzugt paddelartige oder schau­ felartige Elemente auf, die mit Umlaufgeschwindigkeiten bis 10 m/s be­ trieben werden können. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Mischer II auf, der bevorzugt innen und außen Beheizungen aufweist und in dem bei Verweilzeiten von 10 Min. bis 4 Std. die thermische Spaltung des Produktes aus Mischer I bei Temperaturen von 370 bis 460°C erfolgt.

Claims (24)

1. Verfahren zum thermischen Spalten von Kunststoffabfällen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kunststoffabfall in einen beheizbaren Mischer I eingetragen wird, in dem der Kunststoffabfall aufgeschmolzen wird und aus Chlor enthaltenden Kunststoffabfällen HCl abgespalten wird, wobei der zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffabfall in Mischer I mit­ tels einer innen in Längsrichtung angebrachten rotierbaren Vorrichtung durchmischt wird und an die Innenwand bewegt wird,

• - daß die Temperatur in Mischer I 230 bis 420°C, bevorzugt 270 bis 390°C beträgt, wobei die Temperatur vom Eingang zum Ausgang ansteigt,
• - daß die Umlaufgeschwindigkeit der rotierbaren Vorrichtung 0,2 bis 10 m/s, bevorzugt 2 bis 8 m/s und besonders bevorzugt 5 bis 8 m/s beträgt
• - daß das flüssige Produkt aus Mischer I einem beheizbaren Mischer II zu­ geführt wird, in dem das Produkt mit einer Verweilzeit von 10 Min. bis 4 Std., bevorzugt 1 bis 3 Std. bei 370 bis 460°C, bevorzugt 380 bis 440°C gemischt wird und der Kunststoffabfall auf die gewünschte Visko­ sität thermisch gespalten wird und
• - daß Produkt aus Mischer II in Mischer I rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff­ abfall in zerkleinerter, fester Form mittels einer Schnecke in Mischer I eingetragen wird.

3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mischer I eine Außenbeheizung aufweist.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufheizung des Mischers I und des Mischers II mittels einer Salzschmelze erfolgt.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß soviel Produkt aus Mischer II rückgeführt wird, daß das Verhältnis von dem in Mischer I eingesetzten Kunststoffabfall zu dem aus Mischer II rückgeführten Produkt 1 : 1 bis 1 : 8, bevorzugt 1 : 2 bis 1 : 4 beträgt.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Mischer II ein Rührbehälter eingesetzt wird.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mischer I in Abhängigkeit von dem durchzusetzenden Kunst­ stoffabfall eine Länge von 2 bis 20 m, bevorzugt 2 bis 15 m und einen Durchmesser von 0,5 bis 3,5 m bevorzugt 1,5 bis 3 m aufweist.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchmischung in Mischer I mittels an einer Achse be­ festigter paddelartiger Elemente erfolgt.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Produkt aus Mischer I in einen Zwischenbehälter und von diesem in Mischer II gefördert wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Produkt aus Mischer II filtriert wird.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Produkt aus Mischer II zentrifugiert wird.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dämpfe aus Mischer I und Mischer II gekühlt und gewa­ schen werden.

13. Vorrichtung zum thermischen Spalten von Kunststoffabfällen nach den An­ sprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen beheizbaren Mischer I aufweist, in den Kunststoffabfall eingetragen wird,

• - daß Mischer I eine in Längsrichtung rotierbare Vorrichtung aufweist, durch die der zumindest teilweise aufgeschmolzene Kunststoffabfall durchmischt und an die Innenwand des Apparats bewegt werden kann und
• - daß die Vorrichtung einen beheizbaren Mischer II aufweist, in den das Produkt aus Mischer I eingetragen wird und
• - daß die Vorrichtung eine Rückführung von Mischer II in Mischer I auf­ weist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Schnecke zum Eintragen des Kunststoffabfalls in Mischer I aufweist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß Mischer I eine Außenbeheizung aufweist.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 und 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese eine Salzschmelze als Heizmedium aufweist.

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis von frisch eingetragenem Kunststoffab­ fall in Mischer I zu dem aus Mischer II rückgeführten Produkt 1 : 1 bis 1 : 8, bevorzugt 1 : 2 bis 1 : 4 beträgt.

18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mischer II ein Rührbehälter ist.

19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mischer I eine Länge von 2 bis 20 m, bevorzugt von 2 bis 15 m und einem Durchmesser von 0,5 bis 3,5 m, bevorzugt 1,5 bis 3 m aufweist.

20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die rotierbare Vorrichtung in Mischer I paddelartige Elemente aufweist.

21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen Mischer I und Mischer II ein Zwischenbehäl­ ter installiert ist.

22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese einen hinter Mischer II installierten Filter aufweist.

23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese eine hinter Mischer II installierte Zentrifuge aufweist.

24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese eine Kühl- und Waschvorrichtung für die aus Mi­ scher I und Mischer II entweichenden Dämpfe ausweist.