EP0581039A1 - Verfahren zum Recycling von Holzwerkstoffen - Google Patents
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- B27N3/04—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from fibres
Definitions
- the invention relates to a method for recycling generally plate-shaped elements from wood materials glued with urea-formaldehyde binders.
- Wood-based materials of the type in question are in particular wood fiber boards, chipboard and plywood boards, which do not have to be coated, but are often used with a coating of plastic as worktops and furniture elements and as elements for interior fittings (coating with HPL boards, ie high-pressure laminate boards or the like.).
- the professional world dealt with the recycling of such elements many years ago (early 1970s), since it was recognized early on that valuable material would be destroyed senselessly and in an environmentally hazardous manner when it was burned or deposited.
- the elements should be broken up into larger parts so that they fit into the pressure chamber of an autoclave.
- the teaching of the invention is based on the object of specifying how to use a recycling method of the type in question to create new elements satisfactory properties that can be compared with those made from new goods.
- a first alternative of the method according to the invention is the subject of claim 1
- a second alternative is the subject of claim 2.
- the elements are first broken into small fragments in the pretreatment step, i. H. Fragments with dimensions of a few centimeters.
- This has two results, on the one hand a significantly increased surface for the interaction with the saturated water vapor in the digestion step, i.e. a significantly improved effectiveness of the thermal-hydrolytic digestion, on the other hand a significantly better use of space in the pressure vessel, especially in the autoclave. This makes the breakdown into the fibrous, chip-shaped or platelet-shaped basic components much more effective.
- the essential essence of the invention lies in the choice of the correct binders for the re-gluing of the basic components to new elements. It has been recognized here that it is not possible to work with the binders that have been tried and tested for new goods (molar ratio of urea: formaldehyde 1: 1.0 to 1: 1.2), but should instead use condensed urea-formaldehyde binders, namely those with a higher one Molar ratio of formaldehyde, in particular with a molar ratio of 1: 1.3 to 1: 2.0.
- the alternative described in claim 2 is based initially on the same knowledge of the urea residues on the fibrous basic components after the disruption step.
- This alternative includes an additional process step, namely that of cleaning the basic components with a cleaning liquid, which should preferably be pure water.
- a cleaning liquid which should preferably be pure water.
- the urea residues are rinsed off the fibers and the fibers are returned to their initial state.
- This measure is based on the knowledge that the urea residues have become water-soluble as a result of the digestion step and thus accumulate in the cleaning liquid. This ultimately ensures that the fibrous, chip-like, platelet-like or the like.
- Basic components can be processed further as is done with new goods, i.e.
- the digestion step is preferably carried out using saturated steam, that is to say in a saturated steam atmosphere.
- saturated steam that is to say in a saturated steam atmosphere.
- the preferred temperature / pressure ranges are given in claim 4.
- the correlations result from the state diagram of water, which can be found in the literature. Experiments have shown that the disruption time described in claim 5 is sufficient.
- the hot steam from the digestion step is used in a preheating step at normal pressure to preheat and dampen the fragments. This can happen in connection with an autoclave with both batch and continuous loading, one works in a countercurrent, so that the warming up of the fragments in the autoclave takes less time and the disruption is a little faster.
- contaminating material residues such as non-ferrous metals, plastic parts, coating parts etc. are separated from the secondary material in a separation step.
- This measure is of course particularly recommended in the case of elements provided with coatings of plastic as the starting material, for example kitchen worktops or the like. It would be unfavorable for the new element made from the secondary material if a large number of impurities are contained in the starting material. A small amount of relatively small-volume impurities, however, does not matter.
- the material is expediently screened and sifted in the separation step.
- suitable sifters reference may be made to the literature (see again Lueger "Lexicon dertechnik" loc. Cit. For the keyword "sifter").
- Urea compounds essentially methylol urea, dimethylol urea etc. collect in the cleaning liquid, in particular in water. These chemical products can also be used for further use. For this purpose, it is recommended that the used (dirty) cleaning liquid condenses, thickened in particular by evaporation or ultrafiltration, and a residue concentrate which essentially contains urea compounds is thus obtained.
- This concentrate essentially consists of the urea compounds already given. Possible uses for such a concentrate are mentioned optionally in claim 10.
- the use for the reduction of nitrogen oxides in incineration plants appears very interesting according to the current state of knowledge, since the materials concerned are particularly effective here.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen.
- Holzwerkstoffe der in Rede stehenden Art sind insbesondere Holzfaserplatten, Holzspanplatten und Sperrholzplatten, die nicht beschichtet sein müssen, aber häufig mit einer Beschichtung aus Kunststoff als Arbeitsplatten und Möbelelemente sowie als Elemente für den Innenausbau Verwendung finden (Beschichtung mit HPL-Platten, d. h. Hochdruck-Schichtstoffplatten od. dgl.). Mit dem Recycling von derartigen Elementen hat sich die Fachwelt schon vor vielen Jahren befaßt (Anfang der 70er Jahre), da schon früh erkannt wurde, daß hier wertvolles Material beim Verbrennen oder Deponieren sinnlos und umweltgefährdend vernichtet wird. Bei einem damals vorgeschlagenen Verfahren sollten die Elemente in größere Teile gebrochen werden, so daß sie im Druckraum eines Autoklaven Platz finden. Für die Technik des thermisch-hydrolytischen Aufschlusses im Autoklaven darf auf den allgemein bekannten Stand der Technik verwiesen werden, beispielsweise in Lueger "Lexikon der Technik", DVA Stuttgart, Stichwort "Autoklaven" bzw. "Druckbehälter".
- Das früher beschriebene Verfahren mußte mit relativ hohem Druck im Autoklaven gefahren werden, die nach diesem Aufschließungsschritt vorliegenden spanförmigen Grundbestandteile wurden dann wieder einer Verleimung mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln zu neuen Elementen zugeführt. Die Qualität der aus diesem Sekundärrohstoff hergestellten neuen Elemente war aber so schlecht, daß sie eigentlich nicht ernsthaft eingesetzt werden konnten. Trotz seitheriger vielfältiger Bemühungen der Fachleute ist es bis heute nicht gelungen, ein zu neuen verleimten Elementen aus Sekundärwerkstoff mit zu Neuware vergleichbaren Eigenschaften führendes Verfahren zu finden.
- Der Lehre der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie man mit einem Recycling-Verfahren der in Rede stehenden Art zu neuen Elementen mit befriedigenden Eigenschaften kommt, die mit denen aus Neuware gefertigter Elemente zu vergleichen sind.
- Eine erste Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 1, eine zweite Alternative ist Gegenstand des Anspruchs 2.
- In beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Vorbehandlungsschritt zunächst ein Brechen der Elemente in kleine Bruchstücke, d. h. Bruchstücke mit Abmessungen von einigen Zentimetern. Das hat zwei Ergebnisse, einerseits eine wesentlich erhöhte Oberfläche für die Wechselwirkung mit dem gesättigten Wasserdampf im Aufschließungsschritt, also eine wesentlich verbesserte Wirksamkeit des thermisch-hydrolytischen Aufschlusses, andererseits eine wesentlich bessere Raumausnutzung im Druckbehälter, insbesondere im Autoklaven. Dadurch wird die Zerlegung in die fasrigen, spanförmigen bzw. plättchenförmigen Grundbestandteile wesentlich effektiver.
- In der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der wesentliche Kern der Erfindung in der Wahl der richtigen Bindemittel für die erneute Verleimung der Grundbestandteile zu neuen Elementen. Hier ist erkannt worden, daß man mit den für Neuware bewährten Bindemitteln (Molverhältnis Harnstoff: Formaldehyd 1:1,0 bis 1:1,2) nicht arbeiten kann, sondern anders einkondensierte Harnstoff-Formalehyd-Bindemittel verwenden sollte, nämlich solche mit einem höheren Molverhältnis an Formaldehyd, insbesondere mit einem Molverhältnis von 1:1,3 bis 1:2,0. Diese Erkenntnis beruht auf der Tatsache, daß der thermisch-hydrolytische Aufschluß der Bruchstücke zwar die fasrige Grundstruktur der Grundbestandteile wiederherstellt, indem die durch die Verleimung gegebene Vernetzung rückgängig gemacht wird, daß aber an den einzelnen Fasern, Spänen oder Plättchen noch so viel Harnstoff-Reste anhaften, daß bei Einsatz normaler Bindemittel ein Harnstoff-Überschuß eintritt, der die Eigenschaften der dann entstehenden Elemente stark beeinträchtigt. Erfindungsgemäß wird der so erkannte Harnstoff-Überschuß durch einen Formaldehyd-Überschuß im Bindemittel kompensiert, so daß dort vorliegende überschüssige Formehaldehyd mit dem an den Fasern befindlichen Rest-Harnstoff letztlich insgesamt wieder zu den richtigen Einstellungsverhältnissen führt.
- Die im Anspruch 2 beschriebene Alternative beruht zunächst auf der gleichen Erkenntnis zu den Harnstoff-Resten auf den fasrigen Grundbestandteilen nach Ablauf des Aufschließungsschrittes. Diese Alternative beinhaltet einen zusätzlichen Verfahrensschritt, nämlich den der Reinigung der Grundbestandteile mit einer Reinigungsflüssigkeit, bei der es sich bevorzugt um reines Wasser handeln sollte. Dadurch werden die Harnstoff-Reste von den Fasern abgespült und die Fasern werden in ihren Anfangszustand zurückgeführt. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß die Harnstoff-Reste durch den Aufschließungsschritt wasserlöslich geworden sind und sich so in der Reinigungsflüssigkeit ansammeln. Damit wird dann letztlich erreicht, daß die fasrigen, spanförmigen, plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile so weiterverarbeitet werden können, wie das mit Neuware erfolgt, also insbesondere mit den üblichen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln oder auch mit anderen Bindemitteln, beispielsweise auf Phenolharz-Basis. Man muß also hier nicht mit den in der ersten Alternative erforderlichen speziellen bzw. chemisch speziell eingestellten Bindemitteln arbeiten. Befinden sich trotz des Waschens noch Reste von Harnstoff an den Fasern, so können jedoch ebenfalls leicht erhöhte Molverhältnisse genutzt werden.
- In beiden Alternativen werden, wie Versuche ergeben haben, als Endprodukt neue, in der Regel plattenförmige Elemente aus Holzwerkstoffen hergestellt, die in ihren Eigenschaften den Elementen aus Neuware praktisch nicht nachstehen.
- Wie weiter oben schon erläutert worden ist, arbeitet man im Aufschließungsschritt bevorzugt mit gesättigtem Wasserdampf, also in einer Sattdampfatmosphäre. Die dabei bevorzugten Temperatur-/Druck-Bereiche sind im Anspruch 4 angegeben. Die Zusammenhänge ergeben sich aus dem der Literatur entnehmbaren Zustandsdiagramm von Wasser. Versuche haben gezeigt, daß die im Anspruch 5 beschriebene Aufschließungszeit ausreicht.
- Aus verfahrenstechnischen Gründen und insbesondere aus Gründen der Optimierung der Energiebilanz des gesamten Verfahrens empfiehlt es sich, daß der heiße Wasserdampf aus dem Aufschließungsschritt in einem Vorwärmschritt bei normalem Druck zur Vorwärmung und Dämpfung der Bruchstücke verwendet wird. Das kann in Verbindung mit einem Autoklaven sowohl bei chargenweiser als auch beikontinuierlicher Beschickung passieren, man arbeitet gewissermaßen im Gegenstrom, so daß das Aufwärmen der Bruchstücke im Autoklaven dann entsprechend weniger lange dauert und die Aufschließung etwas schneller wird.
- Um eine Geruchsentwicklung zu unterbinden oder zumindest zu mindern, empfiehlt es sich, daß der Dampf aus dem Autoklaven vor dem Öffnen und Entleeren des Autoklaven abgesaugt und vorzugsweise durch Frischluft ersetzt wird.
- Weiter empfiehlt es sich, daß nach dem Aufschließungsschritt, vorzugsweise erst nach dem Reinigungsschritt, in einem Trennungsschritt verunreinigende Materialreste wie Nichteisenmetalle, Kunststoffteile, Beschichtungsteile etc. aus dem Sekundärwerkstoff abgetrennt werden. Diese Maßnahme empfiehlt sich natürlich insbesondere bei mit Beschichtungen aus Kunststoff versehenen Elementen als Ausgangsmaterial, beispielsweise Küchenarbeitsplatten od. dgl.. Es wäre für das aus dem Sekundärwerkstoff hergestellte neue Element ungünstig, wenn sehr viele Verunreinigungen im Ausgangsmaterial enthalten sind. Eine geringfügige Menge von relativ kleinvolumigen Verunreinigungen macht hingegen nichts aus. Zweckmäßig erfolgt im Trennungsschritt eine Siebung und Sichtung des Materials. Für die Konstruktion entsprechend passender Sichter darf auf die Literatur verwiesen werden (siehe erneut Lueger "Lexikon der Technik" aaO zum Stichwort "Sichter").
- Für das Verfahren nach der zweiten Alternative gemäß Anspruch 2 also das Verfahren unter Einschluß des wesentlichen Reinigungsschrittes der Grundbestandteile, empfiehlt es sich, daß die Spülung im Gegenstrom in einem Kaskadensystem erfolgt, also die schon am besten gesäuberten Grundbestandteile mit der saubersten Reinigungsflüssigkeit und die noch gar nicht gesäuberten Grundbestandteile mit der schon am stärksten verschmutzten Reinigungsflüssig. keit gespült werden.
- In der Reinigungsflüssigkeit, insbesondere also im Wasser, sammeln sich Harnstoff-Verbindungen, im wesentlichen Methylolharnstoff, Dimethylolharnstoff etc.. Diese chemischen Produkte kann man ebenfalls für die weitere Verwendung nutzen, dazu empfiehlt es sich dann, daß die benutzte (verschmutzte) Reinigungsflüssigkeit aufkondensiert, insbesondere mittels Eindampfung oder Ultrafiltration eingedickt und so ein Reststoffkonzentrat, das im wesentlichen Harnstoff-Verbindungen enthält, gewonnen wird.
- Dieses Konzentrat besteht im wesentlichen aus den zuvor schon angegebenen Harnstoff-Verbindungen. Verwendungsmöglichkeiten für ein solches Konzentrat sind in Anspruch 10 fakultativ genannt. Insbesondere die Nutzung für die Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsanlagen erscheint nach heutigem Wissensstand sehr interessant, da die betroffenen Materialien hier besonders wirkungsvoll sind.
Claims (10)
- Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen ohne oder mit einer Beschichtung aus Kunststoff, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan- oder Sperrholzplatten,
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschieden werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine bestimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wassyerdampfatmosphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und bei dem dann der dann schon in seine fasrigen, spanförmigen bzw. plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff - Sekundärwerkstoff - zu neuen, in der Regel plattenförmigen Elementen verleimt wird,
wobei zur Verleimung chemisch angepaßte, nämlich die an den Fasern, Spänen, Plättchen od. dgl. noch anhaftenden Reste von Harnstoff einkondensierende Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel mit einem überproportional hohen Molverhältnis an Formaldehyd verwendet werden. - Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen ohne oder mit einer Beschichtung aus Kunststoff, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan- oder Sperrholzplatten,
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschieden werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine bestimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmosphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und bei dem in einem Reinigungsschritt der dann schon in seine fasrigen, spanförmigen, plättchenförigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff bei normalem Druck intensiv mit einer Reinigungsflüssigkeit, insbesondere mit reinem Wasser, gespült wird und so ein von anhaftenden Harnstoff-Resten befreiter Sekundärwerkstoff hergestellt wird, der mit für Neuware geeigneten Bindemitteln zu neuen Elementen verleimt werden kann. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel mit einem Molverhältnis (Harnstoff: Formaldehyd) von 1:1,3 bis 1:2,0 verwendet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufschließungsschritt mit einer Temperatur zwischen 120° C und 180° C (390 bis 450 K), vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 140° C und 160° C (410 bis 430 K), und mit einem Druck zwischen 2 und 11 bar, vorzugsweise zwischen 4 und 5 bar gearbeitet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschließungszeit von 2 bis 5 min, vorzugsweise von ca. 3 min, bei einer Vorlaufzeit (Aufheizzeit) von 0,5 bis 2 min, vorzugsweise von ca. 1 min, eingehalten wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Wasserdampf aus dem Aufschließungsschritt in einem Vorwärmschritt bei normalem Druck zur Vorwärmung und Dämpfung der Bruchstücke verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschließungsschritt in einem chargenweise oder kontinuierlich beschickten Autoklaven durchgeführt wird und, vorzugsweise, daß der Dampf aus dem Autoklaven vor dem Öffnen und Entleeren des Autoklaven abgesaugt und vorzugsweise durch Frischluft ersetzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufschließungsschritt, vorzugsweise erst nach dem Reinigungsschritt, in einem Trennungsschritt verunreinigende Materialreste wie Nichteisenmetalle, Kunststoffteile, Beschichtungsteile etc. aus dem Sekundärwerkstoff abgetrennt werden, und vorzugsweise, daß die Trennung durch Siebung und/oder Sichtung erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülung im Gegenstrom in einem Kaskadensystem erfolgt, also die schon am besten gesäuberten Grundbestandteile mit der saubersten Reinigungsflüssigkeit und die noch gar nicht gesäuberten Grundbestandteile mit der schon am stärksten verschmutzten Reinigungsflüssigkeit gespült werden.
- Verfahren nach Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die benutzte (verschmutzte) Reinigungsflüssigkeit aufkondensiert, insbesondere mittels Eindampfung oder Ultrafiltration eingedickt und so ein Reststoffkonzentrat, das im wesentlichen Harnstoffverbindungen enthält, gewonnen wird und vorzugsweise, daß das Reststoffkonzentrat als Sekundärrohstoff für die Herstellung von Leimen auf Basis Harnstoffharz insbesondere wieder für die Herstellung entsprechender Holzelemente verwendet wird oder das Reststoffkonzentrat für die Harzkondensation von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen verwendet wird oder das Reststoffkonzentrat für die selektive, nichtkatalytische Reduktion von Stickoxiden (NOx) in Verbrennungsanlagen verwendet wird.
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