DE4343518A1 - Verfahren zur Aufarbeitung von Polyethylen (Unterlagen von P 43 43 815.6) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Polye­ thylen, insbesondere aus Kabelschrott, wobei größere Stücke von Polyethylen (PE) oder vernetztem Polyethylen (VPE) vorzerklei­ nert werden.

Bisher werden kunststoffhaltige Schrotte in Mahl- oder Shredder- Anlagen zerkleinert, Metall- und Kunststoffteile getrennt und die Kunststoffe in begrenztem Umfang einer Wiederverwertung durch Umformen in Bodenbeläge, Platten, Eimern, Halterungen usw. zugeführt. Reine Kunststoffabfälle werden schon deslän­ geren - wo immer möglich - in die Kunststoffproduktion zu­ rückgeführt.

Kunststoffe in der Kabelindustrie werden für Isolierzwecke ein­ gesetzt. Kunststoffe, die aus Kabelschrotten stammen, haben allerdings metallische Verunreinigungen mit einem Metallparti­ kelanteil von etwa 1%. Metallpartikel dürfen nicht in Kabeliso­ lierungen eingebracht werden. Daher kann Kunststoff aus Kabel­ schrott nicht in die Kabelproduktion zurückgeführt werden. Wei­ terhin lassen sich aus polymerchemischen Gründen vernetzbare Kunststoffe, hier insbesondere vernetztes Polyethylen (VPE), nicht mehr in den Produktionsprozeß zurückführen. Daher wird bisher Abfall von Polyethylen (PE) oder vernetztem Polyethylen auf Deponien abgelagert. Wegen der zunehmenden Deponiekosten müssen neue Techniken der Entsorgung oder der Aufarbeitung ge­ sucht werden. Beim Zerkleinern von VPE können Stoffe entstehen, die nicht in die Umwelt entlassen werden können. Eine umweltge­ rechte Entsorgung dieser Stoffe muß sichergestellt werden.

Es wurde auch vorgeschlagen (DE 32 06 984), Abfälle mit oder ohne Kunststoffbeimengungen zu schmelzen, sie mit Brennmaterial zu vermischen und zu verbrennen. Auch dieses Verfahren kann aus Umweltschutzgesichtspunkten bedenklich sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzuge­ ben, mit dem PE und VPE einer umweltfreundlichen und wirtschaft­ lichen Verwertung zugeführt werden kann.

Die Aufgabe wird von dem Verfahren mit den Merkmalen des Haupt­ anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen angegeben.

Das vorgeschlagene Verfahren ist umweltfreundlich und erlaubt durch thermische Nutzung der chemischen Bindungsenergie eine wirtschaftliche Verwertung des Heizenergieinhalts. Die im Auf­ arbeitungsprozeß entstehenden Nebenprodukte können wiederverwen­ det oder umweltgerecht behandelt werden.

Erster Schritt im Verfahren zur Aufarbeitung von PE oder VPE, ist das Zerteilen des Ausgangsmaterial in Mahl- oder Shredder- Anlagen. Bei Kabelschrott bedeutet dies, daß Kabel in etwa me­ terlange Stücke zerkleinert werden. Hierzu eignen sich besonders Shredder-Anlagen oder Kabelschlitzmaschinen, in denen Kabelmän­ tel von den Leitern trennbar sind.

Grob zerkleinertes Material wird beispielsweise in Prallschei­ benmühlen zu kleineren Korngrößen gemahlen. Dabei wird die Mühle unter Unterdruck und/oder unter Sauerstoffabschluß gehalten. Das abgesaugte Gas/Luft-Gemisch wird aufgefangen und einer physika­ lischen Abtrennung der Reststoffe unterzogen.

Während des Mahlprozesses entsteht Reibungswärme. Die Wärme ist Anlaß für einen Crackprozeß, in dem Nebenprodukte unterschiedli­ chen Molekulargewichts entstehen.

Man kann durch zusätzliche Maßnahmen der Temperierung, bei­ spielsweise durch Vorerwärmung des Materials oder durch geziel­ tes Temperieren der Mühle, ein bestimmtes Temperaturintervall vor­ geben. Je höher die Temperaturen gewählt werden, je höher wird das mittlere Molekulargewicht der Pyrolyse-Fraktionen. Vorzugs­ weise wird je nach zu erwartenden Fraktionen ein bestimmtes Tem­ peraturintervall vorgegeben. Vorzugsweise kann ein Intervall von 100 bis 150°C gewählt werden. Wegen der kurzen Verweildauer des Mahlguts in der Mühle wird auch vorgeschlagen, die Temperierung nach dem Mahlen im selben Temperaturintervall ein gewisse Zeit aufrecht zu halten, so daß den Nebenprodukten Zeit gegeben wird, aus dem Mahlgut herauszuwandern. Wirtschaftliche Temperierungs­ zeiten dürften in der Größenordnung von 1 bis 2 Stunden liegen.

Nach einem erfindungsgemäßen Vorschlag, werden entstehende Stoffe durch Aktivkohle-Patronen gesogen. Die Aktivkohle nimmt durch Adsorption die Nebenstoffe auf. Die Patrone wird nach der Beladung ausgewechselt und verschlossen. Die beladene Patrone kann gelagert und zu gegebener Zeit regeniert werden. Dabei wer­ den die adsorbierten Substanzen ausgetrieben und die Patrone für eine neue Beladung vorbereitet.

Andere Methoden der physikalischen Trennung sind Kondensieren (Ausfrieren) oder Auswaschen der Nebenprodukte mit geeigneten Lösungsmitteln.

Weitere Vorschläge zur Abtrennung bestehen darin, mindestens zwei gleich- oder verschiedenartige physikalische Abtrennverfahren hintereinander anzuwenden. Im ersten Schritte sollte vorgesehen werden, flüssige von gasförmigen Nebenprodukten zu trennen. Zur Aufarbeitung der gasförmigen Nebenprodukte werden dann vorzugs­ weise mehrere hintereinander geschaltete Aufarbeitungsverfahren (beispielsweise Kondensationskolonnen) mit abnehmender Temperatur angewendet, so daß das mittlere Molekulargewicht der Nebenpro­ dukte in den Trennschritten abnimmt.

Als Ausfriertemperatur kommen in Frage 0°C, die Temperatur des kondensierenden CO₂ (-78°C), Siedepunkt des Stickstoffs (-196°C).

Während der weiteren Lagerung oder des Transportes des Mahlguts können verzögert noch Reststoffe austreten. Es empfiehlt sich daher, die Atmosphäre der Transport- und Lagerräume mit Gassen­ soren zu überwachen. Weiterhin ist es sinnvoll, Transport- und Lagerräume unter Unterdruck zu halten und die Gase abzusaugen. Damit wird sichergestellt, daß giftige Stoffe oder wertvolle Reststoffe nicht in die Umwelt gelangen. Feingemahlenes Poly­ ethylen kann an der Luft leicht entzündlich sein. Luftabschluß oder Lagerung unter Unterdruck beugt auch einer Selbstentzündung vor.

Es empfiehlt sich, die abgefangenen Stoffe vor der chemischen Weiterverarbeitung zu reinigen oder in Teilfraktionen zu zerle­ gen, so daß möglichst beimengungsfreie Chemikalien gewonnen wer­ den. Die Weiterverarbeitung oder die umweltschonende Entsorgung ist umso einfacher, je einfacher die Zusammensetzung der Rest­ fraktionen ist. Gänzlich umweltunschädliche Reststoffe können in die Außenluft abgegeben werden.

Während des Mahlvorgangs von frischem Polyethylenschrott - bei­ spielsweise aus der Kabelproduktion - entsteht hauptsächlich Acetophenon. Es läßt sich leicht durch Auswaschen mit Alkohol und anschließender Destillation abgetrennen. Acetophenon ist als Lösungsmittel oder als Grundstoffin der Parfümindustrie ein­ setzbar.

In der anschließenden Verbrennung wird der Heizenergieinhalt des Mahlguts nutzbar gemacht, beispielsweise zur Beheizung eines Großheizwerkes oder eines Schmelzofens, entweder in Feststoff- oder Wirbelbettbrennern. Der Heizwert von Polyethylen entspricht etwa dem von Steinkohle, so daß die Verbrennung einen hohen wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringt.

In diesem Verfahrenschritt sollte man sich der vorhandenen Brennertechnologie anpassen. Das Mahlgut kann je nach Brenner­ typ grobkörnig, pulverfein oder im Schmelzverfahren verbrannt werden.

Das Mahlgut wird zu Korngrößen zerkleinert, wie es in gängigen Feststoffbrennern problemlos einsetzbar ist. So eignet sich Feinpulver dort, wo Staubbrenner vorhanden sind. Vorzugsweise wird hierfür eine Korngröße des Mahlguts unter 30 Mikrometer erzeugt. Es bietet sich also an, vorhandene Brenner ohne wei­ tere Änderung zu benutzen. Groberes Material mit Korngrößen im Millimeter-Bereich läßt sich dort verwenden, wo Brenner für das Eintragen von körnigen Brennstoffen ausgelegt sind.

Das Mahlgut kann auch vor dem Verbrennen mit anderem staubför­ migen Brennmaterial (z. B. Holz-, Papier- oder Braunkohlenstaub) vermischt werden, so daß nicht nur reines Polyethylen-Pulver in die Brennkammer eingetragen wird.

In der Regel wird man den Standort der Mühle in der Nähe des Brenners wählen. Ist dies nicht möglich oder ist die anfallende Menge zur sofortigen Verbrennung zu groß, muß das Mahlgut zwi­ schengelagert werden. Als Zwischenlager sind Silos einsetzbar. Zum Transport des Mahlguts kommen bekannte Behälter oder pneuma­ tische Anlagen in Frage.

Sollte die chemischen Weiterverarbeitung der abgefangenen Neben­ produkte nicht wirtschaftlich sein, kann man die Nebenprodukte ebenfalls verbrennen, wobei zuerst daran gedacht ist, die Neben­ produkte in derselben Verbrennungseinrichtung zu verbrennen, in der auch das Mahlgut verbrannt wird. Hierbei werden die Nebenpro­ dukte durch eine Gasdüse in den Brennraum eingeblasen. Je nach Beschaffenheit der Nebenprodukte können diese vorher zur leichte­ ren Verflüchtigung angewärmt werden. Um eine vollständige Ver­ brennung zu erreichen, kann Luft oder Sauerstoff zugemischt wer­ den.

Die einzelnen Verfahrensschritte zur Aufarbeitung von Polyethy­ len, insbesondere aus Kabelschrott, werden zusammenfassend noch einmal dargestellt.

• 1. Größere Kabelschrottstücke werden in Mahl- oder Shredder- Anlagen vorzerkleinert und falls nötig, Kunststoffe (insbeson­ dere Polyethylen oder vernetztes Polyethylen) und Metalle ge­ trennt.
• 2. Grob zerkleinertes Polyethylen wird in Mühlen feinzerklei­ nert. Das Mahlgut wird unter Nutzung seiner Heizenergie insbe­ sondere zur Beheizung eines Ofens (Schmelzofen, Heizkraftwerk) verbrannt, wobei das Material zu einer der Verbrennungstechno­ logie angepaßten Korngröße zerkleinert wird.
• 3. Während des Mahlprozesses, während der Lagerung oder des Transportes des Mahlguts werden aus dem Mahlgut austretende Nebenprodukte physikalisch abgetrennt und gespeichert. Als phy­ sikalische Abtrennverfahren werden vorzugsweise Kondensieren, Auswaschen oder Adsorbieren vorgeschlagen.
• 4. Die abgetrennten Nebenprodukte werden einer chemischen Wei­ terverarbeitung (Recycling) zugeführt.
• 5. Nicht wirtschaftlich nutzbare Nebenprodukte werden entweder vollständig verbrannt. Umweltneutrale Nebenprodukte können ent­ sorgt werden.
• 6. Nicht nutzbare Nebenprodukte können im selben Verbrennungs­ prozeß verbrannt werden, wie das Mahlgut.

Claims (15)

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Polyethylen, insbesondere aus Kabelschrott, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - größere Stücke werden vorzerkleinert,
• - grob zerkleinertes Polyethylen wird feinzerkleinert,
• - während des Zerkleinerungsprozesses, während der Lagerung oder des Transportes des Mahlguts werden austretende Produkte auf physikalischem Wege abgetrennt
• - und das Mahlgut wird unter Nutzung seiner Heizenergie verbrannt.

2. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zerkleinerung unter Sauerstoffabschluß und/oder Un­ terdruck vorgenommen wird.

3. Aufarbeitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung bei vorgegebe­ ner Temperatur vorgenommen wird.

4. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß nach der Zerkleinerung das Mahlgut eine vorgegebene Zeit auf der Mahltemperatur gehalten wird.

5. Aufarbeitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenprodukte durch Konden­ sieren abgetrennt werden.

6. Aufarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nebenprodukte durch Adsorption ab­ getrennt werden.

7. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß als Adsorptionsmedium Aktivkohle benutzt wird.

8. Aufarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nebenprodukte durch Auswaschen ab­ getrennt werden.

9. Aufarbeitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gleich- oder verschiedenartige Abtrennverfahren hintereinander angewendet wer­ den.

10. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Abtrennverfahren hintereinander mit abnehmender Temperatur angewendet werden.

11. Aufarbeitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyethylen zu einer der Verbrennungstechnologie angepaßten Korngröße zerkleinert wird.

12. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mahlgut im Feststoffbrennverfahren verbrannt wird.

13. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mahlgut vor dem Verbrennen mit festem Brennstoff vermischt wird.

14. Aufarbeitungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mahlgut mit Kohlenstaub vermischt wird.

15. Aufarbeitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die abgefangenen Nebenprodukte in derselben Verbrennungsanlage verbrannt werden wie das Mahlgut.