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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und ein System zum Umwandeln von Kunststoffabfall in Öl durch
Dispergieren von gepulvertem Kunststoff in Wasser, um eine Aufschlämmung zu
bilden, und Abbauen des Kunststoffs durch Verwendung von Wasser
in oder nahe bei seinem superkritischen Bereich als dem Reaktionsmedium.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Herkömmlicherweise sind die meisten
der verschiedenen Arten von Kunststoffabfall durch Deponieren oder
Verbrennen bzw. Veraschen entsorgt worden und sind nicht wirksam
als Resourcen genutzt worden. Darüber hinaus hat die Entsorgung
mittels Deponien Probleme aufgeworfen, wie die Schwierigkeit bei
der Sicherung eines Orts für
die Deponie und die Instabilität
des Bodens nach der Deponieaufschüttung. Andererseits hat die
Entsorgung mittels Veraschung Probleme aufgeworfen wie eine Schädigung des
Brennofens und dem Ausstoß von
schädlichen
Gasen sowie einem aggressiven Geruch. In der Zwischenzeit ist 1995
das Verpackungsrecyclinggesetz (Package Recycle Law) in Kraft getreten,
welches die Pflicht der Rückgewinnung
und Wiederverwendung von Kunststoffen vorschreibt. Angesichts dieser
Umstände
sind kürzlich
verschiedentliche Versuche gemacht worden, Kunststoffabfall als
Resourcen wieder zu verwenden. Als ein Beispiel davon ist ein Verfahren
zum Abbau und Umwandeln von Kunststoffabfall in Öl vorgeschlagen worden durch
eine Reaktion (d. h. die Reaktion mit superkritischem Wasser) unter
Verwendung von Wasser in dessen superkritischem Bereich (d. h. superkritisches
Wasser) oder Wasser in der Nähe
dessen superkritischen Bereichs als dem Reaktionsmedium, und dadurch
der Rückgewinnung
eines nützlichen öligen Materials
(nachfolgend als das Verfahren mit superkritischem Wasser bezeichnet),
wie in der veröffentlichten
japanischen Übersetzung
der internationalen PCT-Publikation Nr. 501205/1981, der japanischen
Patentoffenlegung Nr. 4225/1982, der japanischen Patentoffenlegung
Nr. 31000/1993 und der japanischen Patentoffenlegung Nr. 279762/1994
beschrieben.
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Der Ausdruck "superkritisches Wasser" bezieht sich auf
Wasser in einem solchen Zustand, daß die Temperatur nicht niedriger
ist als dessen kritische Temperatur (374°C) ist und der Druck nicht niedriger
ist als dessen kritischer Druck (22,1 MPa). Superkritisches Wasser
kann leicht in Öltröpfchen von
geschmolzenen Kunststoffen diffundieren. Folglich wird angenommen,
daß das
superkritische Verfahren weniger Reste erzeugt wie eine Pyrolyse
unter atmosphärischem
Druck und somit einen höheren
Grad an Umwandlung in Öl erzielen
kann. Selbst wenn die Temperatur und der Druck niedriger sind als
die kritische Temperatur und der kritische Druck, kann Wasser sich
als Reaktionsmedium auf die im wesentlichen gleiche Weise wie superkritisches
Wasser verhalten, solange sie sich in der Nähe der kritischen Temperatur
und des kritischen Drucks befinden.
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Die WO-A-8100855 offenbart ein Verfahren
zum Behandeln eines organischen Materials, bei dem das organische
Material in Wasser zu dessen Umstrukturierung umgesetzt wird. Das
Verfahren umfaßt
die Schritte des Mischens von zugeführtem organischem Material
mit Wasser zum Bilden einer Reaktionsmischung und des Umsetzens
des organischen Materials für
eine Zeitdauer, während
das Wasser im Bereich dessen kritischer Dichte gehalten wird, um
resultierende organische Materialien zu bilden, wobei das sich ergebende
organische Material eine nützliche,
flüchtige
organische Flüssigkeit
ist. In diesem Verfahren wird kein Dispersionsmittel verwendet.
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Deshalb gibt es im existierenden
Stand der Technik keine gut etablierte Technik zur Behandlung von Kunststoffabfall
gemäß dem superkritischen
Verfahren. Somit ist es schwierig gewesen, Kunststoffabfall, insbesondere
Kunststoffabfall, der wärmehärtende Harze
und vernetzte Harze enthält,
einem Reaktor kontinuierlich unter superkritischen Bedingungen zuzuführen, und
es ist notwendig geworden, eine spezielle oder teure Vorrichtung
für solche,
kontinuierliche Zufuhrzwecke bereitzustellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein ökonomisches
Verfahren zum Behandeln einer großen Menge an Kunststoffabfall
bereitzustellen, bei dem Thermoplaste, vernetzte Kunststoffe, wärmehärtende Kunststoffe
oder eine Mischung davon kontinuierlich einem Reaktor zugeführt werden,
ohne daß verschiedene
Arten von Kunststoffabfall aussortiert werden, und gemäß dem Verfahren
mit superkritischem Wasser rasch abgebaut und in Öl umgewandelt
werden, und so daß dadurch
die Entsorgung des Kunststoffabfalls im industriellen Maßstab durchgeführt wird.
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Um die obige Aufgabe zu lösen, haben
die Erfinder Untersuchungen über ökonomische
Mittel zum Behandeln einer großen
Menge unterschiedlicher Arten von Kunststoffabfall gemacht durch kontinuierliches
und rasches Abbauen und Umwandeln desselben in Öl gemäß dem Verfahren mit superkritischem
Wasser. Als einem Ergebnis wurde gefunden, daß, wenn Kunststoffabfall zu
einem Pulver zerkleinert wird und dann mit Wasser zum Bilden einer
Aufschlämmung
gemischt wird, der Kunststoffabfall leicht einem röhrenförmigen,
kontinuierlichen Reaktor zugeführt
werden kann, in dem Wasser in oder in der Nähe von dessen superkritischem Bereich
vorliegt, und kontinuierlich abgebaut und in Öl umgewandelt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Erkenntnis
abgeschlossen.
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Folglich bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf ein kontinuierliches Verfahren zum Umwandeln von Kunststoffabfall
in Öl,
welches folgende Schritte umfaßt:
- – Mischen
von gepulvertem Kunststoff, Wasser und einem Dispersionsmittel,
um eine Aufschlämmung
zu erhalten;
- – Zuführen der
Aufschlämmung
zu einem röhrenförmigen Reaktor;
- – Abbauen
des gepulverten Kunststoffs unter Reaktionsbedingungen, die das
Wasser in den oder nahe zu dessen superkritischem Bereich bringen
lassen;
- – Trennen
des Reaktionsprodukts in eine gasförmige Komponente und eine flüssige Komponente;
- – Trennen
der flüssigen
Komponente und Öl
und Wasser;
- – wobei
das Dispersionsmittel ausgewählt
wird aus:
- – quervernetzten
Produkten, die von Polyacrylsäuresalzen,
Isobutylen-Maleinsäuresalzen,
Polyacrylnitril-Hydrolisaten,
Stärke/Polyacrylntril-Hydrolisaten
stammen;
- – natürlichen
Polymeren, halbsynthetischen Polymeren;
- – Seifen,
Alkylsulfonaten, Alkylbenzolsulfonaten, Sulfosuccinaten, α-Olefinsulfonaten,
N-Acylsulfonaten, Alkylsulfaten, Alkylethersulfaten, Alkylphosphaten,
Alkyletherphosphaten;
- – aliphatischen
Aminsalzen und deren quaternären
Ammoniumsalzen, aromatischen quaternären Ammoniumsalzen und heterocyclischen
quaternären
Ammoniumsalzen;
- – Carboxybetain,
Sulfobetain, oberflächenaktiven
Mitteln vom Imidazolin-Typ, Lecithin;
- – Alkyl-Polyoxyethylen-Ethern,
Alkyl-Aryl-Polyoxyethylen-Ethern, Alkyl-Aryl-Formaldehyd-kondensierten Polyoxyethylen-Ethern,
Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Ethern,
Glycerolester-Polyoxyethylen-Ethern, Glycerolestern, Polyethylenglykol-Fettsäureestern,
Polyglycerolestern, Sorbitanestern, Propylenglykolestern, Saccharose-Fettsäureestern,
Propylenglykolestern, Saccharose-Fettsäurestern, Glycerolester-Polyoxyethylen-Ethern, Sorbitanester-Polyoxyethylen-Ethern
und Sorbitolester-Polyoxyethylen-Ethern;
- – sowie
Mischungen davon.
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In einem weiteren Gegenstand bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf ein System zum kontinuierlichen
Umwandeln von Kunststoffabfall in Öl, welches umfaßt:
- eine Mischeinrichtung zum Mischen von gepulvertem
Kunststoff, der erhalten wurde durch Zerkleinern von Kunststoffabfall
mit Wasser und einem Dispersionsmittel zum Bilden einer Aufschlämmung;
- eine Dispersionsmittelzugabeeinrichtung zum Zugeben eines Dispersionsmittels
in die Mischeinrichtung;
- einen röhrenförmigen,
kontinuierlichen Reaktor;
- eine Aufschlämmungszufuhreinrichtung
zum Zuführen
der Aufschlämmung
zu dem röhrenförmigen,
kontinuierlichen Reaktor;
- eine Erhitzungseinrichtung zum Erhitzen des röhrenförmigen,
kontinuierlichen Reaktors und dadurch zum Abbauen des gepulverten
Kunststoffs unter Reaktionsbedingungen, die das Wasser in den oder
nahe zu seinem superkritischen Bereich bringen lassen;
- eine Einrichtung zum Trennen des Reaktionsprodukts in eine gasförmige Komponente
und eine flüssige Komponente;
- einen Trenner zum Trennen der flüssigen Komponente in Öl und Wasser.
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Die vorliegende Erfindung macht es
möglich,
eine große
Menge von Kunststoffabfall zu behandeln, indem der Kunststoffabfall
zu Pulver zerkleinert wird, ohne verschiedene Arten von Kunststoffabfall
zu sortieren, eine Aufschlämmung
aus dem gepulverten Kunststoff und Wasser hergestellt wird, die
Aufschlämmung kontinuierlich
einem Reaktor durch eine geeignete Einrichtung wie einer Aufschlämmungspumpe
zugeführt wird,
und der gepulverte Kunststoff gemäß dem Verfahren mit superkritischem
Wasser rasch abgebaut und in Öl
umgewandelt wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Fließdiagramm,
welches eine Ausführungsform
des Verfahrens und des Systems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend
spezieller beschrieben.
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Die Kunststoffarten, die gemäß der vorliegenden
Erfindung behandelt werden können,
schließen
Thermoplaste, quervernetzte Kunststoffe, wärmehärtende Kunststoffe sowie Mischungen
davon ein.
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Die Thermoplaste schließen nicht
nur Allzweckkunststoffe, sondern auch technisch verfeinerte Kunststoffe
ein. Spezielle Beispiele davon sind Polyethylen, Polypropylen, Poly-4-Methylpenten-1, Ionomere,
Polystyrol, AS-Harz, ABS-Harz, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid,
Methylacrylharz, Polyvinylalkohol, EVA, Polycarbonate, verschiedene
Nylons, verschiedene aromatische und aliphatische Polyester, thermoplastische Polyurethane,
Cellulose-Kunststoffe und thermoplastische Elastomere.
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Die quervernetzten Kunststoffe schließen z. B.
solche ein, die durch Vernetzung der oben beschriebenen Thermoplaste
mittels Aussetzen gegenüber
einer Strahlung, Elektronenstrahlen, Licht oder dergleichen, durch
die Wirkung eines Peroxids oder dergleichen, oder durch Zugabe eines
Vernetzungsmonomers erhalten wurden.
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Die wärmehärtenden Kunststoffe schließen nicht
nur Allzweck-Kunststoffe,
sondern auch technisch verfeinerte Kunststoffe ein. Spezielle Beispiele
davon sind Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Furanharze,
Siliconharz, Epoxyharze, ungesättige
Polyesterharze, Allylharze, wärmehärtende Polyurethanharze und
Kautschuke ein.
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Diese Kunststoffe können allein,
in Vermengung von zwei oder mehreren, oder in Form eines Kompositmaterials
wie einer Legierung verwendet werden.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß nicht
nur Thermoplaste, sondern auch quervernetzte Kunststoffe und wärmehärtende Kunststofffe
behandelt werden können.
Folglich brauchen unterschiedliche Arten von Abfallkunststoffen
nicht sortiert zu werden, so daß die
Rückgewinnung
und die Behandlung des Kunststoffabfalls sehr leicht sind.
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In der vorliegenden Erfindung wird
der Kunststoffabfall zu einem Pulver zerkleinert und dann mit Wasser
gemischt, um eine Aufschlämmung
zu bilden.
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Die Teilchengröße des Pulvers ist vorzugsweise
nicht größer als
etwa 1 mm im Durchmesser. Wenn die Teilchengröße unpassend groß ist, wird
es schwierig sein, die Aufschlämmung
durch die Aufschlämmungszufuhreinrichtung
zuzuführen.
Indem die Teilchengröße verringert
wird, wird die Zufuhr durch die Aufschlämmungszufuhreinrichtung leichter,
jedoch werden die Leistungsanforderungen zum Zerkleinern und das
Volumen des Pulvers erhöht.
Folglich sollte die Teilchengröße im allgemeinen
im Bereich von 0,1 bis 1 mm liegen.
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In bezug auf die Teilchengröße sollten
Masse bzw. Bulkmaterialien auf Teilchen mit einem Durchmesser oder
einer Seitenlänge
von 0,1 bis 1 mm zerkleinert werden, aber lagenartige Materialien
(z. B. Filme) können
auf Stücke
zerkleinert werden, die einem Volumen von etwa 1 mm3 entsprechen,
wenn sie in eine Aufschlämmung
gebracht werden.
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In bezug auf die Vorrichtung zum
Zerkleinern von Kunststoffabfall zu einem Pulver mit einer Teilchengröße im vorbezeichneten
Bereich kann irgendeine der herkömmlich
bekannten Vorrichtungen wie eine Schnittmühle und eine Hammermühle verwendet
werden.
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Kunststoffabfall, der bereits ursprünglich in
Form von Teilchen mit einer Größe im vorbezeichneten
Bereich vorliegt, braucht einer weiteren Behandlung nicht unterzogen
zu werden. Einige Arten von Kunststoffabfall können zuvor von Komponenten,
die von Kunststoffen verschieden sind, befreit werden oder gereinigt
werden. Anorganisches Material wie Füllstoffe können jedoch im zu behandelnden
Kunststoffabfall vorliegen.
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Keine besondere Begrenzung wird hinsichtlich
der Art, der Temperatur, des Drucks und weiterer Eigenschaften des
Wassers auferlegt, der zum Herstellen einer Aufschlämmung verwendet
wird. Zu diesem Zweck kann das Wasser, welches aus dem Öl nach Abschluß der Reaktion
abgetrennt wurde, verwendet werden.
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Das Gewichtsverhältnis des gepulverten Kunststoffs
gegenüber
Wasser (gepulverter Kunststoff: Wasser) kann im Bereich von 1 :
0,3 bis 1 : 20 und vorzugsweise 1 : 2 bis 1 : 10 liegen, obgleich
es von der Art des Kunststoffs abhängt.
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Um eine Aufschlämmung aus dem gepulverten Kunststoff
und Wasser herzustellen, kann irgendeine der verschiedentlichen,
herkömmlich
bekannten Mischeinrichtungen zum Mischen eines Pulvers mit einer Flüssigkeit
verwendet werden, wie etwa ein vertikaler oder horizontaler Mischtank,
der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, und einem Rührenmischer.
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Eine sich aus dem gepulverten Kunststoff
und dem Wasser zusammensetzende Aufschlämmung kann einfach durch Mischung
derselben unter Rühren
hergestellt werden. Alternativ können
sie in Gegenwart eines Dispersionsmittels gemischt werden.
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Das in der vorliegenden Erfindung
verwendete Dispersionsmittel kann ein Wasser absorbierendes Harz,
ein wasserlösliches
Poly mer, ein oberflächenaktives
Mittel oder eine Mischung davon sein.
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Das Dispersionsmittel kann dem Wasser
zuvor zugegeben werden, oder kann zu der sich aus Kunststoffabfall
und Wasser zusammensetzenden Aufschlämmung zugegeben werden. Die
Zugabe des Dispersionsmittels kann durch irgendeine der herkömmlich bekannten
Dispersionsmittelzugabeeinrichtungen wie einer Fluiddosierungspumpe
und einem Pulverzudosierungszuführgerät durchgeführt werden.
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Spezielle Beispiele des wasserabsorbierenden
Harzes schließen
quervernetzte Verbindungen, die aus Polyacrylsäuresalzen (z. B. Natriumsalz;
dasselbe soll für
das nachfolgende gelten), Isobutylen-Maleinsäuresalzen, Polyvinylalkohol,
Poval-Polyacrylsäuresalzen,
Polyacrylnitril-Hydrolisat (insbesondere Polyacrylamid) und Stärke-Polyacrylnitril-Hydrolisat
(insbesondere Stärke-Polyacrylsäuresalze)
stammen.
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Das wasserabsorbierende Harz kann
in einer Menge von nicht weniger als 0,05 Gew.-%, vorzugsweise 0,1
bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Wasser, zugegeben werden.
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Das wasserlösliche Polymer kann ein natürliches
Polymer, ein halbsynthetisches Polymer, ein synthetisches Polymer,
oder eine Mischung davon sein. Spezielle Beispiel des natürlichen
Polymers schließen
Stärke,
Mannan, Galaktan, Casein, Gummi Arabikum, Gluten, Guargummi, Alginat
und Gelatine ein; spezielle Beispiele des halbsynthetischen Polymers
schließen
Carboxymethylcellulosesalze (z. B. Natriumsalz; dasselbe soll nachfolgend
gelten), Methylcellulose, Carboxymethyl-Stärkesalze, Dialdehyd-Stärke, Stärke-Glycolsäuresalze,
Fibrin-Glycolsäuresalze,
Algininsäure-Ethylenglycol-Ester
und Algininsäure- Propylenglycol-Ester
ein; und spezielle Beispiele des synthetischen Polymers schließen Polyvinylalkohol
und Polyoxyethylen ein.
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Das wasserlösliche Polymer kann in einer
Menge von nicht weniger als 0,05 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 2
Gew.-%, bezogen auf Wasser, zugegeben werden.
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Das oberflächenaktive Mittel kann ein
anionisches oberflächenaktives
Mittel, ein kationisches oberflächenaktives
Mittel, ein amphoteres oberflächenaktives
Mittel und ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel sein.
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Spezielle Beispiele des anionischen
oberflächenaktiven
Mittels schließen
Seife, Alkylsulfonate, Alkylbenzolsulfonate, Sulfosuccinate, Alpha-Olefinsulfonate,
N-Azylsulfonate, Alkylsulfate, Alkylethersulfate, Alkylphosphate
und Alkyletherphosphate ein.
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Spezielle Beispiel des kationischen
oberflächenaktiven
Mittels schließen
aliphatische Aminsalze und deren quarternäre Ammoniumsalze, aromatische
quarternäre
Ammoniumsalze und heterozyklische quarternäre Ammoniumsalze ein.
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Spezielle Beispiel des amphoteren
oberflächenaktiven
Mittels schließen
Carboxybetain, Sulfobetain, Surfactants vom Imidazolin-Typ und Lecitin
ein.
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Spezielle Beispiele des nichtionischen
oberflächenaktiven
Mittels schließen
Alkyl-Polyoxyethylenether, Alkyl-Aryl-Polyoxyethylen-Ether, Alkyl-Aryl-Formaldehyd-kondensierte
Polyoxyethylen-Ether, Polyoxyethylen-Polyoxypropoylen-Ether, Glycerolester-Polyoxyethylen-Ether,
Glycerolester, Polyethy lenglycol-Fettsäureester, Polyglycerolester,
Sorbitanester, Porpylenglycolester, Saccharose-Fettsäureester,
Glycerolester-Polyoxyethylen-Ether,
Sorbitanester-Polyoxyethylen-Ether und Sorbitolester-Polyoxyethylen-Ether
ein.
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Das oberflächenaktive Mittel kann in einer
Menge von nicht weniger als 0,01 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 1
Gew.-%, bezogen auf das Wasser, zugegeben werden.
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Wenn z. B. das Dispersionsmittel
ein wasserabsorbierendes Harz umfaßt, ist die resultierende Aufschlämmung in
der Form eines Gels. Wenn ein oberflächenaktives Mittel verwendet
wird, wird der gepulverte Kunststoff zu einer größeren Affinität gegenüber Wasser
gebracht und wird leicht darin dispergiert, um eine weniger viskose
Aufschlämmung
zu bilden. Wenn ein Mittel zur Erhöhung der Konsistenz wie ein
wasserlösliches
Polymer verwendet wird, wird eine hochviskose Aufschlämmung gebildet.
Der Ausdruck "Aufschlämmung" wird hier so gebraucht,
daß er
alle oben beschriebenen Aufschlämmungen
einschließt.
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Folglich können unterschiedliche Aufschlämmungszufuhreinrichtungen
verwendet werden, um die Aufschlämmung
kontinuierlich dem Reaktor zuzuführen.
Spezielle Beispiele der Aufschlämmungszufuhreinrichtung
schließen
eine Schneckenpumpe zur Verwendung mit Aufschlämmung, eine kolbenartige Austragsvorrichtung
(z. B. eine Plungerpumpe) und einen Hydrophoisten ein.
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Folglich kann eine größere Menge
an Kunststoffabfall ökonomischer
und schneller dem Reaktor zugeführt
werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine Druckzufuhrvorrichtung
wie ein Extruder verwendet wird.
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Da der röhrenförmige kontinuierliche Reaktor,
der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, so wirkt, daß gepulverter
Kunststoff unter Reaktionsbedingungen, die Wasser in oder in die
Nähe seines
superkritischen Bereichs bringt, abgebaut wird, wird eine dickwandige
Röhre verwendet,
die diesen Bedingungen widerstehen kann. Der Reaktor kann linear
sein, kann jedoch auch verwendet werden, indem er in eine Spule gewunden
wird oder in einer U-Form gebogen wird.
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Spezielle Beispiele des Materials
des Reaktors schließen
metallische Materialien wie Kohlestahl, spezielle Stahle (z. B.
Ni-, Cr-, V- und Mo-Stahle), austenitischer rostfreier Stahl, Hastalloys
und Titan; solche metallischen Materialien, die mit Glas, Keramiken,
Carbat oder dergleichen gefüttert
werden; und solche metallische Materialien, die mit anderen Materialien
plattiert sind, ein.
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Das Reaktionsrohr, welches den Reaktor
aufbaut, besitzt eine Länge
von 10 bis 100 m, obgleich es von der Art des zu behandelnden Kunststoffs
und den Bedingungen des Abbaus abhängt.
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Der Reaktor wird durch eine geeignete
Erhitzungseinrichtung erhitzt. Verwendbare Erhitzungseinrichtungen
schließen
einen elektrischen Heizer, einen Brenner, Verbrennungsgas, Dampf,
ein Heizmedium und dergleichen ein. Der Reaktor wird jedoch vorzugsweise
durch einen Erhitzungsofen unter Verwendung eines Brenners erhitzt,
so daß Gas
und Öl,
welches als Kunststoffabbauprodukte erhalten werden, als Brennstoff verwendet
werden können.
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Die Reaktionsbedingungen, die zum
Erhalt von Öl
durch Abbau einer aus gepulvertem Kunststoff und Wasser zusammengesetzten
Aufschlämmung
angewandt werden, müssen
so sein, daß die
Tempe ratur nicht weniger als die kritische Temperatur von 374°C und der
Druck nicht geringer als der kritische Druck von 22,1 MPa ist, um
so das Wasser zum Aufbau eines Mediums in seinen superkritischen
Bereich zu bringen, oder daß der
Druck nicht geringer als das 0,8-fache des kritischen Drucks und
die Temperatur nicht geringer als 300°C ist, um so das Wasser zum
Aufbau eines Mediums in die Nähe
seines superkritischen Bereichs zu bringen. Um gepulverte Kunststoffe
in Gegenwart von Wasser in oder in der Nähe seines superkritischen Bereichs
abzubauen, sollte die Temperatur im Bereich von 350 bis 650°C und vorzugsweise
400 bis 600°C
liegen. Wenn die Temperatur unpassend hoch ist, wird die Erzeugung
einer gasförmigen
Komponente erhöht.
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Die Reaktionsdauer, die zum Abbauen
der gepulverten Kunststoffe und dadurch zum Erzeugen von Öl angewandt
wird, sollte 30 Minuten oder weniger und vorzugsweise 10 Minuten
oder weniger betragen. Wenn die Reaktionsdauer unangemessen lang
ist, wird der Durchsatz gemindert, die Produktion einer gasförmigen Komponente
wird erhöht,
und es wird sich die Bildung von Kohle ergeben.
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Das Reaktionsprodukt, entweder als
solches oder, falls erforderlich, nach dessen Abkühlen, wird
je nach Erfordernis durch ein Spülventil
geführt
und einem Trenner zugeführt.
In diesem Trenner wird das Reaktionsprodukt in eine gasförmige Komponente
und eine flüssige
Komponente getrennt, und die flüssige
Komponente wird weiter in Öl
und Wasser getrennt. Der hier verwendete Ausdruck "die flüssige Komponente
wird getrennt" bedeutet
eine Trennung, indem sie absetzen gelassen wird, und ein Absatzbehälter oder
dergleichen wird als dem Trenner verwendet.
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Wenn ein Dispersionsmittel verwendet
wird, wird dieses Dispersionsmittel ebenso abgebaut und übt keinen
Einfluß auf
die Trennung der flüssigen
Komponente aus.
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Die gasförmige Komponente besteht im
wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen mit vier oder weniger Kohlenstoffatomen.
Diese gasförmige
Komponente kann als Brennstoff zum Heizen des Reaktors verwendet werden,
entweder direkt oder nach Entfernen von Chlorwasserstoff, oder kann
für andere
Zwecke verwendet werden.
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Das Öl enthält Kohlenwasserstoffe, von
niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen mit fünf oder mehr Kohlenstoffatomen
bis zu Kohlenwasserstoffen mit einem Siedepunkt von 500°C bei Atmosphärendruck
reichend. Das Öl
wird aus dem System entnommen und als Brennstoff, als Rohmaterial,
als einem Bestandteil für
eine Zusammensetzung und dergleichen verwendet, aber ein Teil davon
kann als Brennstoff zum Heizen des Reaktors verwendet werden.
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Wenn die gasförmige Komponente und das Öl, die so
erhalten werden, als Brennstoffe verwendet werden, enthalten sie
weniger Schwefel und Schwermetalle, die für die Umweltverschmutzung verantwortlich
sind, und besitzen bei der Verbrennung einen höheren Wärmewert im Vergleich zu Schweröl und Kohle.
Darüber hinaus
kann das Öl
einer Fraktionierungsdestillation unterzogen werden, und die sich
ergebenden Fraktionen können
als verschiedentliche Arten von Brennstoff, Rohmaterialien für chemische
Synthesen, Kohlenwasserstofflösungsmittel
und dergleichen verwendet werden.
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Ein Teil des Wassers wird aus dem
System abgezogen und entsorgt, während
der Rest zum Herstellen einer Aufschlämmung von gepulverten Kunststoffen
wiederverwendet werden kann.
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Falls erforderlich kann das Wasser
durch einen Filter oder Sieb durchgelassen werden, um jegliche Festsubstanz
wie Füllstoffe
zu entfernen.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens und
des Systems der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben.
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Gepulverter Kunststoff 1,
der durch Vorbehandlung von Kunststoffabfall und dann je nach Erfordernis durch
Zerkleinern erhalten wird, wird einer Mischeinrichtung 2 (z.
B. ein Mischtank) zugeführt.
In dieser, Wasser 8 enthaltenden Mischeinrichtung 2 wird
gepulverter Kunststoff 1 mit gerührtem Wasser 8 vermischt,
mit oder ohne der Zugabe eines Dispersionsmittels 12. Somit
wird eine Aufschlämmung 3 gebildet.
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Diese Aufschlämmung 3 wird kontinuierlich
einem röhrenförmigen,
kontinuierlichen Reaktor 5 durch eine Aufschlämmungszufuhreinrichtung 4 zugeführt. Der
röhrenförmige kontinuierliche
Reaktor 5 wird in einem Heizofen 7, der mit einer
Heizeinrichtung 6 (d. h. in diesem Fall einem Brenner)
ausgerüstet
ist, auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Somit bildet das
Wasser in der Aufschlämmung
ein Wassermedium in oder in der Nähe seines superkritischen Bereichs,
so daß der
gepulverte Kunststoff abgebaut wird, um ein Reaktionsprodukt 9 zu
ergeben.
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Das aus dem röhrenförmigen, kontinuierlichen Reaktor 5 entnommene
Reaktionsprodukt 9 wird durch ein Spülventil 10 durchge lassen
und einem Trenner 11 zugeführt, wo es in eine gasförmige Komponente 13 und
eine flüssige
Komponente getrennt wird.
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Die gasförmige Komponente 13 wird
von dem oberen Teil des Trenners 11 entnommen und der Heizeinrichtung 6 zugeführt, wo
sie mit Hilfe von Luft 18 verbrannt wird.
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Im Trenner 11 wird die flüssige Komponente
weiter in Öl 14 und
Wasser 15 getrennt. Nachdem das Öl 14 aus dem Trenner 11 abgezogen
wurde, wird ein Teil davon der Heizeinrichtung 6 zugeführt und
dort verbrannt, und der Rest wird aus dem System entnommen und für andere
Zwecke verwendet.
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Ein Teil des Wassers 15 wird
aus dem System als abgezogenes Wasser 16 entnommen, und
der Rest wird dem Mischtank 2 als Zirkulationswasser 17 recycelt.
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Die vorliegende Erfindung wird unter
Bezugnahme auf die folgenden Beispiele spezieller erläutert. Es ist
jedoch klar, daß die
vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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Beispiele 1 bis 6
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Unter Verwendung des in 1 veranschaulichten Systems
wurde ein gepulverter Drahtummantelungsabfall, der quervernetztes
Polyethylen oder eine Mischung aus quervernetztem Polyethylen und
Polyethylen umfaßte,
in Wasser dispergiert, mit oder ohne der Zugabe eines Dispersionsmittels,
und unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen abgebaut:
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Der röhrenförmige, kontinuierliche Reaktor
schloß eine
dickwandige Reaktionsröhre
mit einem Innendurchmesser von 5 mm, einem Außendurchmesser von 10 mm und
einer Länge
von 60 m ein.
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Die so erhaltenen Ergebnisse sind
in Tabelle 1 gezeigt.
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Unterschiedliche Arten von Aufschlämmungen
konnten mittels einer Aufschlämmungspumpe
kontinuierlich dem Reaktor zugeführt
werden. Darüber
hinaus konnte, wie aus Tabelle 1 ersehen werden kann, Kunststoffabfall
in einer kurzen Zeitdauer kontinuierlich abgebaut werden, und Brennstoffgas
und Öl
konnte mit hoher Ausbeute erhalten werden.
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In Tabelle 1 ist das wasserabsorbierende
Harz A ein quervernetztes Polyacrylsäure-Natriumsalz, das wasserabsorbierende
Harz B ist ein Natriumsalz eines quervernetzten Stärke/Acrylsäurepfropfcopolymeren, das
wasserlösliche
Polymer C ist ein Carboxymethylcellulose-Natriumsalz, und das oberflächenaktive
Mittel D ist Polyethylenglycol-Stearat.
