WO2023180498A1 - Verfahren und anordnung zur energie-rückgewinnung beim extrudieren - Google Patents

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WO2023180498A1
WO2023180498A1 PCT/EP2023/057576 EP2023057576W WO2023180498A1 WO 2023180498 A1 WO2023180498 A1 WO 2023180498A1 EP 2023057576 W EP2023057576 W EP 2023057576W WO 2023180498 A1 WO2023180498 A1 WO 2023180498A1
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heat transfer
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Johannes Wissing
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Johannes Wissing
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    • B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the extruded material strand is granulated in a granulator downstream of the extruder, for example in the form of strand granulation, water granulation or underwater granulation.
  • the plastic material is also cooled in the area of the granulator, typically using a liquid coolant, although in practice water is usually used as the coolant.
  • a model system for producing plastic granules has the following key data: an extruder produces 1 t of plastic material per hour. This material leaves the extruder at a temperature of around 200 °C. It is cooled down to around 40 °C using a cooling liquid in order to reach its packaging temperature, at which the material can be packed in big bags or octabins, for example, and at which it is impossible the individual granules can stick together due to the residual heat inherent in them.
  • water is used as a cooling liquid and is circulated, for example a quantity of water of approximately 500 to 2,000 liters. In order to cool the water, which is heated by the extruded plastic material, to a sufficiently low temperature, which is the desired one To enable cooling of the extruded material, a cooling capacity of around 100 to 140 kW must be installed in this model system.
  • the raw material to be extruded is usually freed from adhering water before it enters the extruder in order to prevent the formation of steam bubbles in the extruder as much as possible.
  • the delivered raw material can have a residual moisture of around 10%. Drying is often carried out using a thermal dryer. Each liter of water to be removed requires an installed drying capacity of approximately 1 kW.
  • plastic granulate essentially consists of the two process steps of extrusion and subsequent granulation.
  • process energy required for these core processes in practice the production of plastic granulate requires considerable additional energy expenditure for secondary processes, namely for drying the raw material and cooling the extruded and granulated material.
  • the invention is based on the object of improving a generic method in such a way that the production of plastic granules can be carried out with the highest possible efficiency in terms of the installed power required for this and with the lowest possible environmental impact. Furthermore, the invention is based on the object of: Specify a suitable facility for carrying out this procedure.
  • the invention proposes supplying the coolant that has been heated in the granulator to a heat pump.
  • the coolant can be supplied directly to the heat pump so that it can transfer its heat content directly to the heat pump.
  • two heat transfer circuits can be used, so that the coolant flowing through the granulator and guided in a first circuit can transfer its heat content indirectly to the heat pump, for example by connecting the heat pump to a heat exchanger which is in the first circuit is integrated.
  • the second circuit namely the heat transfer medium flowing through the heat pump, can be kept free of loads that may burden the first circuit, namely, for example, dirt loads or particles resulting from the granulation process.
  • a comparatively high temperature level of a heat transfer medium heated in the heat pump can be achieved with a comparatively low energy expenditure, which would otherwise require a higher use of separate energy sources, for example through the combustion of finite raw materials such as gas or oil.
  • the significantly higher temperature level of the heat transfer medium allows the heat to be used as process or heating heat.
  • the process heat can, for example, be used in the proposed method itself, e.g. B. for drying the raw material used.
  • the heat can be used in the form of convection and/or radiant heat, for example by heating the housing walls, rotor axis, paddle arms and/or paddles of the dryer, or by blowing hot air into the dryer.
  • the heat of the warm heat transfer medium can be used to directly heat components of the dryer by, for example, directing the liquid heat transfer medium into the housing walls, the rotor axis, the paddle arms and / or the paddles of the dryer.
  • the heat of the warm heat transfer medium can be used to indirectly heat components of the dryer by transferring the heat contained in the liquid heat transfer medium to a gas, e.g. B. by means of an air/water heat exchanger, and this gas is passed into the respective components of the dryer in order to heat them up.
  • the granules produced have a lower economic value than granules produced from virgin plastic material .
  • the manufacturing costs can be reduced because the process heat that is already generated in the core processes can be used for secondary processes such as drying or cooling.
  • the proposed manufacturing process offers two advantages: the impact on the environment is reduced in that the waste heat from the extruded material is not simply released into the environment, for example by passing the coolant through a cooler through which ambient air flows and the coolant is cooled by releasing its heat into the ambient air. Rather, the heat absorbed by the coolant is made usable by the proposed heat pump, as will be explained in more detail below.
  • a second economic advantage can arise from the fact that by using the heat contained in the coolant, the use of separately generated process heat elsewhere can be eliminated or reduced.
  • the heat that arises in the zones of corresponding temperature in particular, for example, in the hot zones of the extruder, the melt filter or similar components of the system and that is given off in the form of radiant heat.
  • the radiant heat can also be used to heat up a heat transfer medium, for example to generate warm air, which can also be used, for example, for drying moist primary material.
  • the coolant e.g. water
  • leaves the granulator at a temperature of 40 °C for example, because the water circulated serves to cool the plastic granules produced in the granulator to the packaging temperature of 40 °C, so that the coolant flow is adjusted accordingly, not to exceed this temperature.
  • the water is accordingly introduced into the heat pump at a temperature of 40 °C in order to generate a temperature level of 60 °C or more, advantageously 80 to 90 °C, using the heat pump.
  • the heat pump can be designed in multiple stages, i.e. include two or more heat pump stages connected in series.
  • the medium used in granulation for example water
  • This separation of the heat transfer media in two separate circuits ensures that the unit that cools down the second cooling circuit is not contaminated with fine particles that come from granulation and are generated during the granulation process.
  • a filter can be installed upstream of the heat exchanger in the granulation water. This ensures better heat transfer efficiency even for longer periods of time.
  • a heat transfer medium is heated to the mentioned temperature level of 60 °C or more, advantageously 80 to 90 °C.
  • the heat transfer medium can be a gas or a liquid, in particular air or water as economically available heat transfer mediums that are harmless in terms of their chemical and health properties.
  • the heat transfer medium heated by the heat pump can transport the heat to where it can be used either for the production of the plastic granules or elsewhere to replace otherwise required heat energy that would have to be provided separately:
  • the heat can be used to thermally dry the raw material provided before it enters the extruder,
  • the heat can be used to preheat the supplied raw material before it enters the extruder, so that the amount of energy required to plasticize the material in the extruder can be reduced,
  • the heat can be used to olfactorily clean the plastic material by denaturing organic deposits. This can be done, for example, at the beginning of the process by treating the raw material provided by means of a hot wash using caustic soda and/or other suitable means before the raw material enters the extruder.
  • the heat at the end of the process can be used to heat the granules produced and for a certain period of time, e.g. B. to be kept at or above a certain minimum temperature for several hours (e.g. 8 - 30 h) so that volatile contaminants and odors can diffuse out, so that the granules undergo a final olfactory cleaning,
  • the heat can be used to heat a building, for example the building in which the system is located, so that the need for external energy sources such as gas or oil for building heating can be reduced,
  • the heat can be used to heat buildings in close proximity, for example production halls or administrative buildings that are located on the same property as the building in which the system is located, so that heat losses from the heat transfer medium can be kept as low as possible by using appropriately short pipe routes ,
  • the energetic advantage of the proposed method does not lie in a direct energy saving in the production of plastic granules, but in an indirect energy saving, namely elsewhere.
  • a positive aspect for the environment in the production of plastic granulate results from the fact that the waste heat generated in this production process, namely when the extruded plastic material cools down immediately behind the extruder and in the granulator, is not released into the environment as heat pollution, but rather is otherwise used.
  • the diagram illustrates a process and a system 1 for the production of plastic granules.
  • Recycling material which contains plastic components but also components made of plant fibers, is placed into a dryer 3 as raw material 2 - indicated by an arrow - in order to reduce the moisture of the raw material 2.
  • the dryer 3 has a double-walled housing 17 and in its interior a rotatable shaft 18, which is also referred to as a rotor axis and is equipped with several paddles 19 in order to loosen the recycling material in the dryer 3, circulate it and ventilate it on all sides if possible.
  • the dried raw material 2 is fed from the dryer 3 into an extruder 4, plasticized and extruded into a material strand, which is granulated in a granulator 5 downstream of the extruder 4, i.e. is divided into a large number of small particles.
  • the plastic granulate 6 produced in this way also indicated by an arrow - is packed in large containers and can be used as a raw material and further processed in the plastics processing industry, similar to virgin plastic granulate.
  • a liquid coolant, water in the exemplary embodiment shown, is circulated through the extruder 4 and the granulator 5.
  • the cold coolant is marked 7, which is fed to the extruder 4 and the granulator 5 at its low temperature.
  • a drive motor, a gear, a vacuum degassing or the like can be cooled.
  • the cold coolant 7 After the cold coolant 7 has warmed up and cooled the plastic material and possibly system components, it emerges from the extruder 4 and the granulator 5 and is marked as warm coolant with 8 in the diagram.
  • a heat pump 9 in which a liquid heat transfer medium is heated, is connected to the first heat exchanger 20 by connecting lines 21.
  • water serves as a heat transfer medium that flows through the heat pump 9.
  • the connecting lines 21 effect heat transfer from the first heat exchanger 20 to the heat pump 9, and on the other hand they create two separate heat transfer circuits, one of which flows through the first heat exchanger 20 and the other through the heat pump 9.
  • a filter can be arranged in order to remove the mentioned residual particles from the granulation process from the first circuit. The remaining particles can be added to the raw material 2, for example.
  • the heat transfer medium is heated in the heat pump 9, with the warm heat transfer medium being marked 10 in the diagram.
  • the warm heat transfer medium 10 is guided into a second heat exchanger 11, which is designed as an air/water heat exchanger.
  • Cold air 12 flows in the second heat exchanger 11, is heated there, and the hot air 14 thus generated is blown into the interior of the dryer 3 by means of a blower 15 in order to thermally dry the raw material 2 located in the dryer 3.
  • part of the moisture-laden and now cooled hot air 14 can be blown outdoors, but air drying can also be provided, for example in the form of a condensate dryer or the like.
  • the cold air 12 can be sucked in as fresh air from outside into the second heat exchanger 11.
  • the diagram shows that the cold air 12 is sucked in from the dryer 3, so that an intensive air flow through the raw material 2 in the dryer 3 is caused, which improves the drying performance.
  • the energy balance is also improved because the hot air 14 is circulated and contains residual heat when, now cooled, it is sucked in as cold air 12 from the dryer 3.
  • the cold air 12 is passed through a condensate separator, not shown in the drawing, before it reaches the second heat exchanger 11.
  • a mixed operating mode is possible in such a way that the cold air 12 is partly fresh air and partly circulated air sucked in from the dryer 3.
  • the warm heat transfer medium 10 is led from the heat pump 9 into the double-walled housing 17 of the dryer 3.
  • the shaft 18 and the paddles 19 can also be designed to allow flow through them, so that they can be heated by the warm heat transfer medium 10 and support the drying process of the raw material 2 through the heat radiation emitted.
  • Heat is removed from the warm heat transfer medium 10 in the second heat exchanger 11 as well as in the double-walled housing 17 and possibly in the shaft 18 and the paddles 19, so that the heat carrier flows back to the heat pump 9 as a cold heat transfer medium 16 in order to be heated up again there.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Kunststoffgranulat (6), wobei ein Kunststoff enthaltendes Rohmaterial (2) einem Extruder (4) zugeführt, im plastifizierten Zustand extrudiert und in Strömungsrichtung hinter dem Extruder (4) granuliert wird, und wobei das aus dem Extruder (4) ausgetretene Material mit einem flüssigen, kalten Kühlmittel (7) in Kontakt gebracht wird, wodurch das Material abgekühlt und das Kühlmittel (7) erwärmt wird, und wobei das warme Kühlmittel (8) gekühlt und anschließend wieder als kaltes Kühlmittel (7) mit aus dem Extruder (4) ausgetretenem Material in Kontakt gebracht wird, wird vorgeschlagen, dass das warme Kühlmittel (8) Wärme an eine Wärmepumpe (9) abgibt und dadurch abgekühlt wird, ein kalter Wärmeträger (16) ebenfalls in die Wärmepumpe (9) geführt und dort erwärmt wird, und der warme Wärmeträger (10) in der Art abgekühlt wird, dass die dabei vom Wärmeträger (10) abgegebene Wärme als Prozess- oder Heizwärme genutzt wird. Weiterhin wird eine Anlage (1) zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

"Verfahren und Anordnung zur Energie-Rückgewinnung beim Extrudieren"
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Ein derartiges Verfahren ist aus der Praxis bekannt. In einem dem Extruder nachgeschalteten Granulator erfolgt die Granulierung des extrudierten Materialstrangs, beispielsweise in Form einer Stranggranulierung, Wassemng-Granulierung oder Unterwasser-Granulierung. Zusätzlich dazu, den aus dem Extruder austretenden Materialstrang in eine Vielzahl der als Granulat bezeichneten Teilstücke zu zerteilen, wird im Bereich des Granulators das Kunststoffmaterial auch gekühlt, typischerweise mithilfe eines flüssigen Kühlmittels, wobei in der Praxis üblicherweise Wasser als Kühlmittel verwendet wird.
Eine modellhaft angenommene Anlage zur Herstellung von Kunststoffgranulat weist beispielsweise folgende Eckdaten auf: ein Extruder erzeugt 1 t Kunststoffmaterial pro Stunde. Dieses Material verlässt den Extruder mit einer Temperatur von etwa 200 °C. Es wird mithilfe einer Kühlflüssigkeit auf etwa 40 °C heruntergekühlt, um seine Verpackungstemperatur zu erreichen, mit welcher das Material beispielsweise in Big Bags oder Oktabins verpackt werden kann und bei welcher ausgeschlossen ist, dass die einzelnen Granuli aufgrund der ihnen innewohnenden Restwärme miteinander verkleben können. In der zur Extrusion und Granulation verwendeten Anlage wird Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet und im Kreislauf geführt, beispielsweise eine Wassermenge von etwa 500 bis 2.000 I. Um das Wasser, welches durch das extrudierte Kunststoffmatenal erwärmt wird, auf eine ausreichend niedrige Temperatur herunterzukühlen, welche die gewünschte Abkühlung des extrudierten Materials ermöglicht, muss in dieser modellhaften Anlage eine Kälteleistung von etwa 100 bis 140 kW installiert sein.
Außerdem wird das zu extrudierende Rohmaterial üblicherweise von anhaftendem Wasser befreit, bevor es in den Extruder gelangt, um im Extruder die Bildung von Dampfblasen möglichst zu verhindern. In der Praxis ist zu beobachten, dass das angelieferte Rohmaterial eine Restfeuchte von etwa 10 % aufweisen kann. Häufig erfolgt die Trocknung mittels eines thermischen Trockners. Jeder Liter Wasser, der entfernt werden soll, erfordert eine installierte Trocknungsleistung von etwa 1 kW.
Das Herstellen von Kunststoffgranulat besteht im Kem aus den beiden Verfahrensschritten des Extrudierens und anschließenden Granulierens. Über die für diese Kernprozesse notwenige Prozessenergie hinaus erfordert in der Praxis das Herstellen von Kunststoffgranulat einen erheblichen zusätzlichen Energieaufwand für Nebenprozesse, nämlich zum Trocknen des Rohmaterials und zum Kühlen des extrudierten und granulierten Materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass die Herstellung von Kunststoffgranulat mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der dazu erforderlichen installierten Leistung und mit einer möglichst geringen Umweltbelastung durchgeführt werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zu Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Anlage nach Anspruch 13.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, das Kühlmittel, welches im Granulator erwärmt worden ist, einer Wärmepumpe zuzuführen. Zu diesem Zweck kann das Kühlmittel in einer Ausgestaltung des Verfahrens unmittelbar der Wärmepumpe zugeführt werden, so dass es seinen Wärmeinhalt direkt an die Wärmepumpe übertragen kann. Alternativ können in einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens zwei Wärmeträger-Kreisläufe genutzt werden, so dass das den Granulator durchströmende und in einem ersten Kreislauf geführte Kühlmittel seinen Wärmeinhalt mittelbar an die Wärmepumpe abgeben kann, indem die Wärmepumpe beispielsweise an einen Wärmetauscher angeschlossen ist, der in den ersten Kreislauf eingebunden ist. Der zweite Kreislauf, nämlich der die Wärmepumpe durchströmende Wärmeträger, kann auf diese Weise frei von Belastungen gehalten werden, die möglicherweise den ersten Kreislauf belasten, nämlich beispielsweise Schmutzfrachten oder aus dem Granulierprozess resultierende Partikel.
Mittels der Wärmepumpe kann bei einem vergleichsweise geringen energetischen Aufwand ein vergleichsweise hohes Tempe- raturniveau eines in der Wärmepumpe erwärmten Wärmeträgers erreicht werden, das ansonsten einen höheren Einsatz separater Energieträger erfordern würde, beispielsweise durch die Verbrennung von endlichen Rohstoffen wie Gas oder Öl. Im Vergleich zu der Temperatur, die das erwärmte Kühlmittel aufweist, ermöglicht das deutlich höhere Temperaturniveau, welches der Wärmeträger aufweist, die Nutzung der Wärme als Prozess- o- der Heizwärme. Die Prozesswärme kann beispielsweise in dem vorschlagsgemäßen Verfahren selbst genutzt werden, z. B. für eine Trocknung des eingesetzten Rohmaterials. Die Wärme kann in Form von Konvektions- und / oder Strahlungswärme genutzt werden, beispielsweise indem Gehäusewände, Rotorachse, Paddelarme und / oder Paddel des Trockners beheizt werden, oder indem Heißluft in den Trockner eingeblasen wird. Wenn ein flüssiger Wärmeträger verwendet wird, kann die Wärme des warmen Wärmeträgers zur direkten Erwärmung von Bestandteilen des Trockners genutzt werden, indem der flüssige Wärmeträger beispielsweise in die Gehäusewände, die Rotorachse, die Paddelarme und / oder die Paddel des Trockners geleitet wird. Oder die Wärme des warmen Wärmeträgers kann zur indirekten Erwärmung von Bestandteilen des Trockners genutzt werden, indem die im flüssigen Wärmeträger enthaltene Wärme an ein Gas übertragen wird, z. B. mittels eines Luft-/Wasser-Wärmetau- schers, und dieses Gas in die jeweiligen Bestandteile des Trockners geleitet wird, um diese aufzuheizen.
Insbesondere wenn kein jungfräuliches Kunststoffmatenal als Rohmaterial zur Herstellung des Granulats verwendet wird, sondern wenn das Rohmaterial vielmehr Recyclingmatenalien enthält, nämlich Recycling-Kunststoff, aber auch faserige Anteile, z.B. von Pflanzenfasern, hat das hergestellte Granulat einen geringeren wirtschaftlichen Wert als aus jungfräulichem Kunststoffmatenal erzeugtes Granulat. Mit der vorgeschlagenen Verfahrensweise können die Herstellungskosten verringert werden, da für die Nebenprozesse wie Trocknen oder Kühlen die ohnehin in den Kernprozessen anfallende Prozesswärme genutzt werden kann.
Das vorschlagsgemäße Herstellungsverfahren bietet zwei Vorteile: die Belastung der Umwelt wird insofern verringert, als die Abwärme des extrudierten Materials nicht einfach in die Umwelt abgegeben wird, beispielsweise indem das Kühlmittel durch einen Kühler geführt wird, der von Umgebungsluft durchströmt wird und das Kühlmittel dadurch abgekühlt wird, dass dessen Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Vielmehr wird die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme durch die vorschlagsgemäß vorgesehene Wärmepumpe nutzbar gemacht, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Ein zweiter Vorteil kann sich in wirtschaftlicher Hinsicht dadurch ergeben, dass durch die Nutzung der im Kühlmittel enthaltenen Wärme der Einsatz von separat erzeugter Prozesswärme an anderer Stelle erübrigt oder reduziert werden kann.
Auch ist eine Nutzung der Wärme möglich, die in den Zonen entsprechender Temperatur, insbesondere beispielsweise in den heißen Zonen des Extruders, des Schmelzefilters oder ähnlichen Komponenten der Anlage entstehen und die in Form von Strahlungswärme abgegeben wird. Auch die Strahlungswärme kann zum Aufheizen eines Wärmeträgers genutzt werden, um beispielsweise Warmluft zu erzeugen, die ebenfalls z.B. für die Trocknung von feuchten Vormaterial genutzt werden kann.
Das Kühlmittel, z.B. Wasser, verlässt beispielsweise mit einer Temperatur von 40 °C den Granulator, denn das im Kreislauf geführte Wasser dient dazu, dass im Granulator erzeugte Kunststoffgranulat auf die Verpackungstemperatur von 40 °C zu kühlen, so dass der Kühlmittelstrom dementsprechend eingestellt ist, diese Temperatur nicht zu überschreiten. Das Wasser wird dementsprechend mit einer Temperatur von 40 °C in die Wärmepumpe eingeleitet, um mittels der Wärmepumpe ein Tempe- raturniveau von 60 °C oder mehr, vorteilhaft 80 bis 90 °C, zu erzeugen. Um das hohe Temperaturniveau zu ermöglichen, kann die Wärmepumpe mehrstufig ausgestaltet sein, also zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Wärmepumpenstufen umfassen.
Das bei der Granulierung verwendete Medium, beispielsweise Wasser, kann in einem eigenen, geschlossenen Kreislauf geführt werden, wobei mittels eines Wärmetauschers die in diesem Medium enthaltene Wärmeenergie auf ein zweites Medium übertra- gen wird, welches in einem zweiten Kreislauf geführt wird und die Wärmepumpe durchströmt. Diese Trennung der Wärmeträger in zwei separaten Kreisläufen stellt sicher, dass das Aggregat, das den zweiten Kühlkreislauf herunter kühlt, nicht mit Feinstpartikeln belastet wird, die aus der Granulierung stammen und beim Granulierprozess erzeugt werden. Um auch den Wärmetauscher im ersten Kühlkreislauf möglichst gering durch Partikel zu belasten, kann im Granulierwasser ein Filter dem Wärmetauscher vorgeschaltet werden. Hierdurch wird eine bessere Wärmeübertragungseffizienz auch für längere Zeit gewährleistet.
In der Wärmepumpe wird ein Wärmeträger auf das erwähnte Temperaturniveau von 60 °C oder mehr, vorteilhaft 80 bis 90 °C, erwärmt. Bei dem Wärmeträger kann es sich um ein Gas oder um eine Flüssigkeit handeln, insbesondere um Luft oder Wasser als wirtschaftlich verfügbare und hinsichtlich ihrer chemischen und gesundheitlichen Eigenschaften unbedenkliche Wärmeträger. Der mittels der Wärmepumpe erwärmte Wärmeträger kann die Wärme dorthin transportieren, wo sie entweder für die Herstellung des Kunststoffgranulats oder auch anderweitig verwendet werden kann, um ansonsten erforderliche Wärmeenergie, die separat bereitgestellt werden müsste, zu ersetzen:
1 . beispielsweise kann die Wärme dazu genutzt werden, das bereitgestellte Rohmaterial thermisch zu trocknen, bevor es in den Extruder gelangt,
2. die Wärme kann dazu genutzt werden, das bereitgestellte Rohmaterial vorzuwärmen, bevor es in den Extruder gelangt, so dass die Energiemenge reduziert werden kann, die erforderlich ist, um das Material im Extruder zu plastifizieren,
3. die Wärme kann dazu genutzt werden, das Kunststoffmaterial olfaktorisch zu reinigen, indem organische Anhaftungen denaturiert werden. Dies kann beispielsweise zu Beginn des Verfahrens dadurch erfolgen, dass das bereitgestellte Rohmaterial mittels einer Heißwäsche unter Verwendung von Natronlauge und / oder anderen geeigneten Mitteln behandelt wird, bevor das Rohmaterial in den Extruder gelangt. Alternativ da- zu, oder auch zusätzlich, kann die Wärme zum Ende des Verfahrens dazu genutzt werden, das erzeugte Granulat zu erwärmen und für eine bestimmte Zeitdauer, z. B. über mehrere Stunden (beispielsweise 8 - 30 h) auf oder oberhalb einer bestimmten Mindesttemperatur zu halten, so dass flüchtige Stör- und Geruchsstoffe ausdiffundieren können, so dass das Granulat olfaktorisch eine Endreinigung erfährt,
4. die Wärme kann dazu genutzt werden, ein Gebäude zu beheizen, beispielsweise das Gebäude, in dem sich die Anlage befindet, so dass der Bedarf an externen Energieträgern wie Gas oder Öl für die Gebäudeheizung verringert werden kann,
5. die Wärme kann zur Gebäudeheizung von nahe benachbarten Gebäuden verwendet werden, beispielsweise von Produktionshallen oder Verwaltungsgebäuden, die sich auf demselben Grundstück befinden wie das Gebäude, in dem sich die Anlage befindet, so dass durch entsprechend kurze Leitungswege Wärmeverluste des Wärmeträgers möglichst geringgehalten werden können,
6. oder die Wärme kann für andere Prozesse verwendet werden, die nicht die Herstellung von Kunststoffgranulat betreffen, und die in demselben Gebäude oder einem nahe benachbarten Gebäude durchgeführt werden. In diesem Fall liegt der energetische Vorteil des vorschlagsgemäßen Verfahrens nicht in einer unmittelbaren Energieeinsparung bei der Herstellung von Kunststoffgranulat, sondern in einer mittelbaren Energieeinsparung, nämlich an anderer Stelle. Ein für die Umwelt positiver Aspekt bei der Herstellung von Kunststoffgranulat ergibt sich auch in diesem Fall daraus, dass die bei diesem Herstellungsverfahren anfallende Abwärme, nämlich beim Abkühlen des extrudierten Kunststoffmaterials unmittelbar hinter dem Extruder und im Granulator nicht als Wärmebelastung in die Umwelt abgegeben wird, sondern anderweitig verwertet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellung näher erläutert, in welcher einige Komponenten - beispielsweise Pumpen - aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind.
Das Schaubild verdeutlicht ein Verfahren und eine Anlage 1 zur Herstellung von Kunststoffgranulat. Recyclingmatenal, welches Kunststoffanteile, aber auch Anteile aus Pflanzenfasern enthält, wird als Rohmaterial 2 - durch einen Pfeil angedeutet - in einen Trockner 3 gegeben, um die Feuchte des Rohmaterials 2 zu verringern. Der Trockner 3 weist ein doppelwandiges Gehäuse 17 auf und in seinem Inneren eine drehbare Welle 18, die auch als Rotorachse bezeichnet wird und mit mehreren Paddeln 19 bestückt ist, um das im Trockner 3 befindliche Recyclingmaterial zu lockern, umzuwälzen und möglichst allseitig zu belüften.
Das getrocknete Rohmaterial 2 wird von dem Trockner 3 in einen Extruder 4 geführt, plastifiziert und zu einem Materialstrang extrudiert, der in einem dem Extruder 4 nachgeschalteten Granulator 5 granuliert wird, also in eine Vielzahl kleiner Körperchen zerteilt wird. Das so hergestellte Kunststoffgranulat 6 - ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet - wird in Großbehälter abgepackt und kann ähnlich wie jungfräuliches Kunststoffgranulat in der kunststoffverarbeitenden Industrie als Rohstoff verwendet und weiterverarbeitet werden.
Ein flüssiges Kühlmittel, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Wasser, wird durch den Extruder 4 und den Granulator 5 im Kreislauf geführt. In dem Schaubild ist das kalte Kühlmittel mit 7 gekennzeichnet, welches mit seiner niedrigen Temperatur dem Extruder 4 und dem Granulator 5 zugeführt wird. Im Bereich des Extruders 4 können beispielsweise ein Antriebsmotor, ein Getriebe, eine Vakuum-Entgasung oder dergleichen gekühlt werden. Nachdem sich das kalte Kühlmittel 7 erwärmt und das Kunststoffmaterial sowie ggf. Anlagenkomponenten gekühlt hat, tritt es aus dem Extruder 4 und dem Granulator 5 aus und ist in dem Schaubild als warmes Kühlmittel mit 8 gekennzeichnet. Es strömt von dem Extruder 4 und dem Granulator 5 in einen ersten Wärmetauscher 20, gibt dort Wärme ab, und wird anschließend als wiederum kaltes Kühlmittel 7 erneut dem Extruder 4 und dem Granulator 5 zugeführt. Eine Wärmepumpe 9, in welcher ein flüssiger Wärmeträger erwärmt wird, ist durch Verbindungsleitungen 21 an den ersten Wärmetauscher 20 angeschlossen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient Wasser als Wärmeträger, der die Wärmepumpe 9 durchströmt.
Die Verbindungsleitungen 21 bewirken einerseits eine Wärmeübertragung vom ersten Wärmetauscher 20 zur Wärmepumpe 9, andererseits schaffen sie zwei getrennte Wärmeträger- Kreisläufe, von denen einer den ersten Wärmetauscher 20 und der andere die Wärmepumpe 9 durchströmt. So wird verhindert, dass Restpartikel aus dem Granulierprozess, die in dem warmen Kühlmittel 8 des ersten Kreislaufs enthalten sein können, in die Wärmepumpe 9 oder überhaupt in den zweiten Kreislauf gelangen können. Im ersten Kreislauf, insbesondere in dessen Leitungsstrang, der das warme Kühlmittel 8 führt, kann ein Filter angeordnet sein, um die erwähnten Restpartikel aus dem Granulierprozess aus dem ersten Kreislauf auszuschleusen. Die Restpartikel können beispielsweise dem Rohmaterial 2 zugegeben werden.
Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann allerdings auch vorgesehen sein, das warme Kühlmittel 8 direkt in die Wärmepumpe 9 zu führen, beispielsweise falls aufgrund einer entsprechenden Filtrierung oder aufgrund des angewendeten Granulierverfahrens die Problematik einer Partikelbelastung und eines dadurch verschlechterten Wirkungsgrades der Wärmepumpe 9 nicht zu erwarten ist.
In der Wärmepumpe 9 wird der Wärmeträger erwärmt, wobei der warme Wärmeträger in dem Schaubild mit 10 gekennzeichnet ist. In einem ersten Leitungsstrang wird der warme Wärmeträger 10 in einen zweiten Wärmetauscher 11 geführt wird, der als Luft/Wasser-Wärmetauscher ausgestaltet ist. Kaltluft 12 strömt in den zweiten Wärmetauscher 11 ein, wird dort erwärmt, und die so erzeugte Heißluft 14 wird mittels eines Gebläses 15 in den Innenraum des Trockners 3 geblasen, um das im Trockner 3 befindliche Rohmaterial 2 thermisch zu trocknen. Um die Feuchtigkeit abzuführen, kann ein Teil der mit Feuchtigkeit beladenen und nun abgekühlten Heißluft 14 ins Freie geblasen werden, es kann jedoch auch eine Lufttrocknung vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Kondensattrockners oder dergleichen.
Die Kaltluft 12 kann als Frischluft von außen in den zweiten Wärmetauscher 11 angesaugt werden. In dem Schaubild ist allerdings dargestellt, dass die Kaltluft 12 aus dem Trockner 3 angesaugt wird, so dass eine intensive Luftdurchströmung des Rohmaterials 2 im Trockner 3 bewirkt wird, welche die Trocknungsleistung verbessert. Auch wird die energetische Bilanz verbessert, da die Heißluft 14 im Kreislauf geführt wird und eine Restwärme enthält, wenn sie, nun abgekühlt, als Kaltluft 12 aus dem Trockner 3 angesaugt wird. Die Kaltluft 12 wird durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kondensatabscheider geführt, bevor sie in den zweiten Wärmetauscher 11 gelangt. Zudem ist eine Misch-Betriebsweise in der Art möglich, dass als Kaltluft 12 teilweise Frischluft und teilweise aus dem Trockner 3 angesaugte, im Kreislauf geführte Luft verwendet wird.
In einem zweiten Leitungsstrang wird der warme Wärmeträger 10 aus der Wärmepumpe 9 in das doppelwandige Gehäuse 17 des Trockners 3 geführt. Auch die Welle 18 und die Paddel 19 können durchströmbar ausgestaltet sein, so dass sie von dem warmen Wärmeträger 10 aufgeheizt werden können und durch die abgegebene Wärmestrahlung den Trocknungsprozess des Rohmaterials 2 unterstützen.
Dem warmen Wärmeträger 10 wird im zweiten Wärmetauscher 11 sowie im doppelwandige Gehäuse 17 und ggf. in der Welle 18 und den Paddeln 19 Wärme entzogen, so dass der Wärme- träger als kalter Wärmeträger 16 zur Wärmepumpe 9 zurückströmt, um dort erneut aufgeheizt zu werden.
Bezugszeichen:
Anlage Rohmaterial Trockner Extruder Granulator Kunststoffgranulat Kaltes Kühlmittel Warmes Kühlmittel Wärmepumpe
Warmer Wärmeträger zweiter Wärmetauscher Kaltluft
Heißluft
Gebläse Kalter Wärmeträger Gehäuse
Welle Paddel erster Wärmetauscher Verbindungsleitung

Claims

Ansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung von Kunststoffgranulat (6), wobei ein Kunststoff enthaltendes Rohmaterial (2) einem Extruder (4) zugeführt, im plastifizierten Zustand extrudiert und in Strömungsrichtung hinter dem Extruder (4) granuliert wird, und wobei das aus dem Extruder (4) ausgetretene Material mit einem flüssigen, kalten Kühlmittel (7) in Kontakt gebracht wird, wodurch das Material abgekühlt und das Kühlmittel (7) erwärmt wird, und wobei das warme Kühlmittel (8) gekühlt und anschließend wieder als kaltes Kühlmittel (7) mit aus dem Extruder (4) ausgetretenem Material in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das warme Kühlmittel (8) Wärme an eine Wärmepumpe (9) abgibt und dadurch abgekühlt wird, ein kalter Wärmeträger (16) ebenfalls in die Wärmepumpe (9) geführt und dort erwärmt wird, und der warme Wärmeträger (10) in der Art abgekühlt wird, dass die dabei vom Wärmeträger (10) abgegebene Wärme als Prozess- oder Heizwärme genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das warme Kühlmittel (8) in eine Wärmepumpe (9) geführt und dort abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das warme Kühlmittel (8) in einen ersten Wärmetauscher (20) geführt wird, und dass die dadurch im ersten Wärmetauscher (20) gewonnene Wärme über Verbindungsleitungen (21 ) in die Wärmepumpe (9) übertragen wird, derart, dass zwei separate Kreisläufe einerseits den ersten Wärmetauscher (20) und andererseits die Wärmepumpe (9) durchströmen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Wärmeträger (16) in der Wärmepumpe (9) auf eine Temperatur von wenigstens 60°C erwärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Wärmeträger (16) in der Wärmepumpe (9) auf eine Temperatur erwärmt wird, die zwischen 80 und 90°C beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Wärmeträger (16) in mehreren nacheinander geschalteten Wärmepumpenstufen auf nacheinander ansteigende Temperaturniveaus erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger Wärmeträger (10, 16) verwendet wird und die Wärme des warmen Wärmeträgers (10) in einem Luft/Wasser-Wärmetauscher (11 ) zur Erwärmung von Luft genutzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Warmluft das Rohmaterial (2) thermisch getrocknet wird, bevor es in den Extruder (4) geführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Warmluft das Rohmaterial (2) vorgewärmt wird, bevor es in den Extruder (4) gelangt.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Warmluft das Rohmaterial (2) olfaktorisch gereinigt wird, indem organische Anhaftungen thermisch denaturiert werden, bevor das Rohmaterial (2) in den Extruder (4) gelangt.
11 . Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Warmluft das erzeugte Kunststoffgranulat (6) olfaktorisch gereinigt wird, indem organische Anhaftungen dadurch thermisch denaturiert werden, dass das Kunststoffgranulat (6) für eine bestimmte Zeitdauer von wenigstens einer Stunde auf oder oberhalb einer bestimmten Mindesttemperatur gehalten wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger Wärmeträger (10, 16) verwendet wird und die Wärme des warmen Wärmeträgers (10) zur Erwärmung von Bestandteilen eines Trockners (3) genutzt wird, in welchem das Rohmaterial (2) getrocknet wird, bevor es in den Extruder (4) gelangt.
13. Anlage (1 ) zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Extruder (4), einem dem Extruder (4) nachgeschalteten Granulator (5), und einer Kreislaufanordnung, in welcher ein Kühlmittel (7, 8) zunächst durch den Extruder (4) und / oder den Granulator (5) und anschließend durch eine Kühleinrichtung strömt, wobei die Kühleinrichtung eine Wärmepumpe (9) aufweist, die von einem Wärmeträger (10, 16) durchströmt ist.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zwei getrennte Kreisläufe in der Art aufweist, dass die Kühleinrichtung einen ersten Wärmetauscher (20) aufweist, der von dem warmen Kühlmittel (8) durchströmt ist, und dass der erste Wärmetauscher (20) zur Übertragung der im ersten Wärmetauscher (20) gewonnenen Wärme über Verbindungsleitungen (21 ) thermisch an die Wärmepumpe (9) angebunden ist, wobei das Kühlmittel (7, 8) und der Wärmeträger (10, 16) jeweils in einem eigenen Kreislauf geführt sind.
15. Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1 ) einen flüssigen Wärmeträger (10, 16) enthält, der im Kreislauf durch die Wärmepumpe (9) und einen Luft/Wasser-Wärmetauscher (11 ) geführt ist.
16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warmluftleitung von dem Wärmetauscher (11 ) zu einem Trockner (3) verläuft, der dem Extruder (4) vorgeschaltet ist.
17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmluftleitung in dem Inneren des Trockners (3) mündet.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung den Wärmeträger (10, 16) von der Wärmepumpe (9) zu dem Trockner (3) in der Art führt, dass ein oder mehrere Bestandteile des Trockners (3) mittels des Wärmeträgers (10, 16) beheizbar sind. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (11 ) an eine Gebäudeheizung angeschlossen ist.
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