DE4438180A1 - Verfahren zum Verarbeiten von Kunststoff-Abfällen - Google Patents

Verfahren zum Verarbeiten von Kunststoff-Abfällen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoff- Abfällen. Für die Verarbeitung von Kunststoff-Abfällen existiert eine größere Anzahl von Verfahren, die teils gasförmige, teils flüssige Endprodukte liefern. Eines dieser Verfahren ist die Hydrierung, also Umsetzung mit Wasserstoff, von Kunststoff-Abfällen, die zuvor zerkleinert, mit Öl vermischt oder verflüssigt worden sind |1|. Diese Flüssigkeit wird bei Drücken von 100-300 bar und Temperaturen 300-500°C mit Wasserstoff zur Reaktion gebracht. Hierbei entstehen ca. 50→90% flüssige Kohlen­ wasserstoffe, die dem Rohöl ähnlich sind. Der Rest wird in gasförmige und zum geringen Teil in feste Kohlenwasserstoffe überführt. Anlagen zur Hydrierung von Kunststoff-Abfällen werden normalerweise in Anbindung an Chemie-Betriebe betrieben. Der Hauptenergiebedarf entsteht für die H₂- Erzeugung und Kompression |1|.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Hydrierung dadurch wirtschaftlicher zu machen, daß eine H₂-Erzeugungsanlage, die nach dem Eisen-Dampf- Prozeß arbeitet, in das Verfahren integriert wird. Hierbei soll das in Fig. 1 dargestellte Verfahrensschema angewendet werden, das im folgenden beschrieben wird.
Einer Vorbehandlungsanlage (1), die z. B. ein Schneckenextruder sein kann, werden die Kunststoff-Abfälle über den Aufgabetrichter (2) zugeführt. Anschließend werden die Kunststoff-Abfälle komprimiert und verflüssigt sowie durch Dampfzusatz partiell oxidiert |2|. Die verflüssigten Kunststoff- Abfälle verlassen mit Temperaturen um 400°C die Vorbehandlung (1), werden mittels einer Druckerhöhungspumpe (3) auf den in der Hydrieranlage (4) herrschenden Druck (100-300 bar) komprimiert und gelangen dann in die Hydrieranlage (4). Ebenfalls aus der Vorbehandlungsanlage (1) wird jeweils derjenige der beiden Schachtöfen (5), der sich in der Reduktionsphase befindet, über die Ventile (7) mit verflüssigten Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel versorgt. In den beiden Schachtöfen (5) finden abwechselnd folgende Reaktionen statt:
Oxidation (H₂-Erzeugung)
3 FeO + H₂O = Fe₃O₄ + H₂
Reduktion (Regeneration der FeO-Füllung
Fe₃O₄ + CO = 3 FeO + CO₂ und
Fe₃O₄ + H₂ = 3 FeO + H₂O .
Während der Oxidationsphase wird jeweils einer der beiden Schachtöfen (5) über die Ventile (6) mit Dampf versorgt. Der Dampf wird in den Dampferzeugern (10) und (17) erzeugt, und zwar aus Kondensat, das in den Trocknern (11) und (15) anfällt und über den Sammelbehälter (12) und die Pumpe (13) in den Dampferzeuger (10) gelangt oder ggf. aus Zusatzwasser, das über die Leitungen (18) und (22) zugeführt wird. Während der Oxidationsphase entsteht in den Schachtöfen (5) ein Rohgas, das ca. 60% H₂ und 40% H₂O-Dampf enthält |3|. Dieses Rohgas verläßt mit ca. 500-600°C die Schachtöfen (5) über die Ventile (8). Im Dampferzeuger (10) wird dem Rohgas die Wärme und im Trockner (11) das Wasser entzogen, so daß der Hydrieranlage (4) reiner Wasserstoff zugeführt wird.
Während der Reduktionsphase wird das Fe₃O₄ wieder zum FeO reduziert und somit die Füllung der Schachtöfen (5) regeneriert. Hierbei wird die Vergasungsreaktion von Kunststoff-Abfällen bzw. deren Produktgas, für die Reduktion des Fe₃O₄ benutzt. Dieses Verfahren wurde für den Hochofen- Prozeß vorgeschlagen |4| und kann sinngemäß auf die Reduktionsphase des Eisen-Dampf-Prozesses übertragen werden. Hierbei werden die Kunststoff- Abfälle zu einem Synthesegas (CO, H₂, CH₄ u. a.) vergast, das als Reduktionsmittel dient. Das bei der Reduktion des Fe₃O₄ entstehende "Gichtgas" (CO, CO₂, H₂O) verläßt die Schachtöfen (5) über die Ventile (9). Im CO₂- Wäscher (14) wird das CO₂ ausgewaschen, im Trockner (15) wird das Wasser entfernt, anschließend wird das Gas im Sammelbehälter (16) gesammelt. Die gasförmigen Produkte aus der Hydrieranlage (4) werden über die Leitung (21) ebenfalls dem Gas-Sammelbehälter (16) zugeführt. Das Gas wird dem Dampferzeuger (17) zugeführt und dort verbrannt. Der im Dampferzeuger (17) erzeugte Dampf wird über die Leitung (19) einer Turbine zur Stromerzeugung zugeführt oder teilweise über die Leitung (23) den Schachtöfen (5) zugeführt. Die flüssigen Produkte der Hydrieranlage (4) werden über die Leitung (20) abgeführt.
Durch die beschriebene Anlagenkombination ergeben sich folgende Vorteile:
  • - Der Wasserstoff für die Hydrieranlage wird innerhalb des Prozesses erzeugt und ist somit kostengünstiger als bei Fremdbezug, da keine Primärenergie eingesetzt werden muß.
  • - Das bei der Reduktionsreaktion des Eisen-Dampf-Prozesses anfallende "Gichtgas" sowie die beim Hydrierprozeß anfallenden, ca. 10% gasförmigen Kohlenwasserstoffe stellen einen Energieüberschuß dar.
  • - Die Hydrierreaktion und die H₂-Bildungsreaktion im Eisen-Dampf-Prozeß sind exotherm. Die Reduktionsreaktion im Eisen-Dampf-Prozeß ist zwar endotherm, jedoch ist die gleichzeitig ablaufende Kunststoff-Vergasungsreaktion exotherm. Somit ergibt sich für die Anlage insgesamt ein Energie­ überschuß, so daß keine Primärenergie einzusetzen ist. Die einzigen Einsatzstoffe sind Kunststoff-Abfälle und Wasser.
  • - Bei geeigneter Auslegung kann die Anlage mehr Wasserstoff produzieren als sie verbraucht.
Literatur:
|1|: Gerd Rauser: Verfahren zur hydrierenden Verflüssigung von Kunststoffabfällen (in "Rycycling von Kunststoffabfällen", Carl Hanser Verlag 1992)
|2|: Georg Menges und Volker Lackner: Kohlenstoff-Reycyling beim Aufarbeiten gemischter Kunststoff-Abfälle (in s.|1|)
|3|: Andreas Helmut Krause: Kontinuierliche Erzeugung von Wasserstoff nach einem Eisen-Dampf-Prozeß (Dissertation TH Aachen 1988).
|1|: G. Menges, R. Fischer und V. Lackner: Verfahren zur Vergasung von Kunststoff-Abfällen zur Erzeugung von verwertbaren Gasen (Zusatz­ anmeldung zum Patent 40 29 880.9).

Claims (1)

1. Verfahren zum Verarbeiten von Kunststoff-Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Wasserstofferzeugung dienender Eisen-Wasserdampf-Prozeß in der Weise mit einer Hydrieranlage für Kunststoffe gekoppelt wird, daß aus einer gemeinsamen Vorbehandlungsanlage der verflüssigte Kunststoff-Abfall teils der Hydrieranlage als Rohstoff, teils dem Eisen-Wasserdampf-Prozeß als Reduktionsmittel zugeführt wird.
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Non-Patent Citations (3)

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KRAUSE, Andreas Helmut: Kontinuierliche Erzeugung von Wasserstoff nach dem Eisen-Dampf-Prozeß, (Dissertation TH Aachen 1988) *
MENGES, Georg und LACKNER, Volker: Abschnitt "Koh-lenstoffrecycling beim Aufarbeiten gemischter Kunststoff-Abfälle *
RAUSER, Gerd: "Recycling von Kunststoffabfällen", Abschnitt "Verfahren zur hydrierenden Verflüssi- gung von Kunststoffabfällen, Carl Hanser Verlag, 1992 *

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