DE4446964C2

DE4446964C2 - Verfahren und Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffabfall

Info

Publication number: DE4446964C2
Application number: DE4446964A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Suzuki; Masahiro Tadauchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: DE4446964A1; JP3288164B2; JPH07197032A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffabfall und insbesondere eine Verfahrensweise, mit der man wirksam eine pyrolytische Zersetzung von Abfallkunststoff, einschließlich Polyvinylchloridharzen und dergleichen, vornehmen kann unter Ausbildung eines hochqualitativen Heizöls durch Pyrolyse des Abfallkunststoffes.

Üblicherweise werden Kunststoffmaterialien in großem Maße zur Herstellung von elektrischen Haushaltsartikeln und zahlreichen anderen Gegenständen aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften, des niedrigen Gewichts und der guten Festigkeit verwendet, aber der Zyklus der Herstellung und des Verbrauchs des Kunststoffmaterials hat auch große Mengen an Abfallkunststoffgegenständen ergeben, und solche Abfallkunststoffgegenstände müssen gegenwärtig verbrannt werden oder auf Deponien geschafft werden. In jüngerer Zeit, weil die Gesetzgebung in einigen Ländern der Welt ein Recyclen vorsieht, z. B. seit 1991 in Japan, besteht ein öffentliches Interesse an dem Recyclen und der Wiederausnutzung von Abfallkunststoffprodukten.

Kunststoffe kommen in zahlreichen Arten vor und bei der Herstellung eines Gegenstands aus Kunststoff werden im allgemeinen verschiedene Kunststoffarten verwendet. Jedoch erfordert jede Kunststoffart eine unterschiedliche Behandlungsmethode zur Erleichterung der Wiederaufarbeitung.

Infolgedessen ist es erforderlich, daß man die Abfallkunststoffgegenstände in die verschiedenen Komponenten je nach der Art des verwendeten Kunststoffes trennt, wobei jedoch diese Arbeit mühsam ist und es auch in der Praxis schwierig ist, diese Arbeit vollständig vorzunehmen. Infolgedessen ist es unvermeidbar, daß die Qualität und der Wert der so wiedergewonnenen Produkte wegen dieser unvollständigen Trennung sich verschlechtern. In besonders schwierigen Fällen ist es sogar unmöglich, die Wiedergewinnung praktisch durchzuführen.

Unter diesen Umständen hat eine Technik der Trockendestillation der Abfallkunststoffe große Aufmerksamkeit gefunden, weil diese Technik es ermöglicht, aus Abfallkunststoffartikeln Produkte mit verhältnismäßig hohem Wert wiederzugewinnen. Eine solche Trockendestillationstechnik erfordert jedoch derzeit hohe Kosten und es ist auch noch erforderlich, die Wiedergewinnungseffizienz dieser Technik zu verbessern. Außerdem ist es dann, wenn man mit thermoplastischen Materialien umgeht, wie Polystyrol, Polypropylen und dergleichen, die eine niedrige Wärmeleitfähigkeit haben, schwierig, eine gleichmäßige und schnelle Erhitzung von großen Volumina der Gegenstände aus dem Kunststoff zu bewirken, und das aus einer solchen Thermoplastquelle erhaltene Öl besteht aus einer Vielzahl von Bestandteilen mit weit auseinanderliegenden Siedepunkten. Deshalb ist es bei der praktischen Durchführung der Trockendestillationstechnik auch erforderlich, die Qualität des erhaltenen Öls zu verbessern.

Ein Verfahren zum Verbessern der Ölqualität wird in den japanischen Offenlegungsschriften (Kokai) Nrn. S63-178195 und H2-29492 vorgeschlagen, nämlich die Verwendung eines Dampfphasenreaktionskatalysators wie Zeolith und dergleichen zur Verbesserung der Ölqualität.

In einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kann jedoch dann, wenn ein Abfallkunststoffgemisch enthaltend Polyvinylchloridharz (nachfolgend als PVC-Harz bezeichnet) thermisch zersetzt wird, korrosives Chlorwasserstoffgas erzeugt werden, welches den Katalysator entaktiviert. Darüber hinaus wird auch die Wandung des thermischen Zersetzungsofens beschädigt. Dies ist sehr nachteilig für die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung und zwar insbesondere, wenn die Zersetzungsvorrichtung unter erhöhtem Druck zur Herstellung eines Leichtöls verwendet wird. Darüber hinaus bildet der im PVC-Harz enthaltene Weichmacher schädliche organische Chlorverbindungen, die das erhaltene Öl verunreinigen, und häufig bewirken einige Produkte aus der Zersetzung des Weichmachers ein Verschlammen des Gasstroms und des Röhrensystems in der Zersetzungsvorrichtung.

DE-OS 24 15 412, JP-A-62-15240, JP-A-62-184034 und DE-OS 43 44 311 beschreiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von hochmolekularen Kohlenwasserstoffen, worin die Kohlenwasserstoffe thermisch in eine Leicht- und eine Schwerkomponente gecrackt und aus der Leichtkomponente durch weitere Spaltung Öle gewonnen werden. DE-OS 42 43 063 und DE-OS 42 07 976 beschreiben ähnliche Verfahren, worin die thermische Zersetzung von halogenhaltigen Kunststoffen in Gegenwart von Alkali- oder Erdalkalibasen durchgeführt wird.

Wie vorher erwähnt, treten bei den üblichen Verfahren zur thermischen Zersetzung von Abfallkunststoff Probleme auf, welche die Haltbarkeit der Zersetzungsapparatur betreffen, sowie die schlechte Ölqualität und die niedrige Wiedergewinnungsausbeute für das erhaltene Brennöl, und es besteht die Notwendigkeit, aufgrund der Erzeugung von Chlorwasserstoffgas und den Produkten aus dem Weichmacher einen Schutz gegen die Verunreinigung und die Schäden zu erreichen.

Außerdem verbleiben nach der pyrolytischen Zersetzung der Kunststoffmaterialien verkohlte Restprodukte in der Zersetzungsvorrichtung. Wird die pyrolytische Zersetzung wiederholt, dann muß dieses Rückstandsprodukt aus der Zersetzungsvorrichtung entnommen werden, um einen weiteren Teil des zu zersetzenden Abfallplastikmaterials zuzuführen. Jedoch haftet das, Rückstandsprodukt, insbesondere der Rückstand, der aus PVC-Harz enthaltendem Kunststoffabfall besteht, an der Zersetzungsvorrichtung und ist häufig nur mit größten Schwierigkeiten aus der Vorrichtung zu entfernen. Infolgedessen ist es erforderlich, während der Reinigungsarbeiten den Betrieb der Zersetzungsvorrichtung zu unterbrechen. Dadurch wird aber die Betriebseffizienz der Zersetzungsvorrichtung erheblich gemindert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffmaterialien zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, ein hochqualitatives Brennöl aus Abfallkunststoffgegenständen zur Verfügung zu stellen und wobei die Zersetzungsvorrichtung mechanisch haltbar bleibt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von PVC-haltigen Abfallkunststoffmaterialien zur Verfügung zu stellen unter Gewinnung eines hochqualitativen Brennöls aus Abfallkunststoffgegenständen, die wirksam betrieben werden kann und wobei die organische Chlorverbindung, die in dem gesammelten Brennöl vorhanden ist, reduziert wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, den Zersetzungsrückstand leicht aus dem Zersetzungsreaktor nach der erfolgten Zersetzung zu entfernen.

Die vorliegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum pyrolytischen Zersetzen eines Kunststoffmaterials umfassend: eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in einer Atmosphäre von normalem oder verringertem Druck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes; eine Trennstufe zum Trennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend ist als die erste Fraktion, durch Kondensation der zweiten Fraktion; eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen der abgetrennten zweiten Fraktion in einer Atmosphäre, die mit einem von der ersten Zersetzungsstufe verschiedenen und höheren Druck beaufschlagt ist, unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht- siedenden Bestandteil in Gasform; und eine Sammelstufe zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und dem zweiten Zersetzungsprodukt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen pyrolytischen Zersetzungsverfahrens umfaßt: eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in Gegenwart eines alkalischen Materials in einer Atmosphäre von Normaldruck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes; eine erste Kühlstufe zum Kühlen des primären Zersetzungsprodukts bei einer ersten Kühltemperatur unter Auftrennung des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend ist als die erste Fraktion, durch Kondensation der zweiten Fraktion; eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion des primären Zersetzungsprodukts in einer auf einen vorbestimmten Druck beaufschlagten Atmosphäre unter Ausbildung eines sekundären Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform; und eine zweite Kühlstufe zum Kühlen der ersten Fraktion und des sekundären Zersetzungsprodukts bei einer zweiten Kühltemperatur, die niedriger ist als die erste Kühltemperatur zum Kondensieren einer Fraktion, die den gewünschten leicht- siedenden Bestandteil enthält.

Ein weiteres pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist brauchbar zum Zersetzen von polyvinylchloridenthaltendem Kunststoff und umfaßt: eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in einer Atmosphäre von Normal- oder verringertem Druck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes, wobei das primäre Zersetzungsprodukt Chlorwasserstoff, der sich aus Polyvinylchlorid gebildet hat, enthält; eine Trennstufe zum Trennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend ist als die erste Fraktion, durch Kondensation der zweiten Fraktion, wobei Chlorwasserstoff in die erste Fraktion eingeführt wird; eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion in einer Atmosphäre, die mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt ist unter Ausbildung eines sekundären Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform; und eine Sammelstufe zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und dem sekundären Zersetzungsprodukt durch Kondensation desselben.

Weiterhin ist ein anderes pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Zersetzen von polyvinylchloridenthaltendem Kunststoff geeignet und umfaßt: eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des polyvinylchloridenthaltenden Kunststoffes in einer Atmosphäre von Normaldruck unter Ausbildung eines Zersetzungsrückstandes und eines primären Zersetzungsprodukts, das Chlorwasserstoff enthält; eine Alkalibehandlungsstufe zum Behandeln des primären Zersetzungsprodukts mit einem Alkalimaterial, um im wesentlichen aus dem primären Zersetzungsprodukt den Chlorwasserstoff zu entfernen; und eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des primären Zersetzungsprodukts nach der Alkalibehandlungsstufe in einer mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagten Atmosphäre unter Ausbildung eines sekundären Zersetzungsprodukts, das leichter-siedend ist als das primäre Zersetzungsprodukt und das einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthält.

Das pyrolytische Zersetzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin auch zum Zersetzen von polyvinylchloridhaltigem Kunststoff geeignet und umfaßt: eine Erhitzungsstufe zum Erhitzendes polyvinylchloridenthaltenden Kunststoffes in Gegenwart eines Alkalimaterials, wodurch Chlorwasserstoff aus dem Polyvinylchlorid erhitzt wird und durch das Alkalimaterial neutralisiert wird; eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in einer Atmosphäre von normalem oder verringertem Druck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes; eine Trennstufe zum Trennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend ist als die erste Fraktion, durch Kondensation der zweiten Fraktion; eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion des primären Zersetzungsprodukts in einer mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagten Atmosphäre unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts, welches den gewünschten siedenden Bestandteil in Gasform enthält; und eine Sammelstufe zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und dem zweiten Zersetzungsprodukt durch Kondensation desselben.

Die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine erste thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in einer Atmosphäre von normalem oder verringertem Druck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes; einen Separator zum Auftrennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend ist als die erste Fraktion, durch Kondensation der zweiten Fraktion; eine zweite thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion in einer mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagten Atmosphäre unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts, das den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform enthält; und ein Sammelgefäß zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und dem zweiten Zersetzungsprodukt durch Kondensation desselben.

Eine weitere Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von polyvinylchloridenthaltendem Kunststoff gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine erste thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in einer Atmosphäre von normalem oder reduziertem Druck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes; einen Separator zum Auftrennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend ist als die erste Fraktion, durch Kondensation der zweiten Fraktion; eine zweite thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen des zweiten Fraktion in einer mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagten Atmosphäre unter Ausbildung eines sekundären Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht- siedenden Bestandteil in Gasform; und einen Sammelbehälter zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und des sekundären Zersetzungsprodukts durch Kondensation desselben, wobei jeweils die erste und die zweite thermische Zersetzungseinrichtung ein inneres Gefäß, ein äußeres Gefäß, das in entfernbarer Weise das innere Gefäß aufnehmen kann, und einen Erhitzer zum Erhitzen des äußeren Gefäßes umfaßt, wobei das äußere Gefäß einen Wärmeübertragungsteil hat, der passend mit dem inneren Gefäß verbunden ist, wenn das äußere Gefäß und das innere Gefäß erhitzt werden, zum Verbessern des Wärmeübergangs zwischen dem äußeren Gefäß und dem inneren Gefäß.

Weiterhin umfaßt die erfindungsgemäße pyrolytische Zersetzungsvorrichtung eine thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes unter Ausbildung eines Zersetzungsprodukts und eines Zersetzungsrückstandes, und die thermische Zersetzungseinrichtung umfaßt: ein inneres Gefäß zur Aufnahme des Kunststoffes; ein äußeres Gefäß, das in entfernbarer Weise das innere Gefäß aufnehmen kann, und einen Erhitzer zum Erhitzen des äußeren Gefässes, wobei das äußere Gefäß einen Wärmeübertragungsteil hat, der in passender Weise mit dem inneren Gefäß in Kontakt steht, wenn das äußere Gefäß und das innere Gefäß erhitzt werden, zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem äußeren Gefäß und dem inneren Gefäß.

Bei der vorliegenden Erfindung kann, wenn der Abfallkunststoff halogenhaltigen Kunststoff umfaßt, die pyrolytische Zersetzung wirksam durchgeführt werden, wobei eine Verunreinigung des erhaltenen Brennöls vermieden wird. Weiterhin kann die Wirkungsweise der pyrolytischen Zersetzung des Kunststoffabfalls verbessert werden und das gewonnene Öl kann in einer hohen Qualität hergestellt werden. Es ist auch möglich, die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung hintereinander zu betreiben. Auch die Nachbehandlung der pyrolytischen Zersetzungsvorrichtung ist sehr einfach.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoff gemäß der vorliegenden Erfindung werden leichter anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verständlich und zwar in Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszahlen gleiche oder ähnliche Elemente oder Abschnitte in allen Figuren bedeuten.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffmaterial gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Beschreibung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung der pyrolytischen Zersetzung von Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist ein vertikaler Querschnitt und zeigt eine beispielhafte Konfiguration eines Zersetzungsgefässes, das zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 ist eine schematische Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration für eine Vorrichtung, in welcher das Zersetzungsgefäß von Fig. 3 zur Durchführung der pyrolytischen Zersetzung von Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 5 ist ein horizontaler Querschnitt des Zersetzungsgefäßes von Fig. 3;

Fig. 6 ist ein vertikaler Querschnitt und zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Zersetzungsgefässes, das für die pyrolytische Zersetzung von Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 7 ist ein vertikaler Querschnitt und zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform für ein Zersetzungsgefäß, das zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffmaterial gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 8 ist ein vertikaler Querschnitt und zeigt eine Vielzahl von inneren Gefässen von Fig. 7, die aufeinandergestellt sind; und

Fig. 9 ist eine schematische Beschreibung für eine Ausführungsform der Vorrichtung, die zwei Zersetzungsgefässe einschließt.

Zunächst werden die Grundprinzipien des Verfahrens zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Werden Kunststoffmaterialien bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 600°C unter Normaldruck ohne die beabsichtigte Zufuhr von Sauerstoff pyrolytisch zersetzt, dann werden verschiedene Komponenten mit verschiedenen Molekulargewichten, die in dem Pyrolysegas enthalten sind, gleichzeitig hergestellt. Wenn daher das Pyrolysegas zu einem Öl kondensiert wird, dann hat das erhaltene Öl keine hohe Qualität und ist nicht für die Verwendung als Brennmaterial unter Berücksichtigung der Luftverschmutzung geeignet. Insbesondere bei der thermischen Zersetzung von Polyethylen verfestigt sich das Pyrolysegasgemisch häufig zu einem Wachs bei Raumtemperatur, das große Mengen an schwer-siedenden Bestandteilen enthält.

Wird andererseits das Kunststoffmaterial in einem geschlossenen Reaktionssystem thermisch zersetzt, dann steigt der Druck in dem System spontan bei der Umsetzung unter Erzeugung des Pyrolysegases aus dem Plastikmaterial an. Gleichzeitig werden die Molekularbewegungen aktiviert und die Wärmeleitfähigkeit im Reaktionssystem wird erhöht. Da sich aufgrund der Druckerhöhung der Siedepunkt der jeweiligen Bestandteile erhöht, verbleiben die schwer-siedenden oder hochmolekulargewichtigen Komponenten leicht in der flüssigen Phase, und deshalb kann man das Zersetzungsverhalten unter den obigen Reaktionsbedingungen verbessern. Die Zersetzungseffizienz wird erhöht, indem man den Druck bei der pyrolytischen Zersetzungsstufe erhöht. Jedoch verursacht ein zu hoher Druck eine hohe Rate an der Bildung von flüchtigen Komponenten, die zu leicht-siedend sind, um bei Raumtemperatur zu kondensieren, und dies wiederum verursacht eine Verringerung der Ausbeute an kondensiertem Öl. Aufgrund dieser Tatsache wird vorzugsweise ein Manometerdruck im Bereich von 98 bis 980 kPa in dem Reaktionssystem angewendet.

Aus dem Obigen wird verständlich, daß die Wirkung des Druckes nur den Bereich der Molekulargewichtsverteilung der Bestandteile des Zersetzungsprodukts in Richtung auf das niedrigere Molekulargewicht verschiebt. Deshalb ist es nicht möglich zu vermeiden, daß das gewonnene Öl durch schwer- siedende Substanzen bei dem vorerwähnten thermischen Zersetzungsverfahren unter erhöhtem Druck alleine verunreinigt wird. Mit anderen Worten heißt dies, daß man den Bereich der Molekulargewichtsverteilung in dem gewonnenen Öl nicht nach der vorerwähnten thermischen Zersetzungsmethode unter erhöhtem Druck alleine verengen kann. Infolgedessen ist es unmöglich, ein hochqualitatives Öl zu erhalten.

Andererseits ist es möglich, den Bereich der Molekulargewichtsverteilung der Komponenten in dem gewonnenen Öl zu verengen, indem man ein thermisches Zersetzungsverfahren anwendet, welches folgende Stufen einschließt: Kühlen des Pyrolysegases, um eine schwer-siedende Fraktion zu kondensieren und zwar derart, daß man die schwer-siedende Fraktion von einer leicht-siedenden Fraktion des Pyrolysegases abtrennen kann; und Zuführen der kondensierten schwer- siedenden Fraktion zurück in die Zersetzungsstufe. Bei Anwendung dieses Verfahrens kann man den Verteilungsbereich der das gewonnene Öl ausmachenden Komponenten verengen, im Vergleich zu dem in dem Pyrolysegasprodukt. Jedoch enthält das Pyrolysegasprodukt, das durch thermische Zersetzung unter normalem Druck erhalten wurde, große Mengen an verschiedenen schwer-siedenden Bestandteilen, so daß diese nicht befriedigend durch die vorerwähnte Kühlstufe entfernt werden können. Weiterhin wird auch die Ausbeute an gewonnenem Öl bei dieser thermischen Zersetzungsmethode verringert.

Die vorliegenden Erfinder haben in der DE-42 43 063 A1 schon vorgeschlagen, daß dann, wenn man die Stufe zur Durchführung der Pyrolyse des Kunststoffmaterials unter erhöhtem Druck mit einer Stufe, bei der das Pyrolysegas fraktioniert wird, kombiniert und nur eine Fraktion der gewünschten leicht- siedenden Bestandteile gewinnt, es möglich ist, die Qualität und die Ausbeute des gewonnenen Öls drastisch zu verbessern, und es wurde auch gezeigt, daß das dabei gewonnene Öl aus den Kunststoffmaterialien kaum schwer-siedende Komponenten mit Siedepunkten oberhalb 250°C enthält. Bei diesem Verfahren werden die schwer-siedenden Bestandteile des pyrolytisch zersetzten Produkts des Kunststoffmaterials zurück in die pyrolytische Zersetzungsstufe geführt und die thermische Zersetzung wird unter dem gleichen Druck und bei der gleichen Temperatur wiederholt, bis sie zu den gewünschten leicht- siedenden Bestandteilen zersetzt sind. Mit anderen Worten heißt dies, daß man die vorbeschriebene Methode als gleichwertig einer Methode ansehen kann, die eine Vielzahl von identischen thermischen Zersetzungsstufen, bei denen die Zersetzungsreaktion unter den gleichen Reaktionsbedingungen durchgeführt wird, umfaßt.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Verbesserung der vorerwähnten pyrolytischen Zersetzungsmethode derart, daß man sie in der Praxis auf die Zersetzung und Wiedergewinnung von Kunststoffabfallartikeln anwenden kann, und sie betrifft eine Vielzahl von thermischen Zersetzungsstufen, bei denen die Reaktionsbedingungen unter Berücksichtigung der Verbesserung der Qualität des erhaltenen Ölprodukts gewählt werden. Genauer gesagt umfaßt das pyrolytische Zersetzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Zersetzungsstufe, bei welcher die Kunststoffmaterialien thermisch bei Normaldruck oder verringertem Druck unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts zersetzt werden, eine Trennstufe, bei welcher das primäre Zersetzungsprodukt in eine leicht-siedende Fraktion und eine schwer-siedende Fraktion getrennt wird, und eine zweite Zersetzungsstufe, bei welcher die abgetrennte schwer-siedende Fraktion thermisch zersetzt wird in einer mit Druck beaufschlagten Atmosphäre unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts. Der gewünschte leicht-siedende Bestandteil kann erhalten werden durch Sammeln der leicht- siedenden Fraktion und des zweiten Zersetzungsprodukts. Das zweite Zersetzungsprodukt kann weiter in einer zweiten Trennstufe fraktioniert werden.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von thermischen Zersetzungsstufen, die bei verschiedenen Drücken durchgeführt werden, umfaßt. Die erste thermische Zersetzungsstufe wird bei Normaldruck oder verringertem Druck durchgeführt, und dieses Verfahren ist besonders wirksam für die Behandlung von Kunststoffabfall, der PVC-Harz enthält. Die näheren Verfahrensmerkmale werden nachfolgend erläutert.

Bei der thermischen Zersetzung von Polyolefinharzen, wie Polyethylen und dergleichen, erfolgt der Abbau der Hauptkette statistisch (bei etwa 350 bis 600°C), so daß der Brennstoff verschiedene Bestandteile aus Benzin bis zu Schweröl enthält. Dagegen brechen bei einem halogenhaltigen Polymer wie PVC- Harz, Polyvinylidenchlorid und dergleichen bei der thermischen Zersetzung in einer Atmosphäre, die keinen Sauerstoff enthält, Bindungen der Seitenketten, wie sie im PVC enthalten sind, auf (bei etwa 100 bis 300°C, besonders 250 bis 350°C), bevor die Hauptkette aufbricht, so daß Halogenwasserstoff oder Chlorwasserstoffgas erzeugt wird, wodurch die Zersetzungsvorrichtung zerstört wird. Insbesondere attackiert Chlorwasserstoff in einer mit Druck beaufschlagten Atmosphäre ganz erheblich die Vorrichtung. Deshalb ist es erforderlich, die Druckbeaufschlagung der Atmosphäre, die Chlorwasserstoff enthält, zu vermeiden. Weiterhin enthält PVC-Harz im allgemeinen große Mengen (d. h. in einer Menge von etwa 30 Gew.-%) an Weichmachern, wie Di(2-ethylhexyl)phthalat (DOP) und dergleichen, die mit dem Chlorwasserstoffgas unter Ausbildung von schädlichen organischen Chlorverbindungen reagieren, welche das erhaltene Ölprodukt verunreinigen. Der Weichmacher kann auch in ein Zersetzungsprodukt, z. B. Phthalsäureanhydrid etc., während der pyrolytischen Zersetzungsreaktion verändert werden, wie dies in der nachfolgenden Reaktionsformel (1) gezeigt wird. Das Phthalsäureanhydrid selbst sublimiert und verstopft das Leitungssystem der pyrolytischen Zersetzungsvorrichtung und stört oder unterbricht den Fluß das Gasprodukts.

Wird die pyrolytische Zersetzung des PVC-Harzes in einer mit Druck beaufschlagten Atmosphäre durchgeführt, dann werden organische Chlorverbindungen leicht aus dem Weichmacher und dem Chlorwasserstoff gebildet. Dies liegt daran, daß das Reaktionssystem im allgemeinen ein geschlossenes ist und weder der Weichmacher noch der Chlorwasserstoff aus dem Reaktionssystem entweichen können. Es ist unmöglich, die Konzentration an Chlorwasserstoffgas und Weichmacher in dem Reaktionssystem zu verringern. Als Ergebnis reagiert der Weichmacher unabdingbar mit dem Chlorwasserstoff unter Ausbildung von schädlichen organischen Chlorverbindungen während der thermischen Zersetzung.

Im Gegensatz dazu wird, wenn die pyrolytische Zersetzung des Kunststoffmaterials enthaltend PVC-Harz bei verringertem Druck oder in einem offenen Reaktionssystem durchgeführt wird, der in dem PVC-Harz enthaltene Weichmacher leicht verdampft und kann das Reaktionssystem verlassen, bevor Chlorwasserstoff gebildet wird oder bevor der Weichmacher mit dem Chlorwasserstoff reagiert. Deshalb kann man die Bildung von organischen Chlorverbindungen durch Verringerung des Druckes, bei welchem die pyrolytische Zersetzung durchgeführt wird, vermeiden. Da weiterhin die Konzentrationen des Weichmachers und des Chlorwasserstoffs im Reaktionssystem verringert werden können, nimmt die Bildung von organischen Chlorverbindungen ab.

Im obigen Fall enthalten die Zersetzungsprodukte aus Polyolefinharzen bei normalem oder verringertem Druck kaum schwer-siedende Kohlenwasserstoffbestandteile. Diese schwer- siedenden Bestandteile werden vielmehr verdampft und verlassen das Zersetzungssystem, weil der Druck niedrig ist. Wird infolgedessen das Zersetzungsgasprodukt in einem Kühler gekühlt, dann schlägt sich eine schwer-siedende Fraktion der schwer-siedenden Bestandteile nieder und wird von der leicht- siedenden Fraktion abgetrennt. Zu diesem Zeitpunkt enthält die gesammelte schwer-siedende Fraktion keinen Chlorwasserstoff. Nach dieser Trennstufe, wenn die schwer-siedenden Bestandteile wiederum bei erhöhtem Druck thermisch zersetzt werden, läuft die Zersetzung und die Zerkleinerung der schwer-siedenden Bestandteile weiter ab, weil eine Atmosphäre unter höherem Druck eine Erhöhung der Siedetemperatur veranlaßt sowie eine Verschiebung des Dampf-Flüssig-Gleichgewichts. Bei dieser Stufe wird keine organische Chlorverbindung gebildet und die Verteilung der Bestandteile des Zersetzungsgases, die bei der vorerwähnten zweistufigen Zersetzung erhalten werden, wird merklich enger als bei einer Einzelstufenzersetzung. Deshalb kann man das nach dem vorerwähnten Verfahren erhaltene Produkt gut als einen Brennstoff verwenden. Da weiterhin das sekundäre Gasprodukt, das man aus der zweiten Zersetzungsstufe erhält, keinen Chlorwasserstoff enthält, kann man das sekundäre Gasprodukt in eine Säule mit einem Katalysator einführen, um das sekundäre Gasprodukt zu reformieren. Bei dem Doppelstufen- Zersetzungsverfahren der oben beschriebenen Art ist es auch einfacher, das Brennöl so einzustellen, daß es die gewünschten leicht-siedenden Bestandteile enthält im Vergleich zu dem Einstufen-Zersetzungsverfahren, weil die Reaktionsbedingungen bei dem Doppelstufen-Zersetzungsverfahren einmal verändert werden in der Absicht, die schwer-siedenden Bestandteile des primären Zersetzungsprodukts in dem Plastikrohmaterial zu zersetzen.

Bei der nachfolgenden Kühl- und Trennstufe wie vorher erwähnt ist das Weichmachungsmittel (DOP etc.) im allgemeinen in der schwer-siedenden Fraktion enthalten und wird dann in leichter- siedende Brennkomponenten bei der zweiten Zersetzungsstufe, die unter Druck durchgeführt wird, zersetzt.

Die leicht-siedende Fraktion, die bei der Trennstufe abgetrennt wird, und das sekundäre Produkt können zusammen behandelt werden, ohne daß organische Chlorverbindungen erzeugt werden. Wenn die leicht-siedende Fraktion nur geringe Mengen an den beabsichtigten leicht-siedenden Bestandteilen enthält, dann kann man sie einer geeigneten Nachbehandlung unterwerfen und nur das sekundäre Produkt behandeln und sammeln.

Als Ergebnis ist es bei den vorerwähnten Zersetzungsverfahren möglich, die Bildung von organischen Chlorverbindungen zu verringern und das Verschlammen des Röhrensystems durch Phthalsäureanhydrid zu vermeiden.

Wird die erste Zersetzungsstufe unter Normaldruck durchgeführt, ist es möglich, den Chlorwasserstoff und das verdampfte Weichmachungsmittel aus der Zersetzungsvorrichtung zu entfernen und schnell abzutrennen oder zu behandeln, bevor es reagieren kann. Es gibt jedoch einige weitere Maßnahmen.

Erstens, wird das Kunststoffmaterial zusätzlich einer Schmelz/Knet-Vorbehandlung bei einer Temperatur von 200 bis 400°C vor der pyrolytischen Zersetzung unterworfen, dann wird der Chlorwasserstoff aus dem Kunststoffmaterial abgegeben. Deshalb ist es möglich, die Bildung von organischen Chlorverbindungen während des pyrolytischen Zersetzungsverfahrens zu verringern. Darüber hinaus ist es möglich, die Menge des Alkalimaterials, das man zu dem Kunststoffabfall vor der ersten Zersetzung gibt, zu verringern (die Zugabe des Alkalimaterials bei der ersten Zersetzungsstufe wird später beschrieben). Außerdem wird, weil das Kunststoffmaterial in die erste Zersetzungsstufe im geschmolzenen Zustand eingeführt wird, die Pyrolyseeffizienz merklich erhöht. Wird das Kunststoffmaterial mit dem alkalischen Material verknetet, dann wird das Chlor durch das alkalische Material eingeschlossen. Als Alkalimaterial können Alkalimetallhydroxidverbindungen wie Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid und als Erdalkalimetallhydroxidverbindungen Magnesiumdihydroxid und Kalziumdihydroxid und dergleichen verwendet werden.

Zweitens, wird die erste Zersetzungsstufe in Gegenwert einer alkalischen Substanz durchgeführt und vorzugsweise auch von Wasser, dann kann die Erzeugung der organischen Chlorverbindung und der Anhydridverbindung in Übereinstimmung mit der Verseifung des Weichmachungsmittels, wie es in der nachfolgenden Reaktionsformel (2) gezeigt wird, verhindert werden. Ist die Menge der zu dem Kunststoffabfall zugegebenen alkalischen Substanz ausreichend, dann wird der Chlorwasserstoff ebenfalls neutralisiert und in der alkalischen Substanz eingeschlossen.

Es ist hierbei festzuhalten, daß es ziemlich kompliziert und in der Praxis schwierig ist, die genaue Menge des in den Kunststoffabfallmaterialien enthaltenen PVC-Harzes festzustellen. Infolgedessen bleibt immer eine geringe Möglichkeit zurück, daß Chlorwasserstoff und der Weichmacher reagieren aufgrund des mangels an Alkalimaterial, eines nicht ausreichenden Vermischens des Kunststoffes mit dem Alkalimaterial etc.. Wird jedoch das Zersetzungssystem nicht mit Druck beaufschlagt, dann können sie aus dem Zersetzungssystem entkommen und deshalb kann die Erzeugung von organischen Chlorverbindungen verringert werden, und deshalb ist es nützlich, die erste Zersetzungsstufe bei Normaldruck durchzuführen. Es wird bevorzugt, den Kunststoffabfall mit Wasser (entweder mit flüssigem oder mit dampfförmigem Wasser) für eine leichte Verseifung des Weichmachers mit dem alkalischen Material zu vermischen.

Bei dem oben beschriebenen doppelstufigen Zersetzungsverfahren wird dann, wenn das primäre Zersetzungsprodukt aus der ersten Zersetzung unter verringertem Druck, welches das Weichmachungsmittel und Chlorwasserstoffgas enthält, anschließend mit einem Alkalimaterial gereinigt wird, z. B. wenn das primäre gasförmige Produkt mittels eines Schauers aus wäßriger alkalischer Flüssigkeit auf das primäre gasförmige Produkt gewaschen wird, der Weichmacher zersetzt und durch das alkalische Material während der Reinigung des primären Gasprodukts verseift und der Chlorwasserstoff wird in ein harmloses Salz überführt. Als Ergebnis werden sie aus dem primären Zersetzungsprodukt in Form eines Salzes und einer Seife entfernt.

Wird das primäre gasförmige Produkt mit einem Schauer einer wäßrigen alkalischen Flüssigkeit gewaschen, dann wird das Chlorwasserstoffgas und der Weichmacher in der alkalischen Flüssigkeit in Form eines Salzes und einer Seife gesammelt. Gleichzeitig wird das primäre Produkt gekühlt und die schwer- siedenden Bestandteile das gewaschenen gasförmigen Produkts werden zu einem Öl kondensiert, so daß das primäre Produkt sich in eine leicht-siedende Fraktion und eine schwer-siedende Fraktion trennt. Jedoch neigt die Temperatur des primären Produkts dazu sehr stark abzufallen, so daß auch die beabsichtigten Bestandteile kondensieren und in der schwer- siedenden Fraktion enthalten sind. Dennoch ist es möglich, wenn man die kondensierte Fraktion vor der zweiten Zersetzungsstufe sammelt und erhitzt, um den beabsichtigten leicht-siedenden Bestandteil aus der schwer-siedenden Fraktion zu verdampfen, den beabsichtigten Bestandteil aus der schwer- siedenden Fraktion, die die schwer-siedenden Bestandteile, die noch weiter zersetzt werden enthält, abzutrennen. Die verbleibenden schwer-siedenden Bestandteile werden dann der nachfolgenden zweiten Zersetzungsstufe unterworfen, die bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird.

Bei der zweiten thermischen Zersetzungsstufe wird die schwer- siedende Fraktion weiter pyrolytisch unter erhöhtem Druck zersetzt. Wie vorher beschrieben wird der bei der zweiten Zersetzungsstufe der vorliegenden Erfindung angewandte Druck auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, der geeignet ist, ein Öl der gewünschten Qualität zu erhalten, weil die Molekulargewichtsverteilung des Pyrolyseprodukts sich zu einem niedrigeren Bereich mit der Erhöhung des Druckes im Zersetzungsreaktionssystem verschiebt. Beabsichtigt man beispielsweise ein ziemlich leicht-siedendes brennstoffähnliches Kerosin zu erhalten, dann ist es bevorzugt, einen Manometerdruck im Bereich von 98 bis 588 kPa in dem pyrolytischen Zersetzungssystem aufrechtzuerhalten. Noch bevorzugter wird der auf das pyrolytische Zersetzungssystem anzuwendende Manometerdruck in einem Bereich von 294 bis 490 kPa gewählt. Bei den vorerwähnten bevorzugten Druckbedingungen wird die schwer-siedende Fraktion auf eine Temperatur im Bereich von etwa 300 bis 600°C erhitzt. Wird der Druck innerhalb des vorerwähnten bevorzugten Bereichs angewendet, dann kann man ein Ölprodukt in der gewünschten Qualität, z. B. Kerosin, Benzin etc., mit einer Ausbeute von etwa 50 bis 80 Gew.-% erhalten.

Das bei der zweiten thermischen Zersetzungsstufe erhaltene sekundäre Pyrolysegasprodukt wird in eine Sammelstufe eingeführt. Bei dieser Stufe wird das Pyrolysegas auf eine vorbestimmte Temperatur, z. B. Raumtemperatur, unter Verwendung eines Kühlers zum Kondensieren der beabsichtigten leicht- siedenden Bestandteile gekühlt. Der Kühler bewirkt auch eine Fraktionierung. Als Ergebnis wird das sekundäre Produkt in einen Brennstoff und eine gasförmige Fraktion getrennt. Die Kühltemperatur wird je nach der Art des letzten Ölprodukts in geeigneter Weise verändert.

Es ist auch möglich, eine Feed-back-Stufe vorzusehen, wie sie in DE 42 43 063 A1 beschrieben wird, wobei die verhältnismäßig schwer-siedenden Bestandteile des sekundären Zersetzungsgasprodukts vor der Sammelstufe in einer weiteren Fraktionierungs- und Trennstufe kondensiert werden und anschließend in die zweite thermische Zersetzungsstufe zurückgeführt werden, wo sie weiter gecrackt werden. Die verhältnismäßig leicht-siedenden Bestandteile, welche die zweite Trennstufe passieren, werden auf eine Temperatur in der Nähe von Raumtemperatur bei der Sammelstufe zum Gewinnen gekühlt, wo sie sich verflüssigen und als Öl, das sich aus verhältnismäßig leicht-siedenden Bestandteilen zusammensetzt, gewonnen werden. Durch diese Maßnahme hat das erhaltene Brennöl eine höhere Qualität, weil es leichter-siedende Bestandteile enthält. Weil die Bestandteile der Fraktion, die durch die zweite Trennstufe passieren können, sich gemäß dem Kühlniveau und der Fraktioniertemperatur in der zweiten Trennstufe ändern, wird die Kühl- und Fraktioniertemperatur in geeigneter Weise eingestellt. In diesem Zusammenhang können die Details für die thermischen Bedingungen und die Druckbedingungen der DE 42 43 063 A1 entnommen werden.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des vorerwähnten doppelstufigen Zersetzungsverfahrens kann wirksam betrieben werden, indem man die Vorrichtung so baut, daß sie Transporteinrichtungen zum Zwangstransport der gasförmigen Zersetzungsprodukte aus dem Niederdruckzersetzungskessel in die anschließende Einheit mittels kinetischer Energie des Zersetzungsgases, das in einem Hochdruckzersetzungskessel gebildet wird, umfaßt. Bei den Transporteinrichtungen ist es möglich, eine Kombination eines Turbogebläses, das sich am Auslaß des Hochdruckzersetzungsgefäßes befindet, mit einem Gebläselüfter, der kooperativ mit dem Turbogebläse verbunden ist, zu verwenden. Bei dieser Kombination dreht sich der Turbolüfter durch die kinetische Energie des in dem Hochdruckzersetzungsgefäß erzeugten Gases nach dem Turboprinzip. Dann wird die Drehkraft auf den Gebläselüfter übertragen, der mit dem Turbogebläse verbunden ist. Als Ergebnis wird das Zersetzungsgasprodukt aus dem Niedrigdruckzersetzungsgefäß zwangsweise in die anschließende Einheit geblasen und der Innendruck in der Niedrigdruckzersetzung wird kontinuierlich verringert.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden spezielle Beispiele für die vorerwähnte Vorrichtung und das doppelstufige Zersetzungsverfahren nachfolgend gezeigt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der pyrolytischen Zersetzungsvorrichtung für das doppelstufige Zersetzungsverfahren gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 umfaßt die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung (1) ein Vakuumzersetzungsgefäß (2), ein Alkalireinigungsgefäß (3), ein mit Druck beaufschlagtes Zersetzungsgefäß (4) und einen Kühler (5). Das Vakuumzersetzungsgefäß (2) ist mit dem Alkalireinigungsgefäß (3) durch eine Leitung (6) verbunden, und das Alkalireinigungsgefäß (3) ist mit dem mit Druck beaufschlagten Zersetzungskessel (4) mit einer Leitung (7) verbunden. Darüber hinaus ist das mit Druck beaufschlagte Zersetzungsgefäß (4) und der Kühler (5) mittels einer Leitung (8) verbunden. Am Einlaß (6) zum Einführen des die schwer- siedenden Bestandteile enthaltenden Zersetzungsgases aus dem Vakuumzersetzungsgefäß (2) in das Alkalireinigungsgefäß (3) ist ein Gebläse (9) vorgesehen. Andererseits ist ein Turbogebläse (10) am Einlaß (8) vorgesehen, um das Zersetzungsgas aus dem mit Druck beaufschlagten Zersetzungsgefäß (4) herauszuführen. Das Gebläse (9) ist mit dem Turbogebläse (10) so verbunden, daß die Achse S des Gebläses (9) koaxial mit der des Turbogebläses (10) ist. Alternativ kann das Gebläse (9) kooperativ mit dem Turbogebläse (10) verbunden sein. Weiterhin befindet sich eine wäßrige alkalische Lösung in dem alkalischen Reinigungsgefäß. (3) und wird mittels einer Pumpe (11) durch ein Rohr, das den Bodenteil des Reinigungsgefäßes (3) und ein Ventil (12), das sich im Inneren des Alkalireinigungsgefäßes (3) verbindet, zirkuliert. Die wäßrige alkalische Lösung, die am Ventil (12) zugeführt wird, wird auf das Zersetzungsgas, das aus dem Vakuumzersetzungsgefäß (2) des Alkalireinigungsgefäßes (3) zugeführt wird, gebraust. Das am Boden das Alkalireinigungsgefäßes (3) ausgefallene Neutralsalz wird in geeigneter Weise durch einen Auslaß (13), der mit dem Bodenteil des Alkalireinigungsgefäßes (3) verbunden ist, ausgeführt. Der obere Teil des Alkalireinigungsgefäßes (3) ist mit einer Abgasbehandlungseinrichtung (14) verbunden.

Bei dem Betrieb der pyrolytischen Zersetzung mit der obigen Zersetzungsvorrichtung wird eine Mischung von gebrochenen Stücken von unterschiedlichen Abfallkunststoffen einschließlich PVC-Harz und Polyolefinharz in das Vakuumzersetzungsgefäß (2) eingebracht und erhitzt. Beim Erhöhen der Temperatur werden Dämpfe aus dem Weichmacher, der in dem PVC-Harz enthalten ist, Chlorwasserstoff und Zersetzungsgas, welches die schwer-siedenden Bestandteile aus dem Polyolefinharz enthalten, erzeugt. Diese werden in das Alkalireinigungsgefäß (3) mittels dem Gebläse (9), getrennt oder in Form einer Gasmischung, eingeführt. Der Chlorwasserstoff wird aus dem Mischgas in Form eines harmlosen Salzes durch Bebrausen mit der wäßrigen alkalischen Lösung entfernt. Das Weichmachungsmittel wird ebenfalls durch die wäßrige alkalische Lösung verseift. Das restliche Mischgas wird zum größten Teil zu einem Öl verflüssigt.

Das verflüssigte Öl wird in das mit Druck beaufschlagte Zersetzungsgefäß (4) durch die Pumpe (15) eingeführt und in ein Leichtproduktgas zersetzt. Dieses Leichtproduktgas fließt in den Kühler (5), während der Strom des Produktgases das Turbogebläse (10) dreht. Das Produktgas im Kühler (5) wird kondensiert und als leicht-siedendes Brennöl gewonnen.

Werden die Betriebsbedingungen in der Vorrichtung (1) wie nachfolgend eingestellt, dann enthält das gewonnene Ölprodukt hauptsächlich aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen und hat keine nachweisbaren organischen Chlorverbindungen gemäß einer gaschromatographischen Analyse des gewonnenen Ölprodukts.

Beispiel für die Betriebsbedingungen

Innenatmosphäre im Vakuumzersetzungsgefäß (

2

): -98 bis 0 kPa Manometerdruck
Innenatmosphäre des mit Druck beaufschlagten Zersetzungsgefäßes (

4

): 294 bis 490 kPa Manometerdruck
Temperatur im Vakuumzersetzungsgefäß (

2

) und im mit Druck beaufschlagten Zersetzungsgefäß (

4

): 350 bis 600°C
Temperatur im Kühler (

5

): 250 bis 300°C.

Wird im Gegensatz dazu die Vorrichtung (1) mit dem Turbogebläse (19) betrieben, dann kann man das Gebläse (9) fortlassen und das gewonnene Ölprodukt enthält hauptsächlich Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 32 Kohlenstoffatomen, wobei sich jedoch in geringem Umfang organische Chlorverbindungen nachweisen lassen.

Unter Berücksichtigung des Obigen versteht es sich, daß der Druck in der primären Zersetzungsstufe höher ist als Normaldruck und daß der Gehalt an organischer Chlorverbindung in dem gewonnenen Produkt sich erhöht. Wenn darüber hinaus der Druck bei der zweiten Zersetzungsstufe niedriger wird, d. h. wenn der Druck außerhalb eines geeigneten Druckbereichs, der höher als der Normaldruck ist, liegt, dann wird die Zersetzungsreaktion unzureichend und es bleiben Schwerölbestandteile zurück.

Eine weitere Ausführungsform der pyrolytischen Zersetzungsvorrichtung für die doppelstufige Zersetzung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, die eine schematische Darstellung der Zersetzungsvorrichtung ist.

Die Zersetzungsvorrichtung (16) umfaßt einen Extruder (17), einen ersten Reaktionsofen (18), einen Additivbehälter (19), einen ersten Kühler (20), einen Dampf-Flüssig-Separator (21), einen zweiten Reaktionsofen (22) und einen zweiten Kühler (23). Um den zweiten Reaktionsofen (22) mit einem vorbestimmten Druck zu beaufschlagen werden eine Druckpumpe (24) und ein Absperrventil (25) zwischen dem ersten Kühler (20) und dem zweiten Reaktionsofen (22) verbunden und ein Druckkontrollventil (26) ist zwischen dem zweiten Reaktionsofen (22) und dem zweiten Kühler (23) vorgesehen.

In der obigen Zersetzungsvorrichtung (16) ist der Alkalireinigungskessel zum Reinigen des primären Zersetzungsgases zum Entfernen von Chlorwasserstoff, der bei der ersten Ausführungsform der Vorrichtung für die doppelstufige Zersetzung vorgesehen war, fortgelassen und das Kunststoffabfallmaterial, enthaltend PVC-Harz, wird in Gegenwart von Alkali thermisch zersetzt.

Im Betrieb der Zersetzungsvorrichtung (16) wird das Kunststoffabfallmaterial zunächst geschmolzen und verknetet unter Erhitzen auf eine Temperatur von unterhalb 300°C. Der geschmolzene Kunststoff nach der Schmelz/Knet-Stufe wird in den ersten Reaktionsofen (18) überführt. Dann werden Alkalimaterial und Wasser, die in dem Additivbehälter (19) vorhanden sind, auf den geschmolzenen Kunststoff auf den oberen Teil des ersten Zersetzungsofens (18) gegeben, und das Kunststoffmaterial wird bei einer Temperatur von etwa 350 bis 600°C in Gegenwart von Wasser und Alkalimaterial erhitzt und zersetzt. Das pyrolytische Zersetzungsgas fließt aus dem ersten Reaktionsofen (18) in den ersten Kühler (20). In dem ersten Kühler (20) wird das pyrolytische Zersetzungsgas bei einer Temperatur von 250 bis 300°C gekühlt und ein Teil des Zersetzungsgases, das sich aus verhältnismäßig schwer- siedenden Bestandteilen zusammensetzt, wird verflüssigt und aus dem Zersetzungsgas abgetrennt. Der andere Teil des Zersetzungsgases wird in dem ersten Kühler (20) nicht verflüssigt und wird in den zweiten Kühler (23) überführt.

Der verflüssigte Teil wird in den zweiten Reaktionsofen (22) durch das Absperrventil (25) mittels der Druckpumpe (24) zugeführt. In dem zweiten Reaktionsofen (22) wird der verflüssigte Teil nochmals einer pyrolytischen Zersetzung unterworfen, d. h. daß er bei einer Temperatur von etwa 350 bis 600°C in einer Atmosphäre von 98 bis 980 kPa thermisch zersetzt wird. Das zweite Zersetzungsgas wird in den zweiten Kühler (23) durch das Druckkontrollventil (26) überführt und wird auf Raumtemperatur gekühlt zusammen mit dem Gasteil, der im ersten Kühler (20) nicht verflüssigt wurde, und dadurch wird ein kondensierter Brennstoff enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil gesammelt. Der erhaltene Brennstoff wird in einem Aufnahmebehälter (27) aufgenommen und der verbleibende Gasanteil, der nicht in dem zweiten Kühler (23) kondensiert wurde, wird mit einem alkalischen Material in einer Abgasbehandlungseinheit (28) gereinigt und mit einem Brenner für die Nachbehandlung verbrannt. Das nachverbrannte Gas wird aus der Vorrichtung (16) abgegeben.

Beim Betrieb der Zersetzungsvorrichtung (16) wird die Schmelz/Knet-Vorbehandlung zusätzlich zu der Grundoperation der doppelstufigen Zersetzungsmethode durchgeführt. Als Extruder (17), der für die Schmelz/Knet-Vorbehandlung verwendet wird, kann ein üblicher Extruder verwendet werden. Die Schmelz/Knet-Vorbehandlung verbessert wirksam die pyrolytische Zersetzungseffizienz. Wenn jedoch dadurch eine Erhöhung der Erzeugung von Chlorwasserstoffgas aus PVC-Harz verursacht wird, wird das primäre Zersetzungsgas im ersten Reaktionsofen (18) möglicherweise durch Chlorwasserstoffgas, das im Extruder (17) gebildet wurde, verunreinigt. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine Alkalireinigungseinrichtung vorzusehen, wie einen flüssigen Alkalispray zum Reinigen des primären Zersetzungsgases innerhalb des ersten Reaktionsofens (18), oder ein alkalisches Material zu dem zu schmelzenden Kunststoffabfall zuzugeben und zu kneten, um das Chlorwasserstoffgas einzufangen. Alternativ kann im Extruder eine Zwangsbelüftung vorgesehen werden, um das gebildete Chlorwasserstoffgas aus dem gekneteten Kunststoffmaterial zu entfernen. Zu diesem Zweck dient die beim verminderten Druck durchgeführte erste Zersetzungsstufe, bei welcher wirksam Chlorwasserstoff entfernt wird. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Erzeugung von organischen Chlorverbindungen durch Chlorwasserstoff in dreifacher Weise verhindert, nämlich durch den Extruder, die Zugabe von alkalischem Material und den ersten Kühler, der direkt mit dem ersten Reaktionsofen verbunden ist.

Nach der pyrolytischen Zersetzung des Kunststoffabfallmaterials bleibt ein schwarz gefärbtes Rückstandsprodukt in dem pyrolytischen Zersetzungsgefäß und haftet an der Innenoberfläche des Gefässes. Von diesen Rückstandsprodukten aus verschiedenen Kunststoffmaterialien bilden solche aus polyolefinischem Material wie Polyethylen, Polypropylen und dergleichen weiche Klumpen, die man einfach aus dem Zersetzungsgefäß abschaben kann und die zu einem feinen Pulver wie Rußpulver aufgebrochen werden. Dagegen bildet das Restprodukt aus PVC-Harz eine harte Masse wie Kohlekoks, so daß es sehr schwierig ist, in befriedigender Weise das Rückstandsprodukt innerhalb einer kurzen Zeit durch Abschaben und dergleichen zu entfernen. Wenn daher ein pyrolytisch zu zersetzendes Kunststoffmaterial PVC-Harz enthält, nimmt die Betriebseffizienz bei einer wiederholten Anwendung der Zersetzungsvorrichtung merklich ab. Darüber hinaus ist die Gesundheit der Arbeiter gefährdet, wenn die Arbeiter längere Zeit das Rückstandsprodukt herausschaben müssen.

Die vorerwähnten Probleme kann man lösen, indem man das Zersetzungsgefäß der pyrolytischen Zersetzungsvorrichtung so verändert, daß eine Doppeltopfstruktur vorliegt.

Eine Ausführungsform eines modifizierten Zersetzungsgefäßes mit der Doppeltopfstruktur wird in Fig. 3 gezeigt.

Das modifizierte Zersetzungsgefäß (29) in Fig. 3 umfaßt ein äußeres Gefäß (30) und ein inneres Gefäß (31). Das äußere Gefäß (30) wird mittels einer Heizvorrichtung direkt geheizt und das innere Gefäß (31) ist von dem äußeren Gefäß (30) abtrennbar. Das innere Gefäß (31), das das pyrolytisch zu zersetzende Kunststoffabfallmaterial aufnimmt, wird in das äußere Gefäß (30) eingesetzt. Nach der pyrolytischen Zersetzung des Kunststoffabfallmaterials wird das innere Gefäß (31) mit dem Rückstandsprodukt aus dem zersetzten Kunststoffmaterial aus dem äußeren Gefäß (30) entnommen, und ein weiterer Teil des Kunststoffabfallmaterials befindet sich in einem anderen inneren Gefäß (31) und wird in das äußere Gefäß (30) zur Durchführung der nächsten Zersetzungsbehandlung eingesetzt. Während der nächsten Zersetzungsbehandlung wird das entnommene innere Gefäß (31) einer Abkratzbehandlung zum Entfernen des Rückstandsprodukts unterworfen.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion soll das äußere Gefäß (30) einen Wärmeübertragungsteil haben, d. h. einen vertieften Teil (32) zur Verbesserung der Wärmeübergangseffizienz zwischen dem äußeren Gefäß (30) und dem inneren Gefäß (31). Wird das innere Gefäß (31) in den Vertiefungsteil (32) eingesetzt und die äußeren und inneren Gefässe (30 und 31) werden auf eine Temperatur zur pyrolytischen Zersetzung erhitzt, dann passen die Oberflächen des vertieften Teils (32) und des inneren Gefäßes (31) zusammen und kontaktieren sich, und die Wärme wird direkt aus dem vertieften Teil (32) auf das innere Gefäß (31) übertragen. Dadurch wird die Wärme leicht übertragen. Der vertiefte Teil (32) ist so konstruiert, daß die Wärme in geeigneter Weise aus dem niedrigeren Teil in den oberen Teil des inneren Gefäßes (31) übertragen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Details einer Ausführungsform für die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung mit einem Zersetzungsgefäß mit einem Doppeltopfaufbau unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt wird, umfaßt die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung (33) ein äußeres Gefäß (30) und ein inneres Gefäß (31). Das innere Gefäß (31) bei dieser Ausführungsform hat eine rohrförmige Seitenwand (34) und einen kreisförmigen Bodenteil (35). Das innere Gefäß (31) hat auch einen Haken oder einen Handgriff (nicht gezeigt) zum Tragen des inneren Gefäßes (31). Das innere Gefäß (31) wird unter Verwendung eines Auslegerkranes (36) getragen. Das äußere Gefäß (30) hat eine Luke (37), die geöffnet und geschlossen wird am oberen Ende des äußeren Gefäßes (30) zum Einbringen des inneren Gefäßes (31) in das äußere Gefäß (30). Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist das zylindrische vertiefte Teil (32) an der Mitte einer flachen Platte (38) des äußeren Gefäßes (30) gebildet und das Innengefäß (31) wird in den vertieften Teil (32) eingesetzt. Am Boden des äußeren Gefäßes (30) ist integral eine Verbrennungskammer (39) ausgebildet, die von dem äußeren Gefäß (30) durch die Platte (38) getrennt ist. Das äußere Gefäß (30) einschließlich der Platte (38) wird mittels eines Brenners (40), der in der Verbrennungskammer (39) installiert ist, erhitzt. Während des Erhitzens wird die Wärme von der Platte (38) auf das innere Gefäß (31) durch den Teil des Innengefäßes (31), der mit dem vertieften Teil (32) in Berührung ist, übertragen. Die Platte (38) in Fig. 4 hat eine Vielzahl von Bohrlöchern an dem Teil, der den vertieften Teil (32) umgibt. Wenn ein Brenner als Heizvorrichtung wie oben beschrieben verwendet wird, müssen die Bohrlöcher mit den Leitungen so verbunden werden, daß das vom Brenner kommende heiße Gas in die Leitungen fließt, so daß Wärme an die Atmosphäre abgegeben wird, die das innere Gefäß (31) im Inneren des äußeren Gefäßes (30) umgibt. Im Gegensatz hierzu können bei Anwendung einer elektrischen Heizung oder dergleichen, die feuerfrei arbeiten, die Bohrlöcher wie in der Zeichnung vorgesehen belassen werden.

Weiterhin erstreckt sich ein Wärmefühler (41a) zum Messen der Innentemperatur des inneren Gefäßes (31) durch die Luke (37) in das Innere des Innengefäßes (31), das sich in dem äußeren Gefäß (30) befindet, und ein Wärmefühler (41b) zum Messen der Innentemperatur des äußeren Gefäßes (30) dringt durch die Seitenwand des äußeren Gefäßes (30) in das Innere des äußeren Gefäßes (30). Die Wärmemesser (41a, 41b) sind elektrisch mit einem Kontrolloperator (42) zur kontrollierten Anwendung der Wärme durch den Brenner (40) verbunden unter Anwendung der durch die Wärmefühler (41a, 41b) als zu kontrollierende Variablen gemessenen Temperaturen.

Das äußere Gefäß (30) ist mittels einer Leitung (43) zum Zuführen des thermischen Zersetzungsgases, das in der pyrolytischen Zersetzung des Abfallplastikmaterials gebildet wurde, zu dem Äußeren des äußeren Gefäßes (30) verbunden und ein Fließmesser (44) ist in der Leitung (43) vorgesehen, um den Fluß der Flüssigkeit oder des Gasprodukts zu messen, wie dies in Fig. 4 gezeigt wird. Die Leitung (43) weist auch ein Kontrollventil (45) auf zum Regulieren des Flusses aus der Leitung (43), und das Kontrollventil (45) wird mittels eines Fließkontrolloperators (46) unter Anwendung des Stromes, der mit dem Fließmesser (44) als zu kontrollierende Variable gemessen wird, kontrolliert. Zusätzlich ist am äußeren Gefäß (30) ein Druckmesser (47) zum Messen des Druckes in dem Gas im äußeren Gefäß (30) angebracht.

Weiterhin ist die Leitung (43) mit einem Abgasbehandlungssystem (50) über einen ersten Kühler (48) und den zweiten Kühler (49) verbunden. Der erste Kühler (48) und der zweite Kühler (49) sind mit dem Aufbewahrungsteil für eine schwer-siedende Fraktion (51) bzw. einem Aufbewahrungstank (52) für eine leicht-siedende Fraktion verbunden. Andererseits ist die Verbrennungskammer (39) mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung (53) zum Behandeln des aus dem Brenner (40) abgegebenen Verbrennungsgases verbunden.

Gemäß der oben angegebenen Konstruktion wird das Abfallkunststoffmaterial in nachfolgender Weise behandelt.

Zunächst wird für eine erfolgreiche Handhabung des halogenhaltigen Kunststoffes ein alkalisches Material wie Natriumhydroxid und dergleichen vorzugsweise zu den gebrochenen und fließbaren Stücken oder Körnern aus dem Kunststoffabfallmaterial P als Beschleuniger zum Beschleunigen der Eliminierung von Halogen aus dem halogenhaltigen Kunststoff gegeben unter Erhalt einer Mischung des Abfallkunststoffmaterials und des alkalischen Materials. Die Mischung wird in das innere Gefäß (31) geschüttet und das innere Gefäß (31) wird dann auf das äußere Gefäß (30) mittels des Hebekrans (36) gegeben. Beim Öffnen der Luke (37) wird das innere Gefäß (31) mit dem Kunststoffabfallgemisch in den vertieften Teil (32) gestellt. Anschließend wird der Brenner (40) angezündet, um die Platte (38) zu erhitzen. Während des Erhitzens wird die Wärme von der Platte (38) auf das Innengefäß (31) aus dem Teil des inneren Gefäßes (31), der mit dem vertieften Teil (32) in der Platte (38) in Berührung steht, übertragen, so daß das Kunststoffmaterial P erhitzt wird. Beim kontinuierlichen Erhitzen wird ein Gasprodukt enthaltend Brennstoffbestandteile durch thermische Zersetzung des Kunststoffabfallmaterials erzeugt und in das äußere Gefäß (30) gefüllt, wo die Eigenschaftsmodifizierung des Gasprodukts aufgrund der Trockendestillation beschleunigt wird.

Die Temperatur des zu zersetzenden Kunststoffabfallmaterials wird mit dem Wärmefühler (41a) gemessen, und die Verbrennung am Brenner (40) wird in Übereinstimmung mit der nachgewiesenen Temperatur so eingestellt, daß die Innentemperatur im Innengefäß (31) vorzugsweise in einem Bereich von 400 bis 500°C eingestellt ist. Das die gasförmigen Brennstoffbestandteile enthaltende Gas fließt in dem Röhrensystem (43), während der Fluß des Gases in geeigneter Weise mittels des Regelventils (45) eingestellt wird. Beispielsweise wird das Öffnen und/oder Schließen des Regelventils (45) in solchen Fällen durchgeführt, wenn der Druck an der Innenseite des äußeren Gefäßes (30) sich plötzlich verändert, oder dergleichen. Das Gasprodukt erreicht dann den ersten Kühler (48), in dem das Gasprodukt gekühlt und kondensiert wird, so daß eine Fraktion, die hauptsächlich aus den Schwerölbestandteilen besteht, verflüssigt wird und sich von dem zurückbleibenden Gasprodukt abtrennt. Die verflüssigte Fraktion wird in dem Aufbewahrungstank für die schwer-siedende Fraktion (51) aufbewahrt. Das restliche Gasprodukt wird weiter in dem zweiten Kühler (49) gekühlt und dabei wird eine weitere Fraktion, die hauptsächlich leicht-siedende Bestandteile wie Kerosin und dergleichen enthält, kondensiert und abgetrennt. Die kondensierte zweite Fraktion wird in einem Aufbewahrungstank (52) für die leicht-siedende Fraktion aufbewahrt. Die andere Fraktion des Gasprodukts, die nicht verflüssigt wurde, wird einem Abgasbehandlungssystem (50) zugeführt und so behandelt, daß sie ohne Gefahr abgegeben werden kann.

Wenn die pyrolytische Zersetzung des Plastikabfallmaterials beendet ist, wird der Brenner (40) abgestellt, um das Erhitzen abzustoppen, und das äußere Gefäß (30) wird auf Normaltemperatur oder in die Nähe davon abgekühlt. Die Beendigung der Zersetzungsreaktion kann man an dem Phänomen feststellen, daß sich die Temperatur im Inneren des inneren Gefäßes (31) erhöht etc.. Alternativ kann man die Zersetzungsmaßnahme unterbrechen, wenn die Menge des erhaltenen Brennstoffprodukts eine stöchiometrische Menge erreicht, die man aus der Anfangsmenge des Abfallkunststoffmaterials berechnet. Nachdem das äußere Gefäß (30) heruntergekühlt ist, wird die Luke (37) geöffnet und das innere Gefäß (31) mit dem Kran (36) aus dem äußeren Gefäß (30) herausgenommen. Der im inneren Gefäß (31) zurückgebliebene Zersetzungsrückstand wird mit einer Kratzvorrichtung (58) mit einer drehbaren Antriebswelle (57) entfernt und das Innengefäß (31) wird gereinigt. Während des Abkratzens und Reinigens des Innengefäßes (31) wird ein weiterer Teil des Kunststoffabfallgemisches der pyrolytischen Zersetzung unter Verwendung eines anderen inneren Gefäßes unterworfen. Da man den Ort und die jeweiligen Verhältnisse zum Reinigen des Innengefäßes (31) je nach Bedarf verändern kann, ist es möglich, diese so auszuwählen, daß für die Arbeiter keine Gesundheitsschäden eintreten. Verbleibt eine Ölfraktion noch im Zersetzungsrückstand, dann kann der Zersetzungsrückstand als fester Brennstoff verwendet werden.

Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist die vorstehend beschriebene Zersetzungsvorrichtung so gebaut, daß das bei der pyrolytischen Zersetzung gewonnene Produkt für die Verbrennung im Brenner (40) verwendet werden kann, indem man eine Leitung (59) für die Zufuhr des Brennprodukts zum Brenner (40) vorsieht. Die Arbeit zum Einbringen des Kunststoffabfallmaterials in das innere Gefäß (31) und das Abkratzen des Zersetzungsrückstandes kann an einer Stelle erfolgen, die vom äußeren Gefäß (30) entfernt ist, und das innere Gefäß (31) kann für die Nachbehandlung mit einem Lastwagen und dergleichen transportiert werden.

Bei der vorgehend beschriebenen Zersetzungsvorrichtung sind der Durchmesser d des inneren Gefäßes (31) und der Durchmesser D des vertieften Teils (32) der Platte (38) so bestimmt, wie dies in Fig. 5 gezeigt wird, so daß ein kleiner Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des inneren Gefäßes (31) und der inneren Umfangsoberfläche des vertieften Teils (32) und der Platte (38) bei Normaltemperatur vorliegt. Die Materialien für das innere Gefäß (31) und den vertieften Teil (32) sind so gewählt, daß der Grad der Wärmeausdehnung des Materials des inneren Gefäßes (31) etwas größer ist als der Platte (38). Durch diese Maßnahme kann das innere Gefäß (31) bei Normaltemperatur leicht in den vertieften Teil (32) eingesetzt werden, und der Umfang des inneren Gefäßes (31) in der Wärme ist in engem Kontakt mit dem Umfang des vertieften Teils (32) durch die Wärmeausdehnung des Materials. Dadurch kann die Wärmeleitung zu dem inneren Gefäß (31) verbessert werden. Ist beispielsweise das innere Gefäß (31) aus rostfreiem Austenitstahl hergestellt und die Platte (38) aus Kohlenstoffstahl, dann ist in Kombination die Wärmeausdehnung des inneren Gefäßes (31) größer als die des vertieften Teils (32), und sie passen dadurch in geeigneter Weise ineinander. Werden die Materialien in geeigneter Weise ausgewählt wie vorher angegeben, dann wird das innere Gefäß (31) und der vertiefte Teil (32) so entworfen, daß das Durchmesserverhältnis d/D der Gleichung: 0,7 < d/D ≦ 0,98 entspricht (wenn d oder D bei einer einzelnen Ausführungsform keinen konstanten Wert hat, dann wird ein Durchschnittswert für den Bereich genommen, bei dem das innere Gefäß (31) mit dem vertieften Teil (32) in Berührung kommt). Ist das Durchmesserverhältnis d/D gleich oder weniger als 0,98, dann läßt sich das Einsetzen des Innengefäßes (31) in die Vertiefung (51b) bei Normaltemperatur leicht bewerkstelligen. Wenn jedoch das Durchmesserverhältnis nicht größer als 0,7 ist, ist es schwierig, eine geeignete Wärmeleitung zu erzielen.

Während der pyrolytischen Zersetzung dehnt sich das Kunststoffmaterial durch die Wärme aus und seine Höhe im inneren Gefäß (31) wird merklich erhöht, insbesondere weil auch im Verlauf der Zersetzungsreaktion Blasen erzeugt werden. Als Ergebnis davon erhöht sich das Niveau des geschmolzenen Kunststoffmaterials um das 1,2 bis 1,5fache im Vergleich zum Anfangszustand, und in einigen Fällen dehnt es sich um das zwei- oder mehrfache aus. Deshalb ist es bevorzugt, die Menge des in das innere Gefäß (31) eingebrachten Kunststoffabfallmaterials so zu begrenzen, daß das obere Niveau des eingebrachten Kunststoffmaterials 0,5 bis 0,85 mal so hoch ist wie die Höhe oder Tiefe des inneren Gefäßes (31). Darüber hinaus neigt das Kunststoffmaterial dazu dann, wenn die Wärme direkt auf den oberen Teil des inneren Gefäßes (31) einwirkt, sich nach oben auszudehnen und läuft dann aus dem inneren Gefäß (31) über. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, den Wärmeübertragungsteil nur am unteren Ende des Innengefäßes (31) vorzusehen. Unter Berücksichtigung des Vorgesagten wird die Höhe des inneren Gefäßes (31) in axialer Richtung in geeigneter Weise so gewählt, daß sie im Bereich von dem etwa 1,2fachen bis zweifachen in Bezug auf die Tiefe des Vertiefungsteils (32) liegt.

Indem man den Wärmeübertragungsteil in der vorerwähnten Weise baut, kann die Wärme aus dem äußeren Gefäß (30) direkt auf das innere Gefäß (31) übertragen werden, ohne von einer Wärmeübertragung durch die Luft abhängig zu sein. Deshalb kann die Energie entsprechend zu den inneren Gefäß (31) zugeführt werden, so daß das Kunststoffabfallmaterial schnell erhitzt wird, und dadurch wird der Betriebsablauf verbessert.

Bei dem pyrolytischen Zersetzungsverfahren zum Gewinnen von Brennöl aus Kunststoffabfallmaterial der vorher erwähnten Art ist die Effizienz des Wärmeübergangs ein sehr wichtiger Faktor zum Gewinnen des Brennstoffprodukts hoher Qualität und Konstistenz. Die Wärmeübertragungseffizienz verändert sich jedoch mit dem Verhältnis der Fläche der Kontaktoberfläche des Wärmeübertragungsteils in Bezug auf das Volumen des pyrolytisch zu zersetzenden Kunststoffabfallmaterials. Infolgedessen wird dann, wenn das obige Flächen/Volumenverhältnis in geeigneter Weise eingestellt wird, eine ausreichende Wärmeübertragungseffizienz erzielt und die Zersetzungsmaßnahme kann wirksam durchgeführt werden. Hat das Volumen eine zylindrische Form mit einem Radius von 30 cm, dann ist das bevorzugte Flächen/Volumenverhältnis in einem Bereich von etwa 0,04 bis 0,9 cm²/cm³. Andererseits wird die Höhe des zylindrischen Volumens vorzugsweise in einem Bereich von r/10 bis 10 r eingesetzt (r: Radius) unter Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit und der Verringerung des Zersetzungsrückstandes.

Bei dem vorerwähnten Aufbau ermöglicht die Verwendung des Zersetzungsgefäßes mit dem Doppeltopfaufbau und das Vorsehen eines Wärmeübertragungsteils den Zeitverlust, der für das Reinigen des Zersetzungsgefäßes erforderlich ist, zu verringern und die Effizienz der Wärmeenergie zu verbessern. Deshalb ist die gesamte Betriebszeit in dem Fall, daß man die Zersetzungsmaßnahme in einem absatzweise betriebenen Zersetzungsgefäß wiederholt, verkürzt und die Durchsatzkapazität wird erhöht.

Die Doppeltopfstruktur hat einen weiteren Vorteil, nämlich den, daß die Menge des Zersetzungsrückstandes verringert wird. Verwendet man ein Zersetzungsgefäß vom Einzeltyp, so wird eine erhebliche Menge an schwarzem Rückstand in dem Gefäß gebildet, insbesondere in der Nähe der Kanten des Gefässes. Dies liegt daran, daß das Gefäß direkt erhitzt wird und daß der Abfallkunststoff nicht gleichmäßig erhitzt wird. Im Vergleich hierzu ist dann, wenn man ein Zersetzungsgefäß vom Doppeltopftyp mit einem Wärmeübertragungsteil, wie er vorher beschrieben wurde, verwendet, und der Kunststoff im inneren Gefäß indirekt erhitzt wird, die Wärmeübertragung gleichmäßiger verbessert und die Menge des schwarzen Rückstandes verringert sich.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Zersetzungsgefäßes vom Doppeltopfaufbau. In diesem Zersetzungsgefäß (29a) wird eine Allzweckmetalltrommel (31a) mit einer Seitenwand (34a) und einem Boden (35) als inneres Gefäß verwendet. Bei dieser Ausführungsform kann ein Zwischenraum zwischen der Seitenwand (34a) der Metalltrommel (31a) und der Bohrungsoberfläche des vertieften Teils (32) und der Platte (38a) eintreten, selbst wenn man Hitze anwendet, und dadurch wird die Wärmeübertragungseffizienz zwischen dem äußeren Gefäß (30a) und dem inneren Gefäß (31a) gestört. Um dieses Problem zu lösen wird ein Füller F mit einem niedrigen Wert für die spezifische Wärme, insbesondere ein Metallmedium wie Stahlwolle und dergleichen oder ein flüssiges Medium wie Schweröl oder dergleichen, in den Zwischenraum eingefüllt und bildet einen Wärmeübertragungsteil. Das Einbringen eines hochleitfähigen Füllers bildet einen Wärmeübertragungsteil, der in engem Kontakt mit dem inneren Gefäß ist. Aus der Beschreibung dieser Ausführungsform wird deutlich, daß selbst dann, wenn das Durchmesserverhältnis d/D bei dem Doppeltopf- Zersetzungsgefäß (50) bei der vorerwähnten Ausführungsform niedriger ist als 0,7 und die Anpaßfähigkeit niedrig ist, dies durch die Verwendung eines Füllers verbessert werden kann.

Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform des Zersetzungsgefäßes mit einer Doppeltopfstruktur. In dem Zersetzungsgefäß (29b) dieser dritten Ausführungsform hat das innere Gefäß (31b) vom Doppeltopftyp eine abgestumpfte konische Form. Infolgedessen hat der entsprechende Vertiefungsteil (32a) der Platte (38b) des äußeren Gefäßes (30b) eine ähnliche abgestumpfte konische Form. Entsprechend dem Aufbau des Innengefäßes (31b) und des Vertiefungsteils (32a) mit einer konisch zulaufenden Form wirken die konisch zulaufenden Oberflächen als Führung für das innere Gefäß (31b), damit es die richtige Position während des Einstellens hat, wobei die Seitenwand (34b) in den vertieften Teil (32a) gleitet. Deshalb kann man das innere Gefäß (31b) einfach in den vertieften Teil (32a) einsetzen, selbst wenn die Position des inneren Gefäßes (31b) etwas verschieden ist von der des vertieften Teils (32a). Infolgedessen ist eine genaue Betriebskontrolle für den Transport und das Einsetzen des inneren Gefäßes (31b) in den vertieften Teil (32a) nicht erforderlich. Deshalb wird das Einsetzen des inneren Gefäßes (31b) in den vertieften Teil (32a) sehr einfach. Selbst wenn die Dimensionen des inneren Gefäßes (31b) und des vertieften Teils (32a) durch die Herstellung verschieden sind, kann man einen Wärmeübergang während des Erhitzens vollständig erreichen und eine Schädigung des Zersetzungsgefäßes (29b) aufgrund einer zu großen Ausdehnung des Innengefäßes (31b) kann verhindert werden. Darüber hinaus sitzt das innere Gefäß (31b) glatt in dem Vertiefungsteil (32a). Weil sich weiterhin das konische innere Gefäß (31b) weit öffnet, kann man das Rückstandsprodukt leicht aus dem Innengefäß (31b) entfernen. Das konische innere Gefäß (31b) hat noch den weiteren Vorteil, daß man das innere Gefäß gut lagern und transportieren kann. So kann man eine Mehrzahl der konischen inneren Gefäße (31b) zur Raumersparnis und beim Transport stapeln, wie dies in Fig. 8 gezeigt wird.

Fig. 9 zeigt ein Zersetzungssystem, bei dem der Doppeltopfaufbau des Zersetzungsgefäßes (29b) aus Fig. 7 in den Grundaufbau der Vorrichtung der Fig. 2 inkorporiert ist. Genauer gesagt hat das erste Zersetzungsgefäß (29b), in welchem die Zersetzung in einer Atmosphäre von Normaldruck oder verringertem Druck durchgeführt wird, ein äußeres Gefäß (30a) und ein inneres Gefäß (31b), und das zweite Zersetzungsgefäß (22), bei dem die Reaktionsatmosphäre mit Druck beaufschlagt ist, ist ebenfalls von der Doppeltopfstruktur.

In dem Zersetzungssystem von Fig. 9 wird der Druck im Inneren des ersten Zersetzungsgefäßes (29b) mittels eines Drucksensors (60), einer Vakuumpumpe (61) und einer Kontrolleinheit (62) überwacht, um den Druck auf Normaldruck oder verringerten Druck in vorbestimmter Weise einzustellen. Der flüssige Teil (54a) kondensiert zunächst im Kühler (20) und wird mittels der Pumpe (24) zu dem inneren Gefäß (31b) des mit Druck beaufschlagten Zersetzungsgefäßes (29b) geleitet, der mit einem Regelventil (25) und einem Druckkontrollventil (26) ausgerüstet ist, so daß der flüssige Teil weiter zersetzt wird und ein zweites Zersetzungsgasprodukt ausbildet. Die leicht- siedende Brennstoffkomponente (55a) wird in dem zweiten Kühler (23) kondensiert und in dem Aufnahmebehälter (27) aufgenommen.

Der Teil des zweiten Zersetzungsgasprodukts, der nicht in dem zweiten Kühler (23) verflüssigt wird, wird in der Abgasbehandlungseinheit (28) behandelt.

Ein Beispiel für die Systemüberwachung, das Einstellen der Systembedingungen zum Herstellen von Kerosin als Endprodukt wird nachfolgend gegeben.

Erstes Zersetzungsgefäß 29b

P: Normaldruck, T: 300 bis 650°C, vorzugsweise 300 bis 500°C

Zweites Zersetzungsgefäß 22

P: 98 bis 980 kPa Manometerdruck, vorzugsweise etwa 392 kPa, T: 400 bis 500°C

Erster Kühler 20

T: 200 bis 300°C, vorzugsweise 200 bis 250°C

Zweiter Kühler 23

T: 100 bis 150°C, vorzugsweise etwa 150°C

Im oben beschriebenen Fall kann der andere Gasteil, der nicht in dem zweiten Kühler (23) kondensiert wird, mehr leicht- siedende Brennstoffkomponenten enthalten, wie Benzin. Deshalb kann ein dritter Kühler, der den Gasteil auf Normaltemperatur kühlt, um den Benzingehalt zu gewinnen, in die Abgasbehandlungseinheit (28) inkorporiert werden. Nach dem Kondensieren der Benzinkomponente wird der Restteil einer Neutralisationsbehandlung unterworfen, um Chlorwasserstoffgas zu neutralisieren, und einer Nachverbrennung zum Verbrennen des Kohlenwasserstoffs in dem Gasanteil.

Beispiele

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die Ergebnisse von Untersuchungen werden nachfolgend die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Unter Verwendung der pyrolytischen Zersetzungsvorrichtung (16) von Fig. 2 wurden 100 Gew.Teile Kunststoffabfallgemisch in den Extruder (17) eingefüllt. In dem Extruder (17) wurde das Kunststoffabfallgemisch von Normaltemperatur auf 300°C erhitzt und geschmolzen und dabei geknetet. Dabei erfolgt eine Eliminierungsreaktion von Chlorwasserstoff aus dem PVC-Harz in dem Kunststoffabfallgemisch. Die geschmolzene Kunststoffmischung wurde dann kontinuierlich in den ersten Reaktionsofen (18) eingegossen. Zu dem geschmolzenen Kunststoffgemisch wurden 5 Gew.Teile Natriumhydroxid und 1 Gew.Teil Wasser aus dem Additivbehälter (19) gegeben und das ganze wurde auf 420 bis 450°C erhitzt. Es läuft eine pyrolytische Zersetzungsreaktion des geschmolzenen Polyolefinkunststoffes und die Zersetzung von Weichmachern, die in dem Plastikgemisch vorhanden sind, unter Ausbildung von Zersetzungsgas ab.

Das Zersetzungsgas wurde in den ersten Kühler (20) eingeführt und auf eine Temperatur von 250 bis 300°C gekühlt, wobei ein Teil des Zersetzungsgases sich verflüssigte. Der verflüssigte Anteil wurde aus dem restlichen Gas in dem Dampf/Flüssig- Abscheider (21) getrennt und mittels einer Druckpumpe (24) in einen zweiten Reaktionsofen (22) geleitet, der mit einem Regelventil (25) und einem Druckkontrollventil (26) ausgerüstet war. Der verbleibende Gasteil wurde in den zweiten Kühler (23) eingeführt.

Der verflüssigte Teil wurde wieder auf eine Temperatur von 420 bis 450°C erhitzt und dabei weiter pyrolytisch zersetzt. Während dieses Betriebs wurde der Druck im Inneren des zweiten Reaktionsofens (22) durch Verdampfen des verflüssigten Teils erhöht und bei 392 kPa Manometerdruck mittels des Druckkontrollventils (26) gehalten. Der pyrolytisch zersetzte Teil wurde aus dem zweiten Reaktionsofen (22) in den zweiten Kühler (23) geleitet, so daß der sekundäre zersetzte Teil mit dem verbleibenden Gasanteil aus dem zuerst zersetzten Produkt auf eine Temperatur in der Nähe von Normaltemperatur gekühlt wurde und zu einem fertigen flüssigen Produkt kondensierte. Das fertige flüssige Produkt wurde in einem Aufwärmebehälter aufgenommen. Andererseits wurde der verbleibende Gasteil, der nicht in dem zweiten Kühler (23) verflüssigte, in die Abgasbehandlungseinheit (28) eingeführt, wo der Gasteil mit Alkalimaterial gewaschen, dann in einem Brenner verbrannt und schließlich an die Umgebung abgegeben wurde.

Als Ergebnis dieser Arbeitsweise wurden 20 Gew.Teile Chlorwasserstoff aus dem Extruder (16) abgegeben. Im ersten Reaktionsofen wurden 70 Gew.Teile Zersetzungsgas gebildet und 15 Gew.Teile eines weichen Rückstandes, der sich aus kohlenstoffhaltigem Material zusammensetzte und am Boden des ersten Reaktionsofens (18) zurückblieb und von einer Öffnung darin entfernt wurde. Von den 70 Gew.Teilen des vorerwähnten Zersetzungsgases wurde ein Teil von etwa 20 Gew.Teilen im ersten Kühler (20) verflüssigt, der dann im zweiten Reaktionsofen weiter zersetzt wurde. In dem Aufnahmebehälter (27) wurden 60 Gew.Teile Öl und 1 Gew.Teil Wasser gewonnen, und 10 Gew.Teile Gas wurden durch die Abgasbehandlungseinheit (28) abgeführt.

Entsprechend der GC-MS-Analyse des erhaltenen Öls wurde festgestellt, daß das erhaltene Öl sich aus Kohlenwasserstoffverbindungen mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen zusammensetzte, und es wurde keine organische chlorenthaltende Verbindu 09278 00070 552 001000280000000200012000285910916700040 0002004446964 00004 09159ng nachgewiesen.

Beispiel 2

Der Extruder (17) wurde aus der Zersetzungsvorrichtung (16) von Fig. 2 entfernt und 100 Gew.Teile Kunststoffabfallgemisch, 30 Gew.Teile Natriumhydroxid und 5 Gew.Teile Wasser wurden in den ersten Reaktionsofen (18) eingefüllt. Dann wurde die Zersetzungsmaßnahme des Beispiels 1 unter den gleichen Reaktionsbedingungen wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Schmelzen und Verkneten nicht durchgeführt wurde.

Nach Beendigung der obigen Maßnahme verblieben 50 Gew.Teile Zersetzungsrückstand im ersten Reaktionsofen (39) und der Rückstand enthielt Salz, weil das aus dem PVC-Harz gebildete Chlorwasserstoffgas mit dem Alkalimaterial bei dem obigen Verfahren neutralisiert wurde. Aus dem Behälter (27) wurden 60 Gew.Teile Öl und 15 Gew.Teile Wasser gewonnen. Darüber hinaus wurden 10 Gew.Teile Gas durch die Abgasbehandlungseinheit (28) abgegeben.

Eine GC-MS-Analyse des gewonnenen Öls zeigte, daß das erhaltene Öl sich aus Kohlenwasserstoffverbindungen mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen zusammensetzte, und es wurde keine organische chlorenthaltende Verbindung nachgewiesen.

Beispiel 3

Es wurde die pyrolytische Zersetzungsvorrichtung (16) der Fig. 2 verwendet und die Zersetzungsmaßnahmen des Beispiels 1 wurden unter den gleichen Reaktionsbedingungen wiederholt, wobei jedoch kein Natriumhydroxid und kein Wasser zugegeben wurden.

Als Ergebnis dieser Maßnahmen wurden 20 Gew.Teile Chlorwasserstoff aus dem Extruder (17) abgegeben. Im ersten Reaktionsofen wurden 70 Gew.Teile Zersetzungsgas gebildet und der Rest (10 Gew.Teile) wurde aus dem Auslaß am Boden des ersten Reaktionsofens (18) in Form eines harten Rückstands, der sich aus kohlenstoffhaltigem Material zusammensetzte, entnommen. Von den 70 Gew.Teilen des obigen Zersetzungsgases wurde ein Teil von etwa 30 Gew.Teilen im ersten Kühler (20) verflüssigt, und das wurde dann weiterhin in dem zweiten Reaktionsofen (22) zersetzt. In dem Behälter (27) wurden 60 Gew.Teile Öl gewonnen und 10 Gew.Teile Gas wurden nach außen abgegeben.

Eine GC-MS-Analyse des gewonnenen Öls zeigte, daß das erhaltene Öl sich aus Kohlenwasserstoffverbindungen mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen zusammensetzte, und es wurde keine Verbindung mit organischem Chlor nachgewiesen.

Beispiel 4

Der erste Kühler (20) wurde aus der Zersetzungsvorrichtung (37) von Fig. 2 entfernt und dann wurde die Zersetzungsmaßnahme des Beispiels 3 unter den gleichen Bedingungen wie dort wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Kondensieren in dem ersten Kühler (20) fortgelassen wurde.

Als Ergebnis dieser Maßnahmen wurden 20 Gew.Teile Chlorwasserstoff am Extruder (17) abgegeben. Im ersten Reaktionsofen wurden 70 Gew.Teile Zersetzungsgas gebildet und der Rest (10 Gew.Teile) wurde am Auslaß des Bodens des ersten Reaktionsofens (18) in Form eines harten Rückstandes eines kohlenstoffhaltigen Materials entnommen. Dann wurden 70 Gew.Teile des obigen Zersetzungsgases, die nicht kondensiert waren, direkt in den zweiten Kühler (23) eingeführt. Der größte Teil des Zersetzungsgases kondensierte, aber 15 Gew.Teile des Zersetzungsgases blieben in nichtkondensierter Gasform zurück. Von dem kondensierten Teil wurde ein Teil von 10 Gew.Teilen nicht verflüssigt sondern verfestigte sich. In dem zweiten Kühler (23) fand zwar keine vollständige Verschlammung statt, aber ein Teil des Zersetzungsprodukts haftete an der Innenwand des Kühlers. Man kann annehmen, daß dieses Anhaften eine Verschlechterung der Kondensationseffizienz ergibt und eine Erhöhung des nichtkondensierten Gasteils. Im Behälter (27) wurden 45 Gew.Teile eines Öls gewonnen.

Eine GC-MS-Analyse des gewonnenen Öls zeigte, daß dort keine organischen chlorhaltigen Verbindungen nachgewiesen werden konnten. Jedoch setzte sich das Öl aus Kohlenwasserstoffverbindungen mit 4 bis 32 Kohlenstoffatomen zusammen und enthielt nichtzersetzte Weichmachungsmittel.

Das obige Ergebnis zeigt, daß das Fortlassen der zweiten thermischen Zersetzungsstufe in einer mit Druck beaufschlagten Atmosphäre ein schwerer-siedendes Ölprodukt ergibt.

Beispiel 5

Der Extruder (17) und der erste Kühler (20) wurden aus der Zersetzungsvorrichtung (16) von Fig. 2 fortgelassen und die Zersetzungsmaßnahme des Beispiels 4 wurde unter den gleichen Bedingungen wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Schmelz/Knet-Verfahren im Extruder (17) und das Kondensieren in dem ersten Kühler (20) fortfielen.

Als Ergebnis dieser Arbeitsweise wurden 80 Gew.Teile Zersetzungsgas im ersten Reaktionsofen gebildet und der Rest (20 Gew.Teile) wurde am Boden des ersten Reaktionsofens (18) an einem Auslaß in Form eines schaumigen Kohlenstoffrückstandes entnommen. Dann wurden 80 Gew.Teile des obigen Zersetzungsgases nicht kondensiert sondern direkt in den zweiten Kühler (23) eingeführt. Die Hälfte des Zersetzungsgases verflüssigte sich aber 30 Gew.Teile des Zersetzungsgases blieben in nichtkondensierter Gasform zurück. Von dem kondensierten Anteil wurde ein Teil von 10 Gew.Teilen nicht verflüssigt sondern verfestigt. Im Behälter (27) wurden 40 Gew.Teile Öl gewonnen.

Die GC-MS-Analyse des gewonnenen Öls zeigte, daß 2% organische chlorhaltige Verbindungen nachgewiesen werden konnten. Das Öl wurde identifiziert als olefinische Kohlenwasserstoffverbindungen mit 4 bis 32 Kohlenstoffatomen und enthielt nichtzersetztes Weichmachermittel.

Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)

Der Extruder (17) und der erste Kühler (20) wurden aus der Zersetzungsvorrichtung (16) von Fig. 2 fortgelassen und ein Druckkontrollventil an den ersten Reaktionsofen angeschlossen. Dann wurde eine Zersetzung wie in Beispiel 4 unter den gleichen Reaktionsbedingungen wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Schmelz/Knet-Verfahren im Extruder (17) und das Kondensieren im ersten Kühler (20) fortfielen und die erste thermische Zersetzung bei einem erhöhten Druck von 392 kPa Manometerdruck durchgeführt wurde.

Als Ergebnis dieser Arbeitsweise wurden 80 Gew.Teile Zersetzungsgas im ersten Reaktionsofen gebildet und der Rest (20 Gew.Teile) am Boden des ersten Reaktionsofens (18) an einem Auslaß in Form eines schaumigen Kohlenstoffrückstandes entnommen. Dann wurden 80 Gew.Teile des obigen Zersetzungsgases nicht kondensiert, sondern direkt in den zweiten Kühler (23) eingeführt. Von diesem Teil verflüssigten sich 55 Gew.Teile des Zersetzungsgases, aber 25 Gew.Teile des Zersetzungsgases blieben nichtkondensiert gasförmig zurück. Im Behälter (27) wurde das kondensierte Öl gesammelt.

Durch GC-MS-Analyse des gewonnenen Öls wurden 1,5% organische chlorhaltige Verbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht, nachgewiesen. Das Öl wurde identifiziert als olefinische Kohlenwasserstoffverbindungen mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen.

Aus den Ergebnissen des Beispiels 6 ist ersichtlich, daß organische Chlorverbindungen unabdingbar bei der Zersetzung von PVC-Harz unter Druck erzeugt werden. Weiterhin zeigen die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 4, daß die Bildung von organischen Chlorverbindungen vermieden werden kann, indem man Chlorwasserstoff entfernt oder neutralisiert. Es ist wichtig, bei der Verhinderung der Bildung von organischen Chlorverbindungen das Zersetzungssystem so aufzubauen, daß keine Umsetzung zwischen dem Weichmachungsmittel und Chlorwasserstoff abläuft. Wie in dieser Beschreibung gezeigt wird, gibt es einige Maßnahmen, wie man dies verhindern kann.

Die vorhergehende Beschreibung zeigt, daß man mit dem Verfahren und der Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen gemäß der vorliegenden Erfindung Brennöl hoher Qualität einfach und effizient aus Kunststoffabfallmaterial herstellen kann. Die vorliegende Erfindung hat deswegen eine große praktische Bedeutung.

Bei der vorliegenden Erfindung ist selbst dann, wenn das Kunststoffabfallmaterial PVC-Harz enthält, das gewonnene Öl von hoher Qualität, das kein oder nur wenig Chlor enthält. Infolgedessen muß man PVC-Harz aus Kunststoffabfallmaterialien, die pyrolytisch zersetzt werden können, nicht mehr entfernen. Und deshalb ist es möglich, die praktischen und wirtschaftlichen Vorteile bei dem Recyclen von Kunststoffmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzielen.

Die Erfindung wird nicht gemäß den gezeigten Ausführungsformen beschränkt und zahlreiche Modifizierungen können erfolgen, ohne daß man vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen wiedergegeben wird, abweicht.

Claims

1. Verfahren zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoffabfall, umfassend:
eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Form eines Gases und eines Zersetzungsrückstandes;
eine Trennstufe zum Trennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann, und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend als die erste Fraktion ist, durch Kondensation der zweiten Fraktion;
eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen der abgetrennten zweiten Fraktion unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform; und
eine Sammelstufe zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und dem zweiten Zersetzungsprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste thermische Zersetzungsstufe bei Normaldruck oder verringertem Druck durchführt, und die zweite thermische Zersetzungsstufe bei einem von der ersten Zersetzungsstufe verschiedenen und höheren Druck als Normaldruck durchführt.

2. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Kunststoff einen halogenenthaltenden Kunststoff enthält.

3. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Kunststoff Polyvinylchlorid enthält.

4. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:
eine alkalische Behandlungsstufe zum Behandeln des primären Zersetzungsprodukts mit einem Alkalimaterial zum Entfernen einer sauren halogenhaltigen Substanz, die in dem primären Zersetzungsprodukt enthalten ist aus dem primären Zersetzungsprodukt.

5. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimaterial in der Alkalibehandlungsstufe in Form eines Sprays einer wäßrigen Flüssigkeit zugeführt wird, enthaltend eine alkalische Substanz, die ausgewählt ist aus Alkalimetallhydroxidverbindungen und Erdalkalimetallhydroxidverbindungen, wobei die Alkalimetallhydroxidverbindungen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid und die Erdalkalimetallhydroxidverbindungen Magnesiumdihydroxid und Kalziumdihydroxid sind.

6. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalibehandlungsstufe folgende Stufen umfaßt:
Zuführen einer alkalischen Substanz zu dem Kunststoff vor der ersten thermischen Zersetzungsstufe, so daß das primäre Zersetzungsprodukt, das in der ersten thermischen Zersetzungsstufe gebildet wird, in Kontakt mit der alkalischen Substanz kommt, wobei die alkalische Substanz ausgewählt ist aus Alkalimetallhydroxidverbindungen und Erdalkalimetallhydroxidverbindungen, wobei die Alkalimetallhydroxidverbindungen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid sind und die Erdalkalimetallhydroxidverbindungen Magnesiumdihydroxid und Kalziumdihydroxid sind.

7. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Zufuhr von Wasser zu dem Kunststoff vor der ersten thermischen Zersetzungsstufe umfaßt.

8. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Manometerdruck bei der ersten thermischen Zersetzungsstufe gleich oder größer als -98 kPa ist.

9. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten thermischen Zersetzungsstufe der Kunststoff auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 650°C erhitzt wird.

10. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten thermischen Zersetzungsstufe der Kunststoff auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 500°C erhitzt wird.

11. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Manometerdruck bei der zweiten thermischen Zersetzungsstufe im Bereich von 98 bis 980 kPa ist.

12. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Manometerdruck bei der zweiten thermischen Zersetzungsstufe annähernd 392 kPa ist.

13. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Zersetzungsprodukt bei der Trennstufe abgetrennt wird, indem man das primäre Zersetzungsprodukt auf eine Temperatur von 200 bis 300°C kühlt.

14. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Zersetzungsprodukt bei der Trennstufe abgetrennt wird, indem man das primäre Zersetzungsprodukt auf eine Temperatur von 200 bis 250°C kühlt.

15. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der gewünschte leicht-siedende Bestandteil in der Sammelstufe gesammelt wird, indem man die erste Fraktion und das sekundäre Zersetzungsprodukt bei einer Temperatur von 100 bis 150°C kühlt und kondensiert.

16. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte leicht- siedende Bestandteil bei der Sammelstufe gesammelt wird, indem man die erste Fraktion und das sekundäre Zersetzungsprodukt bei einer Temperatur von annähernd 150°C kühlt und kondensiert.

17. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:
eine Gewinnungsstufe zum Gewinnen eines Teils des sekundären Zersetzungsprodukts, das nicht bei der Sammelstufe kondensiert wurde, indem man den Teil weiterhin auf annähernd Raumtemperatur kühlt.

18. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vor der ersten thermischen Zersetzungsstufe eine Stufe in Form einer Knetstufe zum Erhitzen und Kneten des plastischen Materials umfaßt.

19. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff bei der Knetstufe auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 300°C erhitzt wird.

20. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 18, bei dem der Kunststoff bei der Knetstufe auf eine Temperatur im Bereich von 250 bis 300°C erhitzt wird.

21. Pyrolytisches Zersetzungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
eine erste thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes in Gegenwart eines Alkalimaterials in einer Atmosphäre von Normaldruck unter Ausbilden eines primären Zersetzungsprodukts in Form eines Gases und eines Zersetzungsrückstandes;
eine erste Kühlstufe zum Kühlen des primären Zersetzungsprodukts auf eine Kühltemperatur, bei der sich das primäre Zersetzungsprodukt in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann, und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend als die erste Fraktion ist, trennt, durch Kondensation der zweiten Fraktion;
eine zweite thermische Zersetzungsstufe zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion des primären Zersetzungsprodukts in einer Atmosphäre, die mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt ist, unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform; und
eine zweite Kühlstufe zum Kühlen der ersten Fraktion und des zweiten Zersetzungsprodukts auf eine zweite Kühltemperatur, die niedriger ist als die erste Kühltemperatur, zum Kondensieren einer den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthaltenden Fraktion.

22. Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Kunststoff, umfassend:
eine erste thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes;
einen Separator zum Trennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann, und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend als die erste Fraktion ist, durch Kondensieren der zweiten Fraktion;
eine zweite thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion unter Ausbildung eines zweiten Zersetzungsprodukts, enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform; und
einen Sammelbehälter zum Sammeln des gewünschten leicht-siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und dem zweiten durch Kondensieren desselben, dadurch gekennzeichnet, daß die erste thermische Zersetzungseinrichtung eine solche zum thermischen Zersetzen von Kunststoff unter Normaldruck oder vermindertem Druck ist, und die zweite thermische Zersetzungseinrichtung eine solche zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion unter einem von der ersten thermischen Zersetzungseinrichtung verschiedenen und höheren Druck als Normaldruck ist.

23. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:
eine Alkalibehandlungseinrichtung zum Behandeln des primären Zersetzungsprodukts mit einem Alkalimaterial zum Entfernen einer sauren halogenhaltigen Substanz, die aus dem halogenenthaltenden Polymer, das in dem Kunststoff enthalten ist, gebildet wird, aus dem primären Zersetzungsprodukt.

24. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalibehandlungseinrichtung einschließt:
eine Sprühvorrichtung zum Zuführen des Alkalimaterials in Form eines Sprays aus einer wäßrigen Flüssigkeit enthaltend eine alkalische Substanz, die ausgewählt ist aus Alkalimetallhydroxidverbindungen und Erdalkalimetallhydroxidverbindungen, wobei die Alkalimetallhydroxidverbindungen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid sind und die Erdalkalimetallhydroxidverbindungen Magnesiumdihydroxid und Kalziumdihydroxid sind.

25. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalibehandlungseinrichtung umfaßt:
eine Zufuhreinrichtung für das Alkali zum Zuführen einer alkalischen Substanz zu dem Kunststoff, so daß das primäre Zersetzungsprodukt, das in der ersten thermischen Zersetzungsvorrichtung gebildet wird, in Kontakt mit der alkalischen Substanz kommen kann, wobei die alkalische Substanz ausgewählt ist aus Alkalimetallhydroxidverbindungen und Erdalkalimetallhydroxidverbindungen, wobei die Alkalimetallhydroxidverbindungen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid sind und die Erdalkalimetallhydroxidverbindungen Magnesiumdihydroxid und Kalziumdihydroxid sind.

26. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Zufuhreinrichtung für Wasser zum Zuführen von Wasser zu dem Kunststoff umfaßt.

27. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:
einen Kondensator zum Kühlen und Kondensieren eines Teils, der ein Bestandteil des sekundären Zersetzungsprodukts ist, aber der nicht in dem Sammelbehälter kondensiert wird.

28. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:
einen Kneter zum Erhitzen und Kneten des Kunststoffmaterials zum Zuführen des verkneteten Kunststoffes in die erste thermische Zersetzungseinrichtung.

29. Vorrichtung zum pyrolytischen Zersetzen von Polyvinylchlorid enthaltendem Kunststoff, umfassend:
eine erste thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen des Kunststoffes unter Ausbildung eines primären Zersetzungsprodukts in Gasform und eines Zersetzungsrückstandes;
einen Separator zum Trennen des primären Zersetzungsprodukts in eine erste Fraktion, die einen gewünschten leicht-siedenden Bestandteil enthalten kann, und eine zweite Fraktion, die schwerer-siedend als die erste Fraktion ist, durch Kondensieren der zweiten Fraktion;
eine zweite thermische Zersetzungseinrichtung zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion unter Ausbildung eines sekundären Zersetzungsprodukts enthaltend den gewünschten leicht-siedenden Bestandteil in Gasform; und
einen Sammler zum Sammeln des gewünschten leicht- siedenden Bestandteils aus der ersten Fraktion und des sekundären Zersetzungsprodukts durch Kondensieren desselben;
wobei jeweils die erste und die zweite thermische Zersetzungseinrichtung ein inneres Gefäß, ein äußeres Gefäß, das in entfernbarer Weise das innere Gefäß aufnehmen kann, und einen Erhitzer zum Erhitzen des äußeren Gefäßes umfassen, in welchem das äußere Gefäß einen Wärmeübertragungsteil hat, der passend das innere Gefäß kontaktiert, wenn das äußere Gefäß und das innere Gefäß erhitzt werden, zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem äußeren Gefäß und dem inneren Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die erste thermische Zersetzungseinrichtung eine solche zum thermischen Zersetzen von Kunststoff unter Normaldruck oder vermindertem Druck ist, und die zweite thermische Zersetzungseinrichtung eine solche zum thermischen Zersetzen der zweiten Fraktion unter einem von der ersten thermischen Zersetzungseinrichtung verschiedenen und höheren Druck als Normaldruck ist.

30. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:
eine Alkalibehandlungseinrichtung zum Behandeln des primären Zersetzungsprodukts mit einem alkalischen Material zum Entfernen einer sauren Substanz aus dem primären Zersetzungsprodukt.

31. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalibehandlungseinrichtung eine Alkalizufuhreinrichtung umfaßt zum Zuführen des alkalischen Materials zu dem Kunststoff.

32. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gefäß ein zylindrischer Behälter ist und der Wärmeübertragungsteil eine Abgrenzungswand mit einer zylindrischen inneren Bohrung einschließt, wobei der Innendurchmesser der inneren Bohrung der Formel 0,7 < d/D ≦ 0,98 entspricht, worin d der äußere Durchmesser des inneren Gefäßes ist und D der Durchmesser der inneren Bohrung der Abgrenzungswand ist.

33. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsteil eine abgestumpfte konische Form hat und das innere Gefäß einen entsprechenden Bodenteil mit einer abgestumpften konischen Form aufweist.

34. Pyrolytische Zersetzungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gefäß einen umgebenden Teil hat, der sich von der Abgrenzungswand erstreckt, und daß der umgebende Teil ein Penetrationsloch hat.