DE4446579A1 - Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter Polymerabfälle - Google Patents

Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter Polymerabfälle

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem verschmutzte thermoplastische Polymerabfälle zu Grundstoffen aufbereitet werden.
Es ist bekannt, verschmutzte thermoplastische Polymerabfälle durch Aufbereitung in der Feststoffphase von Verunreinigungen, wie Metallen, Glas, Rückständen, etc. zu trennen. Diese Trennung erfolgt beispielsweise durch Windsichtung, durch Magnetscheidung, durch Schwimm-Sink- Scheidung, durch Wirbelstrominduktionsabscheider oder durch Flotation.
Alle aufgeführten Techniken stellen einzelne Verfahren dar, die jeweils über einzelne Verfügbarkeiten gekennzeichnet werden. In der Zusammenstellung zu einer Gesamtanlage addieren sich die Einzelverfügbarkeiten, so daß es zu einer schlechten Gesamtverfügbarkeit kommt. Die genannten Verfahren sind zudem sehr aufwendig und trennen die Abfälle nicht mit der gewünschten Sorgfalt. So ist es nach erfolgter Aufbereitung nicht auszuschließen, daß metallische Verunreinigungen weiterhin im Abfall verbleiben und in den nachfolgenden Prozeß gelangen. Sie können dann zur Beschädigung von Anlagenkomponenten oder zum Ausfall der nachgeschalteten Arbeitsstufen führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das zuverlässig und kostengünstig verschmutzte Polymerabfälle aufbereitet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennung erfolgt während die thermoplastischen Polymere geschmolzen sind.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt der vorsortierte, zu Ballen gepreßte Abfall über eine Zerkleinerungsvorrichtung zugeführt. Diese Zerkleinerungsvorrichtung schneidet die Ballen in Stücke, damit sie von den folgenden Anlagekomponenten weiterverarbeitet werden können. Die Zerkleinerungsvorrichtung kann beispielsweise eine Guillotinenschere sein.
Schon nach diesem ersten Arbeitsgang können die Stücke durch einen Metalldetektor, insbesondere eine Induktivität, auf grobe metallische Verunreinigungen hin untersucht werden. Die metallisch verunreinigten Stücke werden aus dem Weiterverarbeitungsprozeß entfernt.
Soll dem Verfahren statt der vorgeformten Ballen, loser Abfall zugeführt werden, so bietet es sich an, eine weitere Aufgabestelle vorzusehen, die insbesondere über ein Förderband verfügt.
Um im weiteren Verfahren einen möglichst hohen Durchsatz zu gewährleisten, ist es von besonderem Vorteil, insbesondere den lose zugeführten Abfall mit einer Stopfvorrichtung zu kompaktieren.
Der vorbereitete Abfall wird in einem Kneter, weiterverarbeitet. Dieser Kneter ist vorzugsweise eine modifizierte Form eines Innenmischers, wie er zum Mastifizieren von Rohkautschuk verwendet wird. Er ist so massiv ausgeführt, daß ihm grobe Verunreinigungen im Abfall keinen Schaden zufügen können.
Es ist dennoch von Vorteil, den Einlaß des Kneters mit Metalldetektoren zu versehen. Werden große metallische Fremdkörper identifiziert, ist es an dieser Stelle noch möglich sie zu entfernen.
In einer bevorzugten Ausführung verfügt der Kneter über eine Reversionssteuerung, die es ermöglicht, den Abfall zum Einlaß zurückzubefördern, falls die Funktion des Kneters durch Überlast oder durch große Fremdkörper gestört ist.
In einem ersten Verfahrens schritt zerkleinert der Kneter den Abfall und mischt ihn zu einem Gemenge. Beim Zerkleinern und Mischen entsteht Wärme, die u. U. ausreicht, die thermoplastischen Polymere aufzuschmelzen. Es ist von besonderem Vorteil, die Temperatur des Gemenges zu messen, damit der Kneter in seinen Prozeßparametern den unterschiedlichen Eigenschaften der Polymerabfälle, wie Feuchte oder Polymergehalt, angepaßt werden kann.
Durch eine Temperierung des Kneters besteht die Möglichkeit, das Mischgut entweder zu heizen oder zu kühlen. Hiermit ist eine optimale Anpassung an besondere Erfordernisse der aufgegebenen Abfälle (z. B. hoher Schmelzpunkt oder temperaturempfindlicher Rohstoff) gegeben. Am Ende des Aufbereitungsschrittes liegt ein Gemisch aus thermoplastischer Schmelze und Feststoffverunreinigung vor. Besonders vorteilhaft erweist sich die Möglichkeit, die aufgegebenen Abfälle verändert zu gestalten. So kann z. B. bei schwankendem Feuchtigkeitsgehalt durch eine Veränderung der Knetzeit für eine stets weitgehende Verdampfung von Flüssigkeiten gesorgt werden.
Nachdem der Verfahrensschritt im Kneter abgeschlossen ist, wird die Mischung als komplette Charge einer Presse zugeführt. Es ist dabei von Vorteil, wenn diese Presse eine Kolbenpresse ist, da diese Art der Pressen besonders robust gebaut und daher unempfindlich gegen Verunreinigungen sind.
Die Übergabe vom Kneter in die Presse erfolgt durch einen Schacht, in dem eine Klappe vorgesehen ist, durch die eine Fehlcharge, die nur teilweise aufgeschmolzen oder mit verbleibenden großen Fremdkörpern verunreinigt ist, entnommen werden kann.
Die Presse drückt das Gemenge durch ein Sieb, in dem die festen Rückstände hängenbleiben. Es ist von Vorteil, mehrere Siebe mit verschiedenen Sieböffnungen hintereinander zu schalten, um die Rückstände nach abnehmender Größe zu selektieren.
Damit es trotz der robusten Kolbenpresse nicht zu einer Überlastung des Systems kommt, werden vor den Sieben Drucksensoren angebracht, die der Presse eine unzulässige Druckerhöhung melden. Daraufhin kann die Leistung der Presse vermindert oder der Kolbenhub umgekehrt werden.
Mit einer zusätzlichen Wechselvorrichtung, die bei Bedarf die Siebe austauscht, lassen sich die Vorteile des diskontinuierlichen Verfahrens insofern zu Nutze machen, als es möglich ist, die Zeit der leerlaufenden Presse auszunützen, die verunreinigten Siebe auszutauschen oder zu reinigen.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel des Verfahren geschieht die Trennung von aufgeschmolzenem Gemisch und Verunreinigungen in einer Zentrifuge.
Bei stark verunreinigten Ausgangsstoffen, insbesonder bei DSD-Mischkunststoffen, kann u. U. auf das Sieben verzichtet werden und mittels der Kolbenpresse direkt Brikets für eine thermische Verwertung hergestellt werden.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, daß sich eine Trennung der Abfälle durch eine der genannten Techniken in weitem Maße erübrigt. Das Verfahren ist so ausgelegt, daß es verschmutzte Polymerabfälle von groben Verunreinigungen befreit und sie mit einer hohen Sorgfalt in thermoplastische Polymere und Verunreinigungen trennt.
Das Verfahrens oder die Vorrichtung findet Verwendung zur Erzeugung eines Rohstoffes für die Fertigung von Produkten beispielsweise für die Gestaltung von Außenanlagen, insbesondere von Sitzmöbeln, Tischen und Pflanzenbehältern. Falls es sich bei den aufgegebenen Abfällen um Flaschen- oder Folienabfälle handelt, läßt sich das Verfahren zur Erlangung eines hochwertigen Ausgangsstoffes mit besonderer Spezifikation für rohstoffliches Recycling einsetzen.
Die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Aufbereitung verschmutzter Polymerabfälle erfolgt anhand der Abbildung:
An einem Einlaß (1) werden die verschmutzten Polymerabfälle, die zu Ballen gepreßt die Anlage erreichen, aufgegeben. Diese Ballen werden von der Zerkleinerungsvorrichtung (12) in kleinere Stücke geteilt. Die Zerkleinerungsvorrichtung ist in einer bevorzugten Form eine Guillotinenschere. Diese Stücke laufen auf einem Band durch einen Detektor (2), der die Stücke induktiv auf grobe metallische Verunreinigungen untersucht. Nachdem sie den Detektor durchlaufen haben, fallen die Stücke in den Einlaß (13) des Kneters (5).
Für Abfall, der nicht in Form der Ballen, sondern als loses Gut geliefert wird, ist ein zweiter Einlaß (3) zu der Anlage vorgesehen. Dieser Einlaß (3) verfügt gegebenenfalls über ein Förderband, über das der Abfall einem Vorkompaktierschacht (14) zugeführt werden kann. In diesem werden die aufgegebenen Abfälle mittels eines Stempels (3) gegen eine Klappe gedrückt und dabei stark verdichtet. Dadurch wird eine Erhöhung des Durchsatzes durch das Verfahren erreicht.
Zu Beginn des Aufbereitens einer neuen Charge wird dieses vorkompaktierte Gut dann bei geöffneter Klappe dem Beschickungsschacht (13) des Kneters zugeführt. Hier wird es mit Unterstützung eines sogenannten Stempels (4) von Rotoren in die Mischkammer eingezogen.
Der Kneter (5) ist in einer bevorzugten Ausführung ein Innenmischer, wie er in der Kautschukverarbeitenden Industrie verwendet wird. Derartige Innenmischer verfügen über zwei Knetschaufeln. Die Knetschaufeln bewegen sich mit meist unterschiedlicher Drehzahl in einem Trog, der zwei Mulden hat, gegeneinander. Bei dieser Art von Innenmischern wird das zu homogenisierende Gut durch einen Stempel in den Mischraum gepreßt. Diese Innenmischer sind sehr robust, so daß ihnen der teilweise grob verunreinigte Abfall keinen Schaden zufügen kann. Um dennoch eventuellen Beschädigungen vorzubeugen, ist es angebracht, im Einlaß (13) des Kneters (5) Metalldetektoren anzubringen. Beim Auffinden metallischer Fremdstoffe oder bei Überlast stellt der Kneter seinen Betrieb ein und eine Reversionssteuerung befördert den mit Fremdstoffen durchsetzten Abfall zum Einlaß (13) zurück.
Im Kneter (5) wird der kompaktierte Abfall zunächst zerkleinert und zu einem Gemenge vermischt. Bei diesem Vorgang entsteht schon eine große Wärmemenge, die Polymeranteile im Abfall schon zu schmelzen vermag. Die Temperatur des Gemenges läßt sich im Kneter (5) erfassen, ebenso wie andere wichtige Prozeßparameter, wie Leistungsaufnahme und Position des Beschickungsstempels. Die Parameter des Kneters (5) den Bedingungen optimal angepaßt werden. Es ist auch möglich, dem Kneter (5) durch eine Heizung zusätzliche Wärme zuzuführen, so daß ein vollständiges Schmelzen der Polymeranteile gewährleistet ist.
Sind die Polymerabfälle geschmolzen, wird das Gemenge durch den Übergabeschacht (8) einer Presse (6) zugeführt. Es ist von besonderem Vorteil, wenn diese Presse eine Kolbenpresse ist, da Kolbenpressen besonders robust sind, und ihr Betrieb nicht so leicht durch Fremdkörper gestört wird. Ist es durch besondere Umstände (z. B. gut vorselektierte Abfälle) gegeben, daß grobe Verunreinigungen ausgeschlossen sind, oder werden an die Verfügbarkeit der zweiten Verfahrensstufe keine erhöhten Ansprüche gestellt, so kann anstelle einer Presse auch ein Extruder (ggf. mit Stopfvorrichtung) verwendet werden. Sicherheitshalber ist im Übergabeschacht (8) eine Klappe (9) vorgesehen, durch die große Fremdkörper entfernt werden können.
Die Presse (6) preßt das vom Kneter (5) kommende Gemenge durch ein Sieb (7). Durch dieses Sieb treten die geschmolzenen Polymerabfälle aus. Die zurückbleibenden Verunreinigungen können dem Sieb entnommen werden. Ordnet man mehrere Siebe (7, 10) mit abnehmender Sieböffnung hintereinander an, so lassen sich die Verunreinigungen nach ihrer Größe sortieren. Damit die Reinigung der Siebe (7, 10) zügig während der Leerlaufzeiten der Presse (6) vorgenommen werden kann, ist es von Vorteil, einen Siebwechsler (11) zu installieren, mit dessen Hilfe man die verschmutzten Siebe (7, 10) einfach austauscht.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird statt der Kolbenpresse eine Zentrifuge zur Trennung von aufgeschmolzenem Gemisch und den Verunreinigungen benutzt.
Bei stark verunreinigten Ausgangsstoffen, insbesonder bei DSD-Mischkunststoffen, kann u. U. auf das Sieben verzichtet werden und mittels der Kolbenpresse direkt Brikets für eine thermische Verwertung hergestellt werden.
Die mit dem Verfahren aufbereiteten Polymerabfälle lassen sich zur Fertigung neuer Produkte wiederverwenden. Es ist beispielsweise möglich, aus dem entstandenen Polymergemisch hochwertige Produkte für die Gestaltung von Außenanlagen, wie beispielsweise Sitzmöbel, Tische oder Pflanzenbehälter fertigen.
Falls es sich bei den aufgegebenen Abfällen um Flaschen- oder Folienabfälle handelt, läßt sich das Verfahren zur Erlangung eines hochwertigen Ausgangsstoffes mit besonderer Spezifikation für rohstoffliches Recycling einsetzen.

Claims (27)

1. Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter, gegebenenfalls vorsortierter Polymerabfälle durch stoffliche Trennung in thermoplastische Polymere und Verunreinigungen dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung erfolgt während die thermoplastischen Polymere geschmolzen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerabfälle, insbesondere in Form von vorsortiertem, gepreßtem Abfall, über einen Einlaß einer Zerkleinerungsvorrichtung zugeführt werden, die den gepreßten Abfall in für die Weiterverarbeitung geeignete Stücke schneidet.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerabfälle durch eine Guillotinenschere zerkleinert werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke von einem Detektor magnetisch auf grobe metallische Verunreinigungen untersucht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die losen Polymerabfälle über einen zweiten Einlaß dem Verfahren zugeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die losen Polymerabfälle und/oder die Stücke über einem Vorkompaktierschacht einem Stempel zugeführt werden, der die Abfälle vor ihrer Weiterverarbeitung vorkompaktiert.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der von der Zerkleinerungsvorrichtung und/oder von der Stempel vorkompaktierte Abfall einem Kneter zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall durch Metalldetektoren im Einlaß des Kneters untersucht wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Kneter mit einer Reversionssteuerung ausgestattet ist, die bei Überlastung der Maschine eingezogene Fremdstoffe wieder zurückbefördert.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Kneter den vorkompaktierten Abfall zerkleinert und zu einem Gemenge mischt.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Kneter meßbar ist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Kneter das Gemenge zum Schmelzen der Polymeranteile erhitzt.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene Gemenge über einen Beschickungsschacht einer Presse zugeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene Gemenge über einen Beschickungsschacht einer Kolbenpresse zugeführt wird.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene Gemenge über einen Beschickungsschacht einer Zentrifuge zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene Gemenge über einen Beschickungsschacht einem Extruder zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder über eine Stopfvorrichtung verfügt.
18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß dem aufgeschmolzenen Gemenge eventuelle Verunreinigungen über eine Klappe in einem Übergabeschacht hinter dem Kneter entnehmbar sind.
19. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Presse den Kneterinhalt durch mindestens ein Sieb preßt.
20. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Kaskade von mehr als einer Presse zum Sieben der Schmelze eingesetzt wird.
21. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Siebe mit verschieden großen Sieböffnungen hintereinander angeordnet sind.
22. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Druck vor den Sieben meßbar ist.
23. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Presse bei einem unzulässig hohen Druck vor den Sieben ihre Leistung reduziert und bei Erreichen eines Grenzwertes den Hub umkehrt.
24. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe durch einen Wechsler austauschbar sind.
25. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Presse den Kneterinhalt zu Briketts kompaktiert.
26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, die Vorrichtung
  • - einen ersten Einlaß (1),
  • - eine Zerkleinerungsvorrichtung (12),
  • - einen Detektor (2),
  • - einen zweiten Einlaß (3),
  • - einem Stempel (4),
  • - einem Vorkompaktierschacht (14)
  • - einem Beschickungsschacht (13)
  • - einen Kneter (5),
  • - einen Übergabeschacht (8) mit einer Klappe (9),
  • - eine Presse (6),
  • - ein Sieb (7),
  • - weitere Siebe verschiedener Sieböffnung (10) und
  • - eine Wechselvorrichtung (11) aufweist.
27. Verwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen
  • - zur Erzeugung eines Rohstoffes für die Fertigung von Produkten für die Gestaltung von Außenanlagen, insbesondere von Sitzmöbeln, Tischen und Pflanzenbehältern oder
  • - zur Erlangung eines Ausgangsstoffes mit besonderer Spezifikation für rohstoffliches Recycling im Falle von Folienabfällen oder Flaschenabfällen.
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