WO2023203146A1 - Verfahren zum recycling von polyolefin-behältern - Google Patents

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Bryan-Cody Borchers
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Alpla Werke Alwin Lehner Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for recycling polyolefin containers according to the preamble of claim 1.
  • HDPE recycling streams contain PP (polypropylene) as caps and other closures are made of PP and are disposed of along with the containers. According to the planned EU disposal regulations, the PP caps/closures will have to be disposed of with them in the future.
  • the caps are mostly made of injection molded PP.
  • An HDPE recycling stream usually contains between 3 and 15% by weight of PP, which can be attributed to caps and also to so-called mis-throws, such as PP bottles.
  • PP must be separated from HDPE as completely as possible.
  • the invention is preferably characterized in that the flake sorting d serves to separate PP flakes and the flake sorting d is a combination of a color sorting d1, a screening step d2 and a polymer sorting d3.
  • the flake sorting d serves to separate PP flakes and the flake sorting d is a combination of a color sorting d1, a screening step d2 and a polymer sorting d3.
  • a first and second screening fraction of flakes is created in the screening step. Since PP is more brittle than HDPE, the PP flakes are broken down much more during friction washing than the HDPE flakes. As a result, the washed PP flakes accumulate in the ⁇ 4-6 mm range and especially in the ⁇ 3-4 mm range. Therefore, a separate fine sieve fraction is created for this fine area. There are so few PP flakes in the second coarse sieve fraction that this fraction does not have to be sorted optically and the PP flake concentration does not have to be depleted. The flow rate of the first screening fraction does not overwhelm the sorting capacity of a single near-infrared or laser sorting system.
  • the capacity of the required polymer sorting technology can be reduced by 50 - 60% by forming the two sieve fractions. This means that a second optical sorting system to sort the flow rate of the entire recycling stream is no longer necessary.
  • the investment costs and the machine space requirement can be significantly reduced due to the reduced machine capacity and at the same time
  • the depletion quality of the PP is unchanged or even improved compared to sorting the entire recycling stream.
  • the first sieve fraction is 40-50% by weight and the second sieve fraction is 50-60%.
  • the first sieve fraction has flakes with a grain size ⁇ x mm and the second sieve fraction has flakes with a grain size > x mm. This makes it possible for only one flake stream to be present, which has a critical PP-contaminated portion and must be depleted.
  • This choice of boundary grain or sieve cut reliably results in a second sieve fraction in which no purification step by removing PP flakes is necessary.
  • the largest proportion of PP flakes are in the first screening fraction, which is efficiently freed of PP flakes, for example, using a near-infrared or laser sorting system. This means that the first sieve fraction is freed of PP flakes to such an extent that it can be mixed again with the second sieve fraction and rHDPE granules can be produced, which have the quality to be able to be used to make containers again.
  • PP is sorted out of the second screening fraction by further optical polymer sorting d4 and the further polymer sorting d4 takes place directly after the screening step d2. This further improves the purity of the entire recycling stream. This is particularly useful if PP contents are atypical in this grain range. At least through the screening carried out in advance, a more targeted setting of the NIR sorting machine parameters in d3 and d4 can be used in order to carry out a more reliable separation.
  • a third sieve fraction with a grain size ⁇ 1 mm is created in the sieving step and as a result the first sieve fraction has a grain size between 1 mm and x mm.
  • the finest sieve fraction which primarily contains PP flakes and has no value for the recycling stream for producing rHDPE, can be used directly in other recycling processes (more commonly recycling, rPP recycling or in recycling for PE/PP mixed applications).
  • Color sorting d1 expediently takes place before the screening step d2.
  • Optical color sorting has higher resolution rates and can therefore be used more flexibly.
  • the material flow can be sorted by color in advance to simplify the process technology/reduce the number of machines.
  • the color sorting d1 takes place after the polymer sorting d3. This arrangement is particularly useful if a grain class is disposed of directly and color contaminants arise in this specific grain class.
  • color sorting d1 takes place after the first and second sieve fractions have been mixed. This means that color sorting d1 can be carried out as the final step of flake sorting d before the flakes go to extrusion or are temporarily stored before extrusion. This means that color sorting d1 can be carried out as the final step of flake sorting d before the flakes go to extrusion or are temporarily stored before extrusion.
  • the invention is also preferably characterized in that the first and second sieve fractions are sorted separately in a first and second color sorting d11, d12.
  • This has the advantage that the first and second color sorting d11 and d12 can be carried out particularly precisely, since two sieve fractions are color sorted separately. Accordingly, it is also possible to adapt the choice of parameters for the first and second color sorting to the respective flake sizes of the first and second sieve fractions and thereby optimize color recognition.
  • the cleaned flakes of the first and second sieve fractions are stored in a flake storage f in a defined ratio. This means that the necessary flake composition for producing the rHDPE pellets can be stored and can be fed into the extrusion process at any time.
  • the cleaned flakes of the first and second sieve fractions are partially stored in a first and second buffer store g1, g2 and the buffered flakes are fed to the flake store f in a defined ratio.
  • the first and second sieve fractions can therefore be stored separately before they are mixed. It is also conceivable that the flakes of the first and second sieve fractions are not mixed and are further processed separately.
  • the third sieve fraction is fed to a disposal h.
  • dispenser should also include other recycling (more commonly recycling, rPP recycling or recycling for PE/PP mixed applications).
  • the PP content is particularly high and up to 8-10 times higher than in the other sieve fractions. This is because, as explained above, PP is more brittle than HDPE and is broken down very significantly during friction washing. The disposal of the third screening fraction therefore also contributes to obtaining a recycling stream that is as purified as possible.
  • Figure 1 a first flow diagram showing a first embodiment of a method for recycling polyolefin containers
  • Figure 2 a second flow diagram showing a second embodiment of the method, in which 3 sieve fractions are created instead of 2 sieve fractions;
  • Figure 3 a third flow diagram showing a third embodiment of the process for recycling polyolefin containers
  • Figure 4 a fourth flow diagram showing a fourth embodiment of the process for recycling polyolefin containers.
  • HDPE containers represent the largest proportion of applications for this process, although the process is also suitable for containers made from other polyolefins.
  • the process steps a to c are basically known.
  • step a the HDPE containers sent to the recycling collection are sorted. This is done using color sorting and near infrared (NIR) technologies.
  • NIR near infrared
  • a process step for removing metals and labels can also be provided.
  • the HDPE containers can also be pre-cleaned.
  • step b the HDPE containers are crushed into flakes, in particular ground in a mill. The flakes are washed in a friction wash in step c.
  • Typical flake sizes for HDPE after the mill are in the target range of 4 - 15 mm, depending on the mill used. However, during the washing process c, a high level of friction is generated between the flakes, so that the flakes break down into finer particles. It is noticeable that polypropylene (PP) in particular is very brittle and accumulates heavily in the ⁇ 4 - 6 mm range and especially in the ⁇ 3 - 4 mm range.
  • the PP enters the recycling stream particularly through caps or closures on the HDPE containers.
  • the incoming recycling stream can therefore contain between 3 - 15% by weight of PP. If the PP is injection molded, it is particularly brittle. Therefore, as described below, the flakes are sieved in order to obtain different sieve fractions.
  • the majority of PP flakes are present in the sieve fraction, which has flakes smaller than the limit grain size.
  • the level of PP depletion using optical polymer sorting near infrared, laser
  • optical polymer sorting represents a bottleneck in the continuous stream because the required flow rate is much larger than the amount that a polymer sorter can process. Therefore, the recycling stream must be divided and routed through at least two sorters. This causes high investment costs and at least doubles the space required for the sorting system.
  • the flake sorting d takes place in a combination of several separation steps of the flakes, namely a color sorting d1, a sieving or a sieving step d2 and a polymer sorting d3.
  • Color sorting d1 is usually carried out using color cameras, sometimes in combination with near infrared (NIR) and usually takes place in a specially designed sorting system. Color sorting d1 removes flakes that could affect the desired color of the containers made from the recycled granules.
  • the ground, (hot) washed and color-sorted flakes are split into size composition using a machine-driven sieve or two sieves in sieving step d2 in order to be able to apply the best possible further treatment for all flake sizes.
  • the initial fraction is divided into a first, second and an optional third fraction:
  • the smaller PP flakes are enriched in the first sieve fraction.
  • the proportion of PP flakes is so low that they do not have to be removed from the second sieve fraction using optical polymer sorting.
  • the low volume flow of the first sieve fraction can be freed from the PP flakes using an optical polymer sorter without the polymer sorter reaching its capacity limits.
  • a single polymer sorter is therefore sufficient to sort out sufficient PP flakes from the entire HDPE recycling stream. This means that sorting costs can be saved significantly, on the one hand because machines can be saved and on the other hand because less space is required for a sorting machine.
  • the second fraction > x mm is separated and only optionally further purified using optical sorting systems using near-infrared or laser sources.
  • a further optical polymer sorting d4 is optionally provided in the flow diagrams of FIGS. 1 to 4 and shown by the dashed arrow.
  • the second sieve fraction d2 can therefore be conveyed directly into the flake storage f or is fed to further polymer sorting d4.
  • PP depletion in the second sieve fraction is no longer necessary in order to produce bottle-grade rHDPE.
  • the third sieve fraction ⁇ 1 mm can be viewed as a side stream for other purposes and can be disposed of accordingly (option in Figures 2 - 4).
  • the third sieve fraction is therefore not taken into account for the further process.
  • the flakes Before extrusion e, the flakes must have at least gone through flake sorting d1, d2 and d3 to ensure maximum removal of PP from the first sieve fraction.
  • the following analyzes can be used to determine contamination, especially PP:
  • DSC Dynamic differential thermal analysis
  • NIR/FTIR Infrared spectroscopy
  • the different polymer contents in HDPE can be detected using DSC and NIR/FTIR.
  • the contamination level depends very much on the material origin and process genesis. Common contamination levels on the market are as follows:
  • the target value of PP in rHDPE is ⁇ 1-1.5% PP after DSC.
  • the present method having the color sorting d1, the sieving step d2 and the optical polymer sorting, the reduction of the required capacity for polymer flake sorting technology by 50-60% is achieved by focusing the polymer flake sorting on critically PP-contaminated material flow shares (first sieve fraction).
  • the polymer sorting d3 or d4 takes place directly after the screening step d2.
  • the color sorting d1 takes place before the screening step d2.
  • the color sorting d1 can also take place after the polymer sorting d3, d4 ( Figure 3).
  • the color sorting d1 can take place after the first and second sieve fractions have been mixed (FIG. 3, 3rd exemplary embodiment) or the first and second sieve fractions are separately subjected to a first and second color sorting (d11, d12) before they are mixed (FIG. 4, 4th embodiment).
  • the first and second fractions can be stored in a defined mixing ratio in a flake storage f and can be called up for extrusion e into pellets in a predetermined mixing ratio.
  • the flake storage f is charged with defined mass flows of the first and second sieve fractions.
  • the cleaned flakes of the first and second sieve fractions can be temporarily stored in a first and second buffer store (g1, g2) by branching off side streams.
  • the temporarily stored flakes are fed to the flake storage f in a defined ratio. This means that the first and second sieve fractions can also be stored separately from one another.

Abstract

Verfahren zum Recycling von Polyester-Behältern, insbesondere PET-Behältern, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte (a) Behältersortierung, (b) Zerkleinerung der Behälter zu Flakes, (c) Friktionswäsche der Flakes, (d) Flakesortierung und (e) Extrusion und Granulierung der gereinigten Flakes. Die Flakesortierung (d) dient der Absonderung von Flakes, welche ein sich vom Polyester unterscheidendes Fremdpolymer aufweisen und die Flakesortierung (d) ist eine Kombination aus einer Farbsortierung (dl), einem Siebschritt (d2) und einer optischen Polymersortierung (d3).

Description

Verfahren zum Recycling von Polyolefin-Behältern
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recycling von Polyolefin-Behältern gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Das Recycling von Behältern aus Polyolefinen ist von grosser Bedeutung für die Nutzung bestehender Ressourcen, da eine grosse Anzahl von Behältern insbesondere aus HDPE (High-Density Polyethylen) hergestellt wird. Insofern ist das Recycling der HDPE- Behälter nach der Entsorgung von grosser Bedeutung und ein besonders effizientes Recycling-Verfahren bietet grosse Einsparungspotentiale.
HDPE-Recyclingströme enthalten PP (Polypropylen), da Kappen und andere Verschlüsse aus PP sind und zusammen mit den Behältern entsorgt werden. Gemäss geplanter Entsorgungsvorschriften der EU müssen die PP-Kappen/-Verschlüsse künftig sogar mit diesen entsorgt werden. Die Kappen sind zumeist aus spritzgegossenem PP hergestellt. Ein HDPE Recycling-Strom enthält üblicherweise zwischen 3 bis 15 Gew% PP, welche auf Kappen und auch auf sog. Fehlwürfen, wie z.B. PP-Flaschen, zurückzuführen sind. Jedoch ist nur das sortenreine HDPE für die weiterverarbeitende Industrie wertvoll. Deshalb muss das PP möglichst vollständig von HDPE getrennt werden.
Da HDPE und PP ähnliche Dichten besitzen, sind Trennverfahren, welche die unterschiedlichen Dichten der zu trennenden Kunststoffe ausnutzen (Schwimm-Sink-Tren- nungen in Wasser, Hydrozyklone, Windsichter usw.) wenig effizient. Deshalb werden gemäss dem Stand der Technik Nahinfrarot Behälter- und Flakesortierer eingesetzt. Auch die Flakesortierung nach unterschiedlichen Farben wird angewendet. Solche sensorbasierten Sortiergeräte sind teuer in der Anschaffung und können nur einen beschränkten Volumenstrom verarbeiten. Deshalb müssen wenigstens zwei teure Analysemaschinen eingesetzt werden, um den notwendigen Volumendurchsatz einer Beispielanlage von etwa 3 mt/h zu erzielen. Dabei zielt die Nahinfrarot (NIR)- Flakesortierung neben der Abtrennung des störenden PP durch Kappen, Verschlüsse und auch fehlgeworfenen Flaschen, aus dem HDPE auch auf die Anreicherung dieser Störstoffe in einem sog. Rejectstrom ab. Aufgabe der Erfindung
Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe das Verfahren zum Recycling von Polyolefin-Behältern (insbesondere HDPE-Behälter) derart zu verbessern, dass die Aussortierung bzw. Abreicherung von PP in dem Recycling- Strom mit einer reduzierten Maschinenkapazität erfolgen kann und dementsprechend kostenoptimiert ist, weiterhin aber eine rHDPE-Qualität aus den NIR-sortierten Flakes generiert wird, die in Behälteranwendungen erneut zuverlässig eingesetzt werden kann.
Beschreibung
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei Verfahren zum Recycling von Polyolefin- Behältern, insbesondere HDPE-Behältern, durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass die Flakesortierung d der Absonderung von PP-Flakes dient und die Flakesortierung d eine Kombination aus einer Farbsortierung d1 , einem Siebschritt d2 und einer Polymersortierung d3 ist. Durch diese dreifache Kombination, um PP-Flakes auszusortieren, können insbesondere PP-Flakes aus der Siebfraktion aussortiert werden, in welcher sich die PP-Flakes anreichern, da sie spröder als Polyolefin-Flakes sind. Dadurch muss lediglich eine Siebfraktion eine optische Polymersortierung durchlaufen und nicht der gesamte Recycling-Strom.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in dem Siebschritt eine erste und zweite Siebfraktionen von Flakes erstellt. Da PP spröder als HDPE ist, werden die PP-Flakes während der Friktionswäsche c viel stärker zerkleinert als die HDPE Flakes. Dadurch reichern sich die gewaschenen PP-Flakes im Bereich < 4-6 mm und ganz besonders im Bereich < 3-4 mm an. Deshalb wird für diesen Feinbereich eine eigene feine Siebfraktion erstellt. In der zweiten groben Siebfraktion sind so wenige PP- Flakes vorhanden, dass diese Fraktion nicht optisch sortiert werden muss und die PP- Flakes Konzentration nicht abgereichert werden muss. Die Durchflussmenge der ersten Siebfraktion überfordert die Sortierkapazität einer einzelnen Nahinfrarot oder Laser-Sortieranlage nicht. Die Kapazität der benötigten Polymersortiertechnik lässt sich durch die Bildung der zwei Siebfraktionen um 50 - 60 % reduzieren. Dadurch ist eine zweite optische Sortieranlage, um die Durchflussmenge des gesamten Recycling-Stromes zu sortieren, nicht mehr notwendig. Die Investitionskosten und der Maschinenplatzbedarf lassen sich durch die reduzierte Maschinenkapazität signifikant reduzieren und gleichzeitig ist die Abreicherungsgüte des PP unverändert oder sogar verbessert im Vergleich zur Sortierung des gesamten Recycling-Stromes. Die erste Siebfraktion beträgt 40-50 Gew% und die zweite Siebfraktion beträgt 50-60%.
Bevorzugt ist es, wenn die erste Siebfraktion Flakes mit einer Korngrösse < x mm und die zweite Siebfraktion Flakes mit einer Korngrösse > x mm aufweist. Dadurch wird es ermöglicht, dass nur ein Flakestrom vorhanden ist, welcher einen kritischen PP- kontaminierten Anteil aufweist und abgereichert werden muss.
Zweckmässigerweise ist das Grenzkorn x=6mm, bevorzugt 5=mm und besonders bevorzugt x=4 mm. Durch diese Wahl des Grenzkornes bzw. des Siebschnittes wird zuverlässig eine zweite Siebfraktion erhalten, in der kein Aufreinigungsschritt durch Entfernung von PP-Flakes notwendig ist. Der grösste Anteil der PP-Flakes befindet sich in der ersten Siebfraktion, welche beispielsweise durch eine Nahinfrarot- oder eine Lasersortieranlage effizient von PP-Flakes befreit wird. Dadurch ist die erste Siebfraktion so weit von PP-Flakes befreit, dass sie wieder mit der zweiten Siebfraktion gemischt werden kann und rHDPE Granulat hergestellt werden kann, welches die Qualität besitzt, um daraus wieder Behälter herstellen zu können.
Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn die Polymersortierung d3 direkt nach dem Siebschritt d2 erfolgt. Dadurch lässt sich die erste Siebfraktion sofort von PP- Kontaminationen befreien, bevor weiter Verfahrensschritte vorgenommen werden.
Als zweckmässig hat sich herausgestellt, dass durch eine weitere optische Polymersortierung d4 PP aus der zweiten Siebfraktion aussortiert wird und die weitere Polymersortierung d4 direkt nach dem Siebschritt d2 erfolgt. Dadurch wird der Reinheitsgrad des gesamten Recycling-Stroms noch weiter verbessert. Dies ist v.a. dann sinnvoll, wenn sich PP-Gehalte in diesem Kornbereich atypisch vorfinden. So ist zumindest durch die vorab durchgeführte Siebung eine gezieltere Einstellung der NIR- Sortiermaschinenparameter in d3 und d4 anwendbar, um so wiederum eine zuverlässigere Abtrennung durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in dem Siebschritt eine dritte Siebfraktion mit einer Korngrösse < 1 mm erstellt und dadurch weist die erste Siebfraktion eine Korngrösse zwischen 1 mm und x mm auf. Dadurch kann die feinste Siebfraktion, welche primär PP-Flakes enthält und keinen Wert für den Recycling-Strom zur Herstellung von rHDPE hat, direkt in anderweitigen Recyclingprozessen (ehern. Recycling, rPP- Recycling bzw. im Recycling für PE/PP-Mischanwendungen) genutzt werden Zweckmässigerweise erfolgt die Farbsortierung d1 vor dem Siebschritt d2. Die optische Farbsortierung weist höhere Auflösungsraten auf und kann daher flexibler eingesetzt werden. Bei Kontaminationen in sämtlichen Kornklassen kann zur Vereinfachung der Prozesstechnik/Reduktion der Maschinenanzahl vorab der Stoffstrom farbsortiert werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch denkbar, dass die Farbsortierung d1 nach der Polymersortierung d3 erfolgt. Diese Anordnung ist vor allem dann sinnvoll, wenn eine Kornklasse direkt entsorgt wird und in dieser spezifischen Kornklasse farbliche Kontaminanten aufkommen.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Farbsortierung d1 nach der Mischung der ersten und zweiten Siebfraktion erfolgt. Dadurch lässt sich die Farbsortierung d1 als finaler Schritt der Flakesortierung d ausführen, bevor die Flakes zur Extrusion gelangen oder vor der Extrusion zwischengespeichert werden. Dadurch lässt sich die Farbsortierung d1 als finaler Schritt der Flakesortierung d ausführen, bevor die Flakes zur Extrusion gelangen oder vor der Extrusion zwischengespeichert werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass die erste und zweite Siebfraktion getrennt in einer ersten und zweiten Farbsortierung d11 ,d12 sortiert werden. Dies hat den Vorteil, dass die erste und zweite Farbsortierung d11 und d12 besonders genau erfolgen können, da zwei Siebfraktionen separat farbsortiert werden. Demnach ist es auch möglich die Parameterwahl der ersten und zweiten Farbsortierung an die jeweiligen Flakegrössen der ersten und zweiten Siebfraktion anzupassen und dadurch die Farberkennung zu optimieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die gereinigten Flakes der ersten und zweiten Siebfraktion in einem Flakespeicher f in einem definierten Verhältnis gespeichert. Dadurch kann die notwendige Flakezusammensetzung zur Herstellung der rHDPE Pellets bevorratet werden und kann jederzeit der Extrusison e zugeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die gereinigten Flakes der ersten und zweiten Siebfraktion teilweise in einem ersten und zweiten Zwischenspeicher g1 ,g2 zwischengelagert und die zwischengespeicherten Flakes dem Flakespeicher f in einem definierten Verhältnis zugeführt werden. Die erste und zweite Siebfraktion können daher getrennt bevorratet werden, bevor sie gemischt werden. Denkbar ist es auch, dass die Flakes der ersten und zweiten Siebfraktion nicht gemischt werden und separat weiterverarbeitet werden. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die dritte Siebfraktion einer Entsorgung h zugeführt. Unter dem Begriff der Entsorgung soll auch eine anderweitige Verwertung (ehern. Recycling, rPP-Recycling bzw. im Recycling für PE/PP-Mischanwendungen) fallen. In dieser dritten feinen Siebfraktion mit Flakes kleiner 1 mm (HDPE Fines/HDPE Staub) ist der PP-Anteil besonders hoch und bis zu 8-10-mal höher, als in den anderen Siebfraktionen. Dies liegt daran, dass wie schon weiter oben ausgeführt PP spröder als HDPE ist und während der Friktionswäsche sehr stark zerkleinert wird. Die Entsorgung der dritten Siebfraktion trägt daher zusätzlich dazu bei einen möglichst gereinigten Recycling-Strom zu erhalten.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 : ein erstes Fliessbild zur Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Recycling von Polyolefin-Behältern;
Figur 2: ein zweites Fliessbild zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher anstatt 2 Siebfraktionen 3 Siebfraktionen erstellt werden;
Figur 3: ein drittes Fliessbild zur Darstellung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens zum Recycling von Polyolefin-Behältern und
Figur 4: ein viertes Fliessbild zur Darstellung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens zum Recycling von Polyolefin-Behältern.
In den Figuren 1 bis 4 sind vier Ausführungsvarianten eines verbesserten Verfahrens zum Recycling von Polyolefin-Behältern gezeigt. HDPE-Behälter stellen den grössten Anteil für die Anwendung dieses Verfahrens dar, wenngleich das Verfahren auch für Behälter hergestellt aus anderen Polyolefinen geeignet ist. Die Verfahrensschritte a bis c sind grundsätzlich bekannt. Im Schritt a werden die der Wertstoffsammlung zugeführten HDPE-Behälter sortiert. Dies geschieht mit Farbsortierungs- und Nahinfrarot-Technologien (NIR). Vor der Flaschensortierung kann auch ein Verfahrensschritt zur Entfernung von Metallen und Etiketten vorgesehen sein. Die HDPE-Behälter können auch vorgereinigt werden. Im Schritt b werden die HDPE-Behälter zu Flakes zerkleinert, insbesondere in einer Mühle zermahlen. Die Flakes werden im Schritt c in einer Friktionswäsche gewaschen.
Typische Flakegrössen für HDPE nach der Mühle liegen, je nach verwendeter Mühle, im Zielbereich von 4 - 15 mm. Allerdings wird während des Waschprozesses c eine hohe Reibung zwischen den Flakes erzeugt, sodass hier die Flakes zu feineren Anteilen zerfallen. Hierbei ist auffällig, dass vor allem Polypropylen (PP) sehr spröde ist und sich im Bereich < 4- 6 mm stark anreichert und ganz besonders im Bereich < 3 - 4 mm. Das PP gelangt insbesondere durch Kappen bzw. Verschlüsse der HDPE-Behälter in den Recycling-Strom. Der eingehende Recycling-Strom kann daher zwischen 3 - 15 Gew% PP enthalten. Wenn das PP spritzgegossen ist, ist es besonders spröde. Deshalb wird, wie weiter unten beschrieben, eine Siebung der Flakes vorgenommen, um unterschiedliche Siebfraktionen zu erhalten. In der Siebfraktion, welche Flakes kleiner als das Grenzkorn aufweist, ist der Grossteil der PP-Flakes vorhanden. Grundsätzlich ist das Mass der PP- Abreicherung mit einer optischen Polymersortierung (Nahinfrarot, Laser) gemäss dem Stand der Technik ausreichend, um recycelte HDPE-Flakes mit guter Reinheit und Qualität zu erhalten. Die optische Polymersortierung stellt in dem kontinuierlichen Strom jedoch einen Flaschenhals dar, da die benötigte Durchflussrate viel grösser ist als die Menge, die ein Polymersortierer verarbeiten kann. Deshalb muss der Recycling-Strom geteilt werden und über wenigsten zwei Sortierer geführt werden. Dies verursacht hohe Investitionskosten und verdoppelt zumindest den Stellbedarf der Sortieranlage.
Die Flakesortierung d erfolgt in einer Kombination aus mehreren Trennschritten der Flakes, nämlich einer Farbsortierung d1 , einer Siebung bzw. einem Siebschritt d2 und einer Polymersortierung d3.
Die Farbsortierung d1 erfolgt üblicherweise mittels Farbkameras, teils in Kombination mit Nah-Infrarot (NIR) und findet meist in einer eigens dafür konzipierten Sortieranlage statt. Durch die Farbsortierung d1 werden Flakes aussortiert, welche die gewünschte Farbe der aus dem recycelten Granulat hergestellten Behälter beeinträchtigen könnte. Die gemahlenen, (heiß-)gewaschenen & farbsortierten Flakes werden mittels eines maschinell angetriebenen Siebes bzw. zweier Siebe in dem Siebschritt d2 in ihrer Größenzusammensetzung aufgesplittet, um die bestmögliche Weiterbehandlung für alle Flakegrössen anwenden zu können. Hierbei wird die Ausgangsfraktion in eine erste zweite und eine optionale dritte Fraktion aufgeteilt:
1 . < x mm oder 1 - x mm, falls eine dritte Siebfraktion vorhanden ist
2. > x mm
3. < 1 mm wobei das Grenzkorn x 6 mm, bevorzugt 5 mm, besonders bevorzugt 4 mm ist.
Durch das Erstellen einer ersten und zweiten Siebfraktion werden die kleineren PP- Flakes in der ersten Siebfraktion angereichert. In der zweiten Siebfraktion ist der Anteil an PP-Flakes so gering, dass diese aus der zweiten Siebfraktion nicht mit einer optischen Polymersortierung entfernt werden müssen. Der geringe Volumenstrom der ersten Siebfraktion kann mit einem optischen Polymersortierer von den PP-Flakes befreit werden, ohne dass der Polymersortierer an seine Kapazitätsgrenzen stösst. Ein einziger Polymersortierer ist daher ausreichend, um aus dem gesamten HDPE-Recyclingstrom ausreichend PP-Flakes auszusortieren. Dadurch lassen sich die Sortierkosten signifikant sparen, einerseits, weil Maschinen eingespart werden können und andererseits, weil für eine Sortiermaschine ein geringerer Stellplatz benötigt wird.
Die zweite Fraktion > x mm wird abgetrennt und nur optional mittels optischer Sortiersystemen unter Nutzung von Nahinfrarot- oder Laserquellen weiter aufgereinigt. Eine weitere optische Polymersortierung d4 ist in den Fliessschemen der Figuren 1 bis 4 optional vorgesehen und durch den strichlierten Pfeil gezeigt. Die zweite Siebfraktion d2 kann daher direkt in den Flakespeicher f gefördert werden oder wird der weiteren Polymersortierung d4 zugeführt. Je nach Herkunft ist die PP-Abreicherung in der zweiten Siebfraktion nicht weiter notwendig, um «bottlegrade» fähiges rHDPE zu erzeugen.
Die dritte Siebfraktion < 1 mm kann je nach Herkunft des Materials als Seitenstrom zur anderweitigen Verwertung angesehen und entsprechend einer Entsorgung h zugeführt (Option in den Figuren 2 - 4). Die dritte Siebfraktion wird somit für den weiteren Prozess nicht berücksichtigt.
Vor der Extrusion e müssen die Flakes wenigstens die Flakesortierung d1 , d2 und d3 durchlaufen haben, um eine maximale Entfernung von PP aus der ersten Siebfraktion sicher zu stellen. Für die Bestimmung an Kontaminationen, insbesondere PP, können folgende Analysen herangezogen werden:
• Dynamische Differenz-Thermoanalyse (DSC) gemäß DIN EN ISO 11357 (als Vorbereitung für die Messung müssen Pellets bzw. Probekörper aus dem bereitgestellten Material erstellt werden)
• Infrarotspektroskopie (NIR/FTIR) (als Vorbereitung für die Messung müssen Pellets bzw. Probekörper aus dem bereitgestellten Material erstellt werden)
• Infrarotspektroskopie (NIR/FTIR) alternativ an Flakemengen
Mittels DSC und NIR/FTIR können die verschiedenen Polymeranteile im HDPE nachgewiesen werden. Das Kontaminationsniveau ist sehr stark von Materialherkunft und Prozessgenese abhängig. Übliche Kontaminationslevel am Markt sind wie folgt:
Ohne erweiterte Siebung:
• rHDPE weiß, rHDPE natur jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, ohne Polymersortierung: PP-% nach DSC <1 ,5%
• rHDPE grau (ESP) jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, ohne Polymersortierung: PP-% nach DSC >3%
• rHDPE grau (ESP) jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, inkl. Polymersortierung: PP-% nach DSC <1 ,5%
Nutzung erweiterte Siebung:
• >4 mm: rHDPE grau (ESP) jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, ohne Polymersortierung: PP-% nach DSC <1 ,5%
• >6 mm: rHDPE grau (ESP) jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, ohne Polymersortierung: PP-% nach DSC <1 ,5%
• <4 mm: rHDPE grau (ESP) jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, ohne Polymersortierung: PP-% nach DSC >3%
• <6 mm: rHDPE grau (ESP) jeweils auf Flaschenebene vorsortiert, farbflakesortiert, ohne Polymersortierung: PP-% nach DSC >3%
Der Zielwert an PP im rHDPE beträgt <1-1 ,5% PP nach DSC. Mit dem vorliegenden Verfahren aufweisend die Farbsortierung d1 , den Siebschritt d2 und die optische Polymersortierung wird die Reduktion der benötigten Kapazität für Polymerflakesortiertechnik um 50-60% durch Fokussierung der Polymerflakesortierung auf kritisch PP-kontaminierte Stoffstromanteile (erste Siebfraktion) erreicht.
Wie aus den Figuren 1 bis 4 zu entnehmen ist, erfolgt die Polymersortierung d3 bzw. d4 direkt nach dem Siebschritt d2. Gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in der Figur 1 gezeigt, erfolgt die Farbsortierung d1 vor dem Siebschritt d2. Die Farbsortierung d1 kann aber auch nach der Polymersortierung d3,d4 erfolgen (Figur 3). Die Farbsortierung d1 kann nach der Mischung der ersten und zweiten Siebfraktion erfolgen (Figur 3, 3. Ausführungsbeispiel) oder die erste und zweite Siebfraktion werden getrennt jeweils einer ersten und zweiten Farbsortierung (d11 ,d12) unterzogen, bevor sie gemischt werden (Figur 4, 4. Ausführungsbeispiel).
Die erste und zweite Fraktion können in einem definierten Mischverhältnis in einem Flakespeicher f bevorratet werden und zur Extrusion e zu Pellets im vorbestimmten Mischverhältnis abgerufen werden. Zur Herstellung des Mischverhältnisses wird der Flakespeicher f mit definierten Massenströmen der ersten und zweiten Siebfraktion befallt.
Die gereinigten Flakes der ersten und zweiten Siebfraktion können durch Abzweigung von Seitenströmen in einem ersten und zweiten Zwischenspeicher (g1 ,g2) zwischengelagert werden. Die zwischengespeicherten Flakes werden dem Flakespeicher f in einem definierten Verhältnis zugeführt. Dadurch können die erste und zweite Siebfraktion auch getrennt voneinander zwischengelagert werden.
Beispiele von Verhältnissen der Siebfraktionen in Gew% sind in den untenstehenden 3 Tabellen in Abhängigkeit vom Grenzkorn bzw. des Siebschnittes x angeführt:
Figure imgf000011_0001
Tabelle 1 : Verteilung der Flakes in den drei Siebfraktionen vor der Sortierung d
Figure imgf000012_0001
Tabelle 2: Sortierverluste der Flakes in den drei Siebfraktionen
Figure imgf000012_0002
Tabelle 3: Verteilung der Flakes in den drei Siebfraktionen nach der Sortierung d
Legende: a Behältersortierung b Zerkleinerung der Behälter zu Flakes c Friktionswäsche der Flakes d Flakesortierung d1 Farbsortierung d11 Erste Farbsortierung d12 Zweite Farbsortierung d2 Siebschritt d3 Polymersortierung der zweiten Siebfraktion d4 Polymersortierung der dritten Siebfraktion e Extrusion f Flakespeicher g1 Erster Zwischenspeicher g2 Zweiter Zwischenspeicher h Entsorgung

Claims

1. Verfahren zum Recycling von Polyolefin-Behältern, insbesondere HDPE- Behältern, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte
(a) Behältersortierung,
(b) Zerkleinerung der Behälter zu Flakes,
(c) Friktionswäsche der Flakes,
(d) Flakesortierung,
(e) Extrusion und Granulierung der gereinigten Flakes, dadurch gekennzeichnet, dass die Flakesortierung (d) der Absonderung von PP-Flakes dient und die Flakesortierung (d) eine Kombination aus
- einer Farbsortierung (d1),
- einem Siebschritt (d2) und
- einer optischen Polymersortierung (d3) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Siebschritt wenigstens eine erste und zweite Siebfraktionen von Flakes erstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Siebfraktion Flakes mit einer Korngrösse < x mm und die zweite Siebfraktion Flakes mit einer Korngrösse > x mm aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Grenzkorn x=6 mm, bevorzugt x=5 mm und besonders bevorzugt x=3 mm gross ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die optische Polymersortierung (d3) PP aus der ersten Siebfraktion aussortiert wird und die Polymersortierung (d3) direkt nach dem Siebschritt (d2) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine weitere optische Polymersortierung (d4) PP aus der zweiten Siebfraktion aussortiert wird und die weitere Polymersortierung (d4) direkt nach dem Siebschritt (d2) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Siebschritt (d2) eine dritte Siebfraktion mit einer Korngrösse < 1 mm erstellt wird und dadurch die erste Siebfraktion eine Korngrösse zwischen 1 mm und x mm aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbsortierung (d1) vor dem Siebschritt (d2) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbsortierung (d1) nach der Mischung der ersten und zweiten Siebfraktion erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Siebfraktion getrennt in einer ersten und zweiten Farbsortierung (d11 ,d12) sortiert werden.
11 . Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Flakes der ersten und zweiten Siebfraktion in einem Flakespeicher (f) in einem definierten Verhältnis gespeichert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Flakes der ersten und zweiten Siebfraktion teilweise in einem ersten und zweiten Zwischenspeicher (g1 ,g2) zwischengelagert werden und die zwischengespeicherten Flakes dem Flakespeicher (f) in einem definierten Verhältnis zugeführt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Siebfraktion einer Entsorgung (h) zugeführt wird.
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