WO2024115253A1 - Vorrichtung und verfahren zum kontinuierlichen trennen eines kunststoffgemisches - Google Patents

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WO2024115253A1
WO2024115253A1 PCT/EP2023/082789 EP2023082789W WO2024115253A1 WO 2024115253 A1 WO2024115253 A1 WO 2024115253A1 EP 2023082789 W EP2023082789 W EP 2023082789W WO 2024115253 A1 WO2024115253 A1 WO 2024115253A1
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plastic
region
fraction
centrifugation
centrifuging
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PCT/EP2023/082789
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Franz GRASSEGGER
Michael FEUCHTER
Nadine WILD
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Montanuniversität Leoben
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/275—Recovery or reuse of energy or materials
    • B29C48/277—Recovery or reuse of energy or materials of materials
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    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B13/00—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices
    • B07B13/003—Separation of articles by differences in their geometrical form or by difference in their physical properties, e.g. elasticity, compressibility, hardness
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    • B29B17/02—Separating plastics from other materials
    • B29B2017/0203—Separating plastics from plastics
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    • B29B17/02—Separating plastics from other materials
    • B29B2017/0213—Specific separating techniques
    • B29B2017/0217—Mechanical separating techniques; devices therefor
    • B29B2017/0231—Centrifugating, cyclones

Definitions

  • the invention relates to a device for separating a (molten) plastic mixture, which has a feed area, a centrifuging area and an output area.
  • the invention also relates to a method for separating a (molten) plastic mixture. Accordingly, the invention can relate to the technical field of separating plastic fractions from a plastic mixture.
  • a separation process differs from existing recycling processes in one important respect: the separation of plastic mixtures takes place when the polymers are in a molten state.
  • Scientific work has shown that the sorting of two different polymers in a molten state in a centrifuge works due to the different physical properties (in particular the density) of the fractions in the centrifugal field.
  • Such a process works discontinuously or in batches: a plastic mixture batch is added to a centrifuge and then melted by increasing the temperature or adding heat. The subsequent use of the centrifuge enables a density separation of the plastic fractions of the plastic mixture. These fractions are then cooled, removed, and the centrifuge is prepared for another plastic mixture batch.
  • a device for separating an (at least partially melted) plastic mixture comprises: i) a feed region (e.g. a continuous conveying device such as a conveyor screw) which is designed to feed the plastic mixture in an (at least partially) molten state; ii) a centrifugation region (e.g. an elongated tubular centrifuge) which is coupled to the feed region (e.g.
  • a feed region e.g. a continuous conveying device such as a conveyor screw
  • a centrifugation region e.g. an elongated tubular centrifuge
  • the plastic fraction is different from the at least one further plastic fraction (in particular chemically or physically different, further in particular different at least in terms of specific density) (e.g. polyethylene and polyester); and iii) an output region (e.g. a sieve plate or side openings of the centrifuge wall) which is coupled to the centrifuging region and which is arranged to provide the separated (at least partially melted, substantially liquid) plastic fraction and the separated at least one further plastic fraction(s) (at least partially melted, substantially liquid).
  • an output region e.g. a sieve plate or side openings of the centrifuge wall
  • the device is preferably designed to operate in a continuous mode (thus no discontinuous, batch-wise operation).
  • a method for separating a plastic mixture, e.g. by means of a device as explained above, which comprises: i) at least partially melting a plastic mixture; ii) centrifuging the at least partially melted plastic mixture and thereby separating the melted plastic mixture into a plastic fraction and at least one further plastic fraction, wherein the plastic fractions differ from one another (physically and/or chemically); and iii) discharging the separated plastic fraction and the separated at least one further plastic fraction.
  • plastic mixture may refer to a material which comprises at least two types of plastics or plastic fractions.
  • the plastic mixture may comprise polyethylene and polystyrene.
  • the plastic (fractions) are not sortable or cannot be separated manually. Examples of such a mixture may be a multilayer film or a polymer alloy.
  • the term "plastic” in this context may refer to a synthetic material (in particular a material) which essentially consists of macromolecules (in particular carbon-based), i.e. polymers. Colloquially, plastics may also be referred to as plastic.
  • plastics may include thermosets, thermosets and elastomers.
  • plastic mixture may contain only one type of plastic (e.g. PE), which can, however, be separated into two or more plastic fractions (e.g. LDPE and HDPE).
  • the term "at least partially melted” may refer in particular to a melt-like state.
  • the term "feed region" may refer in particular to a device which is suitable for continuously providing molten plastic mixture to a centrifuging region.
  • the feed region may be the inlet region (upstream in the process direction) of a centrifuging device.
  • the feed region may comprise a conveyor device which can transport the molten plastic mixture by means of a continuous stream.
  • the feed region is a separate device which is connected to a centrifuging device.
  • centrifuging area can refer in particular to a device which is suitable for exerting a centrifugal force on a material to be centrifuged, in particular a plastic mixture.
  • the centrifuging area is preferably suitable for receiving an (at least partially melted) plastic mixture and centrifuging it by means of rotation.
  • the rotation (uniform circular movement) of the material to be centrifuged results in a material separation, which can be used in particular to separate a plastic mixture into plastic fractions.
  • the centrifuging area can have a centrifuging device which has one (e.g. when designed as a tube) or more (e.g. when designed square) side walls which delimit an interior in which the material to be centrifuged can then be received.
  • the centrifuging area is preferably coupled to a feed area and to an output area, so that a continuous feeding and discharge of material flows is possible.
  • the rotation of the centrifuging area can be achieved by means of a drive device, e.g. a motor.
  • a corresponding coupling of the drive device to the centrifuging device can be achieved, e.g., via the discharge area.
  • the centrifuging area is configured and suitable for operation within an oven.
  • the term "output area" can refer in particular to a device which is suitable for continuously discharging or removing (molten) plastic fractions from a centrifuging area.
  • the output area can be the exit area (downstream in the process direction) of a centrifuging device.
  • the output area can have openings which are formed in such a way that different plastic fractions can be discharged separately from one another through different openings (e.g. in terms of position or size).
  • the centrifuging device can be elongated, wherein the openings can be provided downstream in the process direction and perpendicular to the elongated main extension direction (e.g. bottom of a pipe), e.g.
  • the discharge region can be a part of the centrifuging device or a part of the centrifuging region, wherein, for example, the openings can be provided in a side wall of the centrifuging device.
  • the invention can be based on the idea that an efficient and reliable separation of a plastic mixture with a high throughput is achieved when molten plastic mixture is continuously fed to a centrifuging region and continuously separated, different (molten) plastic fractions are discharged and provided downstream in the process direction.
  • the continuously operating centrifugation area (with additional structures) can make it possible to separate mixed plastic fractions into pure material flows. Material flows that are currently being discharged but not separated can in future be taken back into the material cycle and reused separately using the process presented.
  • the previous batch-wise procedure works reliably, but has disadvantages in terms of throughput and thus cost-effectiveness.
  • the device further comprises: a heating device, in particular an oven.
  • a heating device in particular an oven.
  • the centrifuging area is at least partially (in particular completely) arranged within the oven. This can have the advantage that a desired temperature can be provided directly (and homogeneously) to the centrifuging area or the at least partially melted plastic mixture.
  • the (at least partially melted) Plastic mixture must be kept within a certain temperature range.
  • the feed area and/or the discharge area are arranged outside the oven. In another example, the feed area and/or the discharge area are arranged at least partially inside the oven.
  • the heating device is designed to heat the centrifuge, the gases and/or the plastic mass within the centrifuge.
  • the heating device can also be an energy source in the vicinity of the centrifuge, e.g. solar, an incineration plant, etc.
  • the heating device can be designed as an induction heating device for eddy current heating of iron-containing induction-capable centrifuges.
  • the heating device is designed to provide a temperature within the centrifuging region such that the melting state of the molten plastic mixture is maintained.
  • the relevant temperature can be e.g. 150°C or more, in particular 300°C or more.
  • the heating device can provide the temperature to the environment, the air or the plastic melt or maintain it.
  • the term "temperature” can represent a room temperature, wall temperature or a thermal energy supply, in particular for sufficient melt heating or to compensate for heat losses in the supplied mass flow of the plastic mixture, which may already be present as (partial) melt.
  • thermal energy sources in the environment can be used, e.g. through combustion gases from non-recyclable materials in the environment of use.
  • the device further comprises: a heating device which is designed to heat at least part of the side wall of the centrifugation area. It has been shown that material in the outer area of the centrifuge, or in the vicinity of the side wall, tends to cool down more quickly (and thus harden). This can be prevented efficiently and specifically by heating corresponding side wall areas additionally or alternatively.
  • the device has a drive device (e.g. a motor) which is designed to drive the centrifuging area (or to enable rotation).
  • the drive device can be coupled to the centrifuging area by means of a drive shaft.
  • the drive shaft runs at least partially through the discharge area.
  • the drive device is arranged outside the oven, in another example inside the oven.
  • the device has a cooling device, in particular associated with a coupling region between the centrifuging region and the drive device (in particular via the discharge region).
  • a cooling device in particular associated with a coupling region between the centrifuging region and the drive device (in particular via the discharge region).
  • the temperature for the drive device can become critical.
  • An appropriate cooling device e.g. by means of cooling liquid
  • the feed area has a conveyor device, in particular an extruder (e.g. a single- or twin-screw extruder, co- or counter-rotating extruder, etc.), which is designed to continuously feed the at least partially melted plastic mixture to the centrifuging area.
  • a conveyor device can refer to a device which is suitable for transporting an (at least partially melted) plastic mixture to the centrifuging area.
  • a conveyor screw can be suitable for this.
  • a conveyor belt can also be used (which is suitable for the at least partially melted plastic).
  • the conveying device can be considered as part of the feed area and can lead into the interior of the centrifuging area via a transition area.
  • the centrifuging area is designed to be elongated with a main extension direction (H).
  • the process direction (P) can then extend along this length, with the material flow (molten plastic mixture) being transported through the centrifuging area along this process direction.
  • the centrifuging area or the centrifuging device is designed as an elongated container, with one side wall or several side walls delimiting an interior (centrifuging material).
  • the container can be designed to be round (tubular) or (rectangular) in cross-section, for example.
  • the term "elongated" can refer in particular to the fact that an object such as a container has a preferred direction or a main extension direction along which this object (this container) extends.
  • the centrifuge may have a speed in the range up to 3000 rpm.
  • the container may have a length of approximately 1 m and a diameter of 10 cm on a laboratory scale. In one example, the speed may be adjusted for a particular plastic mixture and then reused for similar applications.
  • the discharge area has: a first opening for discharging the plastic fraction and/or a second opening for discharging the at least one further second plastic fraction.
  • the openings can preferably be directed towards a collecting device.
  • each opening can open into a separate collecting device in order to thereby provide separate plastic fractions.
  • the openings can be provided with a drainage device (e.g. gutters). to direct the (continuous) molten plastic fraction flow.
  • the discharge area with the first opening and/or the second (or at least one further) opening is arranged perpendicular to the main extension direction of the elongated centrifuging area.
  • the molten plastic mixture moves along a process direction through the centrifuging area during centrifuging. Downstream of the process direction, the separation of the plastic fractions can be most reliable, so that openings can be efficiently provided in this end area or bottom area of the centrifuging device.
  • the openings can be arranged in an area which is arranged perpendicular to the process direction (material flow). In the case of an elongated container, this can be, for example, a plate with at least two openings, e.g. a sieve plate (see Figures 12 and 13).
  • the axes of the holes are parallel to the process direction and/or parallel to the axis of rotation of the centrifuge.
  • the discharge area with the first opening and/or the second opening is arranged (essentially) parallel to the main extension direction of the elongated centrifugation area.
  • This example can relate in particular to an embodiment in which the openings are associated with or formed in a boundary surface (in particular side wall) of the centrifugation area (in particular of the elongated container).
  • a side wall, in particular the base surface, which is not arranged parallel to the main extension direction of the container can also be affected here.
  • the openings can be assigned to a discharge area, so that this or several discharge (partial) areas can be located on the container side wall.
  • one discharge area or several of these discharge (partial) areas are arranged in the end area of the centrifugation area (see Figure 14).
  • an outlet area/opening or several (or a plurality) outlet (partial) areas/openings are formed along the longitudinal extension (main extension direction) of the elongated container, in particular associated with the side wall (see Figure 5).
  • the centrifuging region has at least one discharge region with at least one opening in a side wall, through which opening at least one plastic fraction can be separated.
  • the centrifuging region (or elongated container) has an output region along the main extension direction (H) with a plurality of openings in a side wall, through which openings a plurality of different plastic fractions can be separated and/or output.
  • the discharge area has three or more, in particular five or more, further in particular ten or more, openings.
  • a plurality of discharge (partial) areas can also be provided (e.g. three or more, in particular five or more, further in particular ten or more), each of which has one opening or several openings.
  • the device is designed to discharge a different/different plastic fraction at each opening. This can enable efficient separation and sorting.
  • the inventors have surprisingly recognized that separating/removing (at least partially melted) plastic fractions along the process direction (or along an elongated centrifuge container, in particular via the side walls) can enable particularly efficient and reliable separation.
  • the plastic mixture comprises a multilayer film and/or a polymer alloy.
  • Such non-sortable mixtures can hardly be separated using conventional methods and the device described can be particularly useful for these materials.
  • the plastic mixture comprises at least one of the following plastics: polyethylene, PE, polystyrene, PS, polyester, PE, polypropylene, PP, polyamide, PA, polyvinyl chloride, PVC, Polylactic acid (PLA).
  • plastics polyethylene, PE, polystyrene, PS, polyester, PE, polypropylene, PP, polyamide, PA, polyvinyl chloride, PVC, Polylactic acid (PLA).
  • PVA Polylactic acid
  • the device further comprises: an electromagnetic device which is configured to provide one or more electromagnetic fields within the centrifugation region (directly, selectively).
  • an electromagnetic device which is configured to provide one or more electromagnetic fields within the centrifugation region (directly, selectively).
  • an electromagnetic device which is configured to provide one or more electromagnetic fields within the centrifugation region (directly, selectively).
  • the electromagnetic field is used directly in the centrifugation region, e.g. by means of an induction device (see also Figures 6 and 7).
  • a magnetic separation can also be carried out with respect to the plastic mixture or the plastic fractions.
  • alternating poles can be used.
  • (electro)magnetic fields are induced so that plastics with different electrical charges can be separated.
  • the rotational movement can be adjusted to achieve separation based on different forces acting on the charged plastic particles with different electronegativity at the top/bottom of the centrifugation area (two separation steps).
  • magnetic separation can be achieved during rotation.
  • another force electrostatic/electrodynamic
  • the device is further configured to provide fractional crystallization (through temperature gradients) within the centrifugation region. This can have the advantage that certain plastic materials or plastic fractions can be separated particularly efficiently by crystallizing them (at least partially), while other plastic fractions do not crystallize.
  • the method comprises: (continuous) moving (transporting) the plastic mixture perpendicular to the direction of gravity (G).
  • the process direction runs in the horizontal direction or along the x or y axis, in other words: laterally or substantially parallel or tangential to the earth's surface.
  • the method comprises: (continuous) moving (transporting) the plastic mixture (essentially) parallel to the direction of gravity (G).
  • the process direction runs in the vertical direction or along the z-axis, in other words: from top to bottom, or from bottom to top or normal to the earth's surface.
  • the process direction (or the centrifugation area) can also be tilted or pivoted, e.g. in the range 1-89° in relation to the direction of gravity (0° and 90° would correspond to the terms vertical and horizontal).
  • the method further comprises: lateral removal, relative to the main extension direction (of the elongated container), of at least one plastic fraction from the elongated centrifugation region, in particular through at least one opening in the side wall of the centrifugation region.
  • the method comprises: providing at least one already separated plastic fraction to a further separation step, in particular comprising: centrifuging the separated plastic fraction again and thereby further separating the separated plastic fraction into a further first plastic fraction and a further second plastic fraction.
  • the further centrifugation step can be carried out by a comparable (or the same) device.
  • the further centrifugation step can follow continuously on from the described separation process or can be carried out batchwise.
  • the at least one separated plastic fraction is (still) at least partially melted when it is fed to the further centrifugation step.
  • the at least one separated plastic fraction has cooled down and must be melted again (at least partially) before it is fed to the further centrifugation step.
  • the volume flow (the separated plastic fraction) in the (respective) discharge area is assigned depending on the fraction.
  • the device has a sensor device which is set up to determine a characteristic of the discharged separated plastic fraction.
  • a scale or other sensor device can determine the density of the fraction and one or more switches can additionally regulate the discharge volume flow depending on the characteristic value recorded (color, density, etc.).
  • a plastic fraction is exported to two or more export areas. These sub-fractions can be merged in a further step.
  • Figures 1 and 2 each show a device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows a device with a conveying device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows a device with a furnace according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a device with lateral outlet areas according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figures 6 and 7 each show a device with an electromagnetic device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figures 8b, 9b and Figures 10 and 11 each show a feed region according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figures 12 and 13 each show an export area according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figures 8a, 9a and 14 show a tubular centrifuging region; and Figure 9c shows one with lateral discharge regions according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 15 shows a coupling region (cooled in Figure 15b) according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figures 16 and 17 each show the separation of a plastic mixture into different plastic fractions according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a device 100 for separating a plastic mixture melt 111 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the device 100 has a feed region 110, here realized as an opening in the process direction P upstream of a centrifugation region 120, which is set up to feed the plastic mixture 111 in an at least partially molten state.
  • the centrifugation region 120 here a tubular centrifuge, separates the at least partially molten plastic mixture 111 by means of centrifugal force (rotation shown schematically by means of an arrow) into a first plastic fraction 112 and a second plastic fraction 113 (where the first plastic fraction 112 is different from the second plastic fraction 113, e.g. polyethylene and polylactic acid).
  • An output region 130 is shown in this example as an opening of the centrifugation region 120 downstream in the process direction P.
  • the separated plastic fractions 112, 113 can be removed from the device 100 and made available via the discharge area 130.
  • the device 100 described is preferably set up to operate in a continuous mode, i.e. to continuously supply, centrifuge and discharge melt 111.
  • FIG 2 shows a device 100 for separating a plastic mixture melt according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • each of the three areas i) feed area 110, ii) centrifugation area 120, and iii) discharge area 130 is designed as a separate device.
  • the feed area 110 has an access (see details in Figures 8 to 11) which has a smaller diameter than the centrifugation area 120 coupled downstream in the process direction P.
  • the discharge area 130 is in turn coupled downstream of the centrifugation area 120 in the process direction P.
  • the couplings between the areas 110, 120, 130 are each realized via a flange.
  • the discharge area 130 is designed here as a sieve plate 131.
  • a drive shaft 148 for the centrifuge 120 which can be coupled to a drive device 140 (see Figures 4 and 5).
  • FIG 3 shows the device 100 with a conveyor device 114 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the centrifugation area 120 is coupled to a feed area 110, which has a conveyor device 114 for continuously providing molten plastic mixture.
  • the conveyor device 114 is designed as an extruder (conveyor screw).
  • FIG. 4 shows the device 100 with an oven 150 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the centrifugation area 120 is arranged inside an oven 150.
  • the oven 150 provides a temperature to the centrifugation area 120 so that the plastic mixture remains substantially in the (at least partially) molten state and does not cool down/harden during centrifugation.
  • the feed area 110 and the discharge area 130 are arranged outside the oven 150 in this example.
  • a drive device 140 is shown which is implemented as an electric motor.
  • a drive shaft (not shown in detail) is connected to the centrifuge 120 via the discharge area 130 and enables its rotation.
  • FIG. 5 shows the device 100 with a plurality of lateral discharge areas 130 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the device 100 has a plurality of discharge areas 130 next to one another.
  • plastic fractions can be separated downstream in the process direction P via a sieve plate 131.
  • the drive device 140 described above enables the rotation of the centrifuge 120 by means of a drive shaft (mounted at reference number 145).
  • the discharge areas 130 are in turn designed as openings 125.
  • Collecting devices 170 are provided below each of these plurality of discharge areas 130.
  • each of the plurality of discharge areas 130 should enable the discharge of a specific plastic fraction in its respective area Bl to B5, so that a different plastic fraction is then found in each collecting device 170.
  • Figures 6 and 7 each show the device 100 with an electromagnetic device 160 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the electromagnetic device 160 is designed here as an induction device (coil) around the centrifugation area 120.
  • an electromagnetic influence can be exerted on the molten plastic mixture 111 within the centrifugation area 120 in certain areas, e.g. a fractional crystallization or a magnetic separation (for plastics with different electronegativity) can be carried out.
  • FIG 7 shows the device 100 according to Figure 6 with further details.
  • the electromagnetic device 160 can generate different electromagnetic fields (shown schematically) in different areas of the centrifuge 120.
  • the coil here is an indication of targeted heating in order to achieve targeted temperature control of the process or the melt.
  • the sign is an example of (electro)magnetic fields that can be additionally applied.
  • Figures 8 to 11 each show a feed area 110 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the feed area 110 has a feed line whose cross-section is significantly smaller than that of the centrifugation area 120, into which the feed line opens via a front cover of the centrifugation area 120.
  • the corresponding discharge area 130 is implemented as a simple sieve plate 131, with a drive shaft 148 for the centrifuge 120 running through this sieve plate 131.
  • Figure 8b is a detailed view of the feed area 110.
  • Figure 9a in this embodiment, the feed area 110 has a conical transition area between the feed line with a smaller cross-section and the centrifuging area 120 with a larger cross-section.
  • the corresponding discharge area 130 has an additional drive docking device (shown here as an example in gear form) to enable a drive "from the outside" so that no drive shaft has to be guided through the sieve plate.
  • Figure 9b is a detailed view of the feed area 110
  • Figure 9c is a detailed view of the output area 130.
  • Figure 10 shows the transition between an introduction device 115 of the feed device 110 and the centrifuging area 120.
  • the introduction device 115 is designed as a funnel through which the molten plastic mixture 111 can be introduced into the area with a small cross-section of the feed device 110.
  • a transition takes place from the non-rotating extruder to the rotating centrifuging area 120, with a seal being provided.
  • Reference numeral 116 designates a coupling (here flange) between the feed device 110 and the centrifuging device in the centrifuging area 120 and reference numeral 117 designates a fixation (e.g. ball bearing ring).
  • Figure 10b shows a detailed view of the introduction device 115.
  • FIGS 11a and 11b show the feed device 110 according to Figure 10a again in other views.
  • Figures 12 and 13 each show an export area 130 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the discharge area 130 has a sieve plate 131 in which the openings 135a and 135b are provided for discharging the plastic fractions.
  • the drive shaft 148 of the drive device 140 described above runs through the sieve plate 131 (not shown here, see Figure 4 and Figure 5).
  • Figure 12b shows a schematic representation of the distribution of the openings 135a and 135b (here at constant angular distances and two different radial distances from the axis of rotation). In addition to the openings for separation, further openings are provided for fastening purposes.
  • Figures 13a and 13b show further views of the sieve plate 131 and the openings 135a and 135b.
  • Figure 14a shows a tubular centrifuging region 120 with lateral discharge regions according to an exemplary embodiment of the invention. Upstream in the process direction P, the centrifuging region 120 has a coupling region 121 for a feed device, while the centrifuging region 120 downstream in the process direction has a coupling region 122 for a discharge device. In the latter coupling region 122 (see Figure 14b), openings 125a, 125b are provided in the side wall of the centrifuging region 120, which can be assigned to a discharge region. These openings 125a, 125b enable certain plastic fractions to be discharged.
  • FIG. 15 shows a coupling region 145 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • This coupling region 145 between the drive device and the centrifuging region (via the discharge region), e.g. by means of drive shaft 148, can be thermally challenging for the drive device.
  • this problem can be overcome by means of a cooling device 146, here implemented by means of a coolant flow.
  • Figure 16 shows the separation of a plastic mixture 111 into different plastic fractions 112, 113 according to an exemplary embodiment of the invention before and after centrifugation.
  • Figure 16a Clearly shown, the plastic mixture 111 has a first plastic fraction 112 (white) and a second plastic fraction (black).
  • Figure 16b the view into the centrifugation area 120 shows that the (molten) plastic mixture 111 is positioned on the side walls after a short rotation time.
  • Figure 16c a view into the centrifugation area 120 after a longer rotation time shows that the plastic fractions 112, 113 have separated into a white outer area 112 and a black inner area 113.
  • Figure 17 shows the separation of a plastic mixture into different plastic fractions 112, 113 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 17a shows schematically the demixing process of the plastic fractions 112 and 113 (here PLA and HDPE) along the length of a (tube-shaped) centrifugation area 120.
  • a laboratory scale is chosen.
  • Figure 17b shows corresponding images (to the diagram of Figure 17a) of the plastic mixture 111 at different positions within the elongated centrifugation area 120. A clear separation of the plastic fractions 112, 113 in the process direction P downstream can be achieved.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) beschrieben zum Trennen eines Kunststoffgemisches (111), die Vorrichtung (100) aufweisend: i) einen Zufuhrbereich (110), welcher eingerichtet ist zum Zuführen Kunststoffgemisches (111) in zumindest teilweise geschmolzenem Zustand; ii) einen Zentrifugierbereich (120), welcher an den Zufuhrbereich (110) gekoppelt ist, und welcher eingerichtet ist, das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch (111) mittels Zentrifugierens in eine erste Kunststofffraktion (112) und eine zweite Kunststofffraktion (113) zu trennen, 10 wobei die erste Kunststofffraktion (112) von der zweiten Kunststofffraktion (113) verschieden ist; und iii) einen Ausfuhrbereich (130), welcher an den Zentrifugierbereich (120) gekoppelt ist, und welcher eingerichtet ist zum Bereitstellen der abgetrennten ersten Kunststofffraktion (112) und der abgetrennten zweiten Kunststofffraktion (113). Die Vorrichtung (100) ist eingerichtet in einem kontinuierlichen Betrieb zu operieren.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM KONTINUIERLICHEN TRENNEN EINES KUNSTSTOFFGEMISCHES
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen eines (aufgeschmolzenen) Kunststoffgemisches, welche einen Zufuhrbereich, einen Zentrifugierbereich, und einen Ausfuhrbereich aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen eines (aufgeschmolzenen) Kunststoffgemisches. Entsprechend kann sich die Erfindung auf das technische Gebiet des Abtrennens von Kunststofffraktionen aus einem Kunststoffgemisch beziehen.
Technischer Hintergrund
Recycling von Kunststoffen ist ein aktuelles (Forschungs-) Thema von erheblicher wirtschaftlicher und umwelttechnischer Relevanz. Eine Vielzahl von Verfahren sind weltweit im Einsatz und in der Entwicklung. Eine besondere Problematik kann hierbei darin bestehen, eine Kunststoffmischung effizient zu recyceln, denn verschiedene Kunststoffe können je nach ihrer Beschaffenheit unterschiedliche Aufbereitungsprozesse benötigen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn es sich um eine nicht sortierbare Kunststoffmischung handelt, wie z.B. eine Mehrschichtfolie. An dieser Stelle können besondere technische Entwicklungen notwendig sein, um nicht nur eine saubere Trennung zu erreichen, sondern auch diese in einem kostentechnisch wirtschaftlichen Rahmen zu ermöglichen. In Europa wurden im Jahr 2018 etwa 17,8 Mt an benutzten Verpackungen gesammelt, wovon aber nur 7,5 Mt recycelt wurden. Somit wäre ein Potential von mehr als 10 Mt/a für neue Trennverfahren gegeben.
Derzeitige Forschungsarbeiten im Bereich des Recyclings gehen in Richtung Aufbereitung der Materialströme; beispielsweise wird an multi-sensorgestützten Sortiersystemen mit künstlicher Intelligenz oder sogenannten Tracing-Systemen geforscht. Diese Forschungen zielen darauf ab, sortenreine Materialströme zu generieren, um sie anschließend über den konventionellen Recyclingweg wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Diese Methoden können aber einen großen Nachteil haben: sie scheitern zumeist bei Materialverbunden, wie Mehrschichtfolien oder Polymerlegierungen. Um diese mengenmäßig große Abfallkategorie wieder werkstofflich nutzbar zu machen, können neue Konzepte zur Aufbereitung notwendig sein.
Ein Trennverfahren unterscheidet sich in einem wesentlichen Punkt von existierenden Recyclingverfahren: die Auftrennung von Kunststoffgemischen erfolgt in einem aufgeschmolzenen Zustand der Polymere. Wissenschaftliche Arbeiten haben gezeigt, dass die Sortierung von zwei unterschiedlichen Polymeren im schmelzförmigen Zustand in einer Zentrifuge aufgrund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften (insbesondere der Dichte) der Fraktionen im Zentrifugalfeld funktioniert. Ein solches Verfahren arbeitet diskontinuierlich, bzw. batch-weise: ein Kunststoffgemisch Batch wird einer Zentrifuge zugefügt und dann mittels Temperaturerhöhung oder Wärmezufuhr geschmolzen. Der nachfolgende Einsatz der Zentrifuge ermöglicht eine Dichtetrennung der Kunststofffraktionen des Kunststoffgemisches. Diese Fraktionen werden dann abgekühlt, entfernt, und die Zentrifuge wird für ein weiteres Kunststoffgemisch Batch vorbereitet.
Dieses Verfahren kann allerdings den Nachteil haben, dass es relativ zeitaufwändig ist und nur einen geringen Durchsatz bei den abfallmengenmäßig hohen Volumen an Kunststoffgemischen ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann ein Bedarf bestehen, ein Trennen eines Kunststoffgemisches in effizienter und zuverlässiger Weise und mit einem hohen Durchsatz zu ermöglichen.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen werden bereitgestellt. Vorteilhafte Ausführungsformen werden von den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Trennen eines (zumindest teilweise aufgeschmolzenen) Kunststoffgemisches beschrieben. Die Vorrichtung aufweisend: i) einen Zufuhrbereich (z.B. eine kontinuierliche Fördervorrichtung wie eine Förderschnecke), welcher eingerichtet ist zum Zuführen des Kunststoffgemisches in (zumindest teilweise) (auf-) geschmolzenem Zustand; ii) einen Zentrifugierbereich (z.B. eine längliche rohrförmige Zentrifuge), welcher an den Zufuhrbereich gekoppelt ist (z.B. über einen Flansch verbunden), und welcher eingerichtet ist, das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch mittels Zentrifugierens in eine Kunststofffraktion und mindestens eine weitere Kunststofffraktion zu trennen (basierend auf unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, insbesondere Dichteunterschiede, Viskositätsunterschiede, etc.), wobei die Kunststofffraktion von der mindestens einen weiteren Kunststofffraktion verschieden (insbesondere chemisch oder physikalisch unterschiedlich, weiter insbesondere zumindest in der spezifischen Dichte unterschiedlich) ist (z.B. Polyethylen und Polyester); und iii) einen Ausfuhrbereich (z.B. eine Siebplatte oder seitliche Öffnungen der Zentrifugenwand), welcher an den Zentrifugierbereich gekoppelt ist, und welcher eingerichtet ist zum Bereitstellen der abgetrennten (zumindest teilweise geschmolzenen, im Wesentlichen flüssigen) Kunststofffraktion und der abgetrennten mindestens einen weiteren Kunststofffraktion(en) (zumindest teilweise geschmolzenen, im Wesentlichen flüssigen).
Die Vorrichtung ist hierbei vorzugsweise eingerichtet in einem kontinuierlichen Betrieb zu operieren (somit kein diskontinuierlicher, Batch-weiser Betrieb).
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren (zum Trennen eines Kunststoffgemisches, z.B. mittels einer Vorrichtung wie oben erläutert) beschrieben, welches aufweist: i) zumindest teilweises Aufschmelzen eines Kunststoffgemisches; ii) Zentrifugieren des zumindest teilweise geschmolzenen Kunststoffgemisches und hierbei Trennen des geschmolzenen Kunststoffgemisches in eine Kunststofffraktion und mindestens eine weitere Kunststofffraktion, wobei die Kunststofffraktionen einander (physikalisch und/oder chemisch) unterscheiden; und iii) Abführen der abgetrennten Kunststofffraktion und der abgetrennten mindestens einen weiteren Kunststofffraktion.
Das Verfahren kann hierbei kontinuierlich betrieben werden. Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann sich der Begriff „Kunststoffgemisch" auf ein Material beziehen, welches zumindest zwei Arten von Kunststoffen, bzw. Kunststofffraktionen aufweist. Beispielsweise kann das Kunststoffgemisch Polyethylen und Polystyrol aufweisen. In einem Beispiel sind die Kunststoff(-fraktionen) nicht sortierbar bzw. nicht manuell trennbar. Beispiele für ein solches Gemisch können eine Mehrschichtfolie oder eine Polymer- Legierung sein. Der Begriff „Kunststoff' kann in diesem Kontext ein synthetisches Material (insbesondere einen Werkstoff) bezeichnen, welches im Wesentlichen aus Makromolekülen (insbesondere Kohlenstoff-basiert) besteht, also aus Polymeren. Umgangssprachlich können Kunststoffe auch als Plastik bezeichnet werden. In vorliegenden Kontext können Kunststoffe Thermolaste, Duroplaste und Elastomere umfassen. Spezifische Beispiele können umfassen : Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen mit hoher (HDPE) oder niedriger (LDPE) Dichte, Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC). In einem Beispiel kann das Kunststoffgemisch nur eine Kunststoffart (z.B. PE) aufweisen, welche jedoch in zwei oder mehr Kunststofffraktionen getrennt werden kann (z.B. LDPE und HDPE).
Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann sich der Begriff „zumindest teilweise geschmolzen" insbesondere auf einen schmelzartigen Zustand beziehen.
Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann sich der Begriff „Zufuhrbereich" insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche geeignet ist, einem Zentrifugierbereich kontinuierlich geschmolzenes Kunststoffgemisch bereitzustellen. In einem einfachen Ausführungsbeispiel kann der Zufuhrbereich der Eingangsbereich (in Prozessrichtung stromaufwärts) einer Zentrifugiervorrichtung sein. In einem komplexeren Ausführungsbeispiel kann der Zuführbereich eine Fördervorrichtung aufweisen, welche das geschmolzene Kunststoffgemisch mittels eines kontinuierlichen Stroms transportieren kann. In einem Beispiel ist der Zufuhrbereich eine separate Vorrichtung, welche an eine Zentrifugiervorrichtung angeschlossen wird. Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann sich der Begriff „Zentrifugierbereich" insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche geeignet ist, eine Zentrifugalkraft auf ein zu zentrifugierendes Material, insbesondere eine Kunststoffmischung, auszuüben. Bevorzugt ist der Zentrifugierbereich geeignet eine (zumindest teilweise geschmolzene) Kunststoffmischung aufzunehmen und mittels Rotation zu zentrifugieren. Durch die Rotation (gleichförmige Kreisbewegung) des zu zentrifugierenden Materials kommt es zu einer Stofftrennung, welche insbesondere genutzt werden kann, um eine Kunststoffmischung in Kunststofffraktionen zu trennen. Der Zentrifugierbereich kann eine Zentrifugiervorrichtung aufweisen, welche eine (z.B. bei Ausgestaltung als Rohr) oder mehr (z.B. bei eckiger Ausgestaltung) Seitenwände aufweist, die einen Innenraum begrenzen, in welchem dann das zu zentrifugierende Material aufgenommen werden kann. Der Zentrifugierbereich ist bevorzugt an einen Zufuhrbereich und an einen Ausfuhrbereich gekoppelt, so dass ein kontinuierliches Zuführen und Abführen von Materialströmen ermöglicht ist. Die Rotation des Zentrifugierbereichs kann mittels einer Antriebsvorrichtung, z.B. einem Motor, bewerkstelligt werden. Eine entsprechende Kopplung der Antriebsvorrichtung an die Zentrifugiervorrichtung kann z.B. über den Ausfuhrbereich erfolgen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Zentrifugierbereich konfiguriert und geeignet, innerhalb eines Ofens betrieben zu werden.
Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann sich der Begriff „Ausfuhrbereich" insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche geeignet ist, (geschmolzene) Kunststofffraktionen kontinuierlich aus einem Zentrifugierbereich auszuführen bzw. abzuführen. In einem einfachen Ausführungsbeispiel kann der Ausfuhrbereich der Ausgangsbereich (in Prozessrichtung stromabwärts) einer Zentrifugiervorrichtung sein. In einem komplexeren Ausführungsbeispiel kann der Ausfuhrbereich Öffnungen aufweisen, welche derart gebildet sind, dass durch verschiedene (z.B. in Bezug auf die Position oder die Größe) Öffnungen unterschiedliche Kunststofffraktionen getrennt voneinander ausgeführt werden können. In einem Ausführungsbeispiel kann die Zentrifugiervorrichtung länglich ausgebildet sein, wobei in Prozessrichtung stromabwärts und senkrecht zur länglichen Haupterstreckungsrichtung (z.B. Boden eines Rohrs) die Öffnungen vorgesehen sein können, z.B. als Siebplatte. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Ausfuhrbereich ein Teil der Zentrifugiervorrichtung bzw. ein Teil des Zentrifugierbereichs sein, wobei z.B. die Öffnungen in einer Seitenwand der Zentrifugiervorrichtung vorgesehen sein können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass ein effizientes und zuverlässiges Trennen eines Kunststoffgemisches mit einem hohen Durchsatz gelingt, wenn einem Zentrifugierbereich kontinuierlich geschmolzenes Kunststoffgemisch zugeführt wird, und in Prozessrichtung stromabwärts kontinuierlich getrennte, verschiedene (geschmolzene) Kunststofffraktionen abgeführt und bereitgestellt werden.
Der kontinuierlich arbeitende Zentrifugierbereich (mit Zusatzaufbauten) kann es ermöglichen, gemischte Kunststofffraktionen in sortenreine Materialströme aufzutrennen. Derzeit noch ausgeschleuste nicht getrennte Materialströme können künftig mit dem vorgestellten Verfahren aufgrund der Trennung dann wieder in den Materialkreislauf aufgenommen und separat wiedergenutzt werden. Die bisherige Batch-weise Vorgehensweise funktioniert zwar zuverlässig, weist aber Nachteile bezüglich Durchsatz und somit Wirtschaftlichkeit auf.
Es wurde nun überraschend von den Erfindern erkannt, dass ein signifikant höherer Durchsatz bei (im Wesentlichen) gleicher Zuverlässigkeit mittels eines kontinuierlichen Betriebes möglich ist, bei welchem das Kunststoffgemisch bereits in geschmolzenem Zustand dem Zentrifugieren zugeführt wird und kontinuierlich geschmolzene abgetrennte Kunststofffraktionen abgeführt werden.
Exemplarische Ausführunosbeispiele
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner auf: Eine Heizvorrichtung, insbesondere einen Ofen. In einem Beispiel ist der Zentrifugierbereich zumindest teilweise (insbesondere vollständig) innerhalb des Ofens angeordnet ist. Dies kann den Vorteil haben, dass eine erwünschte Temperatur direkt (und homogen) an den Zentrifugierbereich bzw. das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann dadurch die (zumindest teilweise geschmolzene) Kunststoffmischung in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden.
Dies kann wiederum den Vorteil haben, dass die Kunststoffmischung nicht aushärtet bzw. zu schnell abkühlt. In einem Ausführungsbeispiel sind Zufuhrbereich und/oder Abfuhrbereich außerhalb des Ofens angeordnet. In einem weiteren Beispiel sind Zufuhrbereich und/oder Abfuhrbereich zumindest teilweise innerhalb des Ofens angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Heizvorrichtung zur Erwärmung der Zentrifuge, der Gase und/oder der Kunststoffmasse innerhalb der Zentrifuge eingerichtet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Heizvorrichtung auch eine Energiequelle im Umfeld der Zentrifuge sein, z.B. solar, eine Verbrennungsanlage, etc.
In einem weiteren Beispiel kann die Heizvorrichtung als Induktionsheizvorrichtung zur Wirbelstromheizung von eisenhaltigen induktionsfähigen Zentrifugen ausgeführt sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Heizvorrichtung eingerichtet, innerhalb des Zentrifugierbereichs derart eine Temperatur bereitzustellen, dass der Schmelzzustand des geschmolzenen Kunststoffgemisches erhalten bleibt. Die relevante Temperatur kann z.B. 150°C oder mehr, insbesondere 300°C oder mehr, sein. Die Heizvorrichtung kann die Temperatur an die Umgebung, die Luft oder die Kunststoffschmelze bereitstellen bzw. diese aufrechterhalten.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine individuelle Temperatur festgelegt werden kann, abhängig davon welche Kunststoffmischung verwendet wird, bzw. zu welchem Grad diese während des Zentrifugierens geschmolzen sein soll.
Der Begriff „Temperatur" kann eine Raumtemperatur, Wandtemperatur oder eine thermische Energiezufuhr darstellen, insbesondere zur hinreichenden Schmelzerwärmung oder zum Ausgleich von Wärmeverlusten im zugeführten Massestrom des allenfalls schon als (Teil-)Schmelzgut vorliegenden Kunststoffgemisches. In einem weiteren Beispiel können thermische Energiequellen im Umfeld genutzt werden, z.B. durch Verbrennungsgase aus nicht recyclingfähigen Stoffen im Umfeld der Nutzung. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner auf: eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Seitenwand des Zentrifugierbereichs zu heizen. Es hat sich gezeigt, dass Material im Außenbereich der Zentrifuge, bzw. in Nähe der Seitenwand, dazu neigt schneller abzukühlen (und dadurch auszuhärten). Dies kann effizient und gezielt dadurch unterbunden werden, dass entsprechende Seitwandbereiche zusätzlich oder alternativ beheizt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Antriebsvorrichtung (z.B. einen Motor) auf, welche eingerichtet ist, den Zentrifugierbereich anzutreiben (bzw. die Rotation zu ermöglichen). In einem Ausführungsbeispiel kann die Antriebsvorrichtung mittels einer Antriebswelle an den Zentrifugierbereich gekoppelt sein. In einem weiteren Beispiel verläuft die Antriebswelle zumindest teilweise durch den Ausfuhrbereich. In einem Beispiel ist die Antriebsvorrichtung außerhalb, in einem anderen Beispiel innerhalb des Ofens angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Kühlvorrichtung auf, insbesondere assoziiert mit einem Koppelbereich zwischen Zentrifugierbereich und Antriebsvorrichtung (insbesondere via Ausfuhrbereich). Insbesondere bei Verwendung des oben beschriebenen Ofens kann die Temperatur für die Antriebsvorrichtung kritisch werden. Eine entsprechende Kühlvorrichtung (z.B. mittels Kühlflüssigkeit) kann einen effizienten und zuverlässigen Betrieb ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Zuführbereich eine Fördervorrichtung, insbesondere einen Extruder (z.B. einen Ein- bzw. Zweischneckenextruder, gleich- bzw. gegenlaufende Extruder, usw.) auf, welche eingerichtet ist, das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch dem Zentrifugierbereich kontinuierlich zuzufügen. In diesem Kontext kann eine Fördervorrichtung eine Vorrichtung bezeichnen, welche geeignet ist, eine (zumindest teilweise geschmolzene) Kunststoffmischung zu dem Zentrifugierbereich zu transportieren. Hierfür kann sich eine Förderschecke eignen. In einem weiteren Beispiel kann auch ein Förderband verwendet werden (welches für die zumindest teilweise Kunststoffschmelze geeignet ist). Die Fördervorrichtung kann als Teil des Zufuhrbereichs angesehen werden und über einen Übergangsbereich ins Innere des Zentrifugierbereichs münden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Zentrifugierbereich länglich mit einer Haupterstreckungsrichtung (H) ausgestaltet. Entlang dieser Länge kann sich dann die Prozessrichtung (P) erstrecken, wobei der Materialstrom (geschmolzene Kunststoffmischung) entlang dieser Prozessrichtung durch den Zentrifugierbereich transportiert wird. Dies kann den Vorteil haben, dass sich die Kunststofffraktionen besonders effizient und zuverlässig entlang dieser Transportlänge trennen lassen (siehe Figuren 16 und 17). In einem Ausführungsbeispiel ist der Zentrifugierbereich bzw. die Zentrifugiervorrichtung, als länglicher Container ausgestaltet, wobei eine Seitenwand oder mehrere Seitenwände einen (Zentrifugiermaterial-) Innenraum begrenzen. Der Container kann im Querschnitt z.B. rund (Rohr-förmig) oder (recht-) eckig ausgestaltet sein. In diesem Kontext kann der Begriff „länglich" sich insbesondere darauf beziehen, dass ein Objekt wie ein Container eine Vorzugsrichtung bzw. eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, entlang welcher sich dieses Objekt (dieser Container) erstreckt.
In einem spezifischen Ausführungsbeispiel kann die Zentrifuge eine Drehzahl in dem Bereich bis zu 3000 U/min aufweisen. Der Container kann im Labormaßstab etwa eine Länge von 1 m und einen Durchmesser von 10 cm aufweisen. In einem Beispiel kann die Drehzahl für eine bestimmte Kunststoffmischung angepasst werden und dann für ähnliche Anwendungen wiederverwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Ausfuhrbereich auf: eine erste Öffnung zum Ausführen der Kunststofffraktion und/oder eine zweite Öffnung zum Ausführen der mindestens einen weiteren zweiten Kunststofffraktion. Dies kann den Vorteil haben, dass die Kunststofffraktionen im Wesentlichen ohne weitere Hilfsmittel direkt aus dem Zentrifugierbereich (z.B. über die Seitenwand und/oder den Bodenbereich) ausgeführt werden können. Die Öffnungen können bevorzugt zu einer Sammelvorrichtung hin ausgerichtet sein. Beispielsweise kann jede Öffnung in eine separate Sammelvorrichtung münden, um dadurch getrennte Kunststofffraktionen bereitzustellen. Ferner können die Öffnungen mit einer Abflussvorrichtung (z.B. Rinnen) versehen werden, um den (kontinuierlichen) geschmolzenen Kunststofffraktionsfluss zu leiten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ausfuhrbereich mit der ersten Öffnung und/oder der zweiten (bzw. mindestens einen weiteren) Öffnung senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung des länglichen Zentrifugierbereichs angeordnet. Die geschmolzene Kunststoffmischung bewegt sich während des Zentrifugierens entlang einer Prozessrichtung durch den Zentrifugierbereich. Stromabwärts der Prozessrichtung kann die Trennung der Kunststofffraktionen am zuverlässigsten sein, so dass in diesem Endbereich bzw. Bodenbereich der Zentrifugiervorrichtung effizient Öffnungen angebracht sein können. Beispielsweise können die Öffnungen in einem Bereich angeordnet sein, welcher senkrecht zur Prozessrichtung (Materialstrom) angeordnet ist. Im Falle eines länglichen Containers kann dies z.B. eine Platte mit zumindest zwei Öffnungen sein, z.B. eine Siebplatte (siehe Figuren 12 und 13). Die Achsen der Löcher sind in einem Beispiel parallel zu Prozessrichtung und/oder parallel zur Rotationsachse der Zentrifuge.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ausfuhrbereich mit der ersten Öffnung und/oder der zweiten Öffnung (im Wesentlichen) parallel zu der Haupterstreckungsrichtung des länglichen Zentrifugierbereichs angeordnet. Dieses Beispiel kann sich insbesondere auf eine Ausführung beziehen, bei der die Öffnungen mit einer Begrenzungsfläche (insbesondere Seitenwand) des Zentrifugierbereichs (insbesondere des länglichen Containers) assoziiert bzw. darin gebildet sind. Hier kann zusätzlich auch eine Seitenwand, insbesondere die Bodenfläche, betroffen sein, die nicht parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Containers angeordnet ist. Die Öffnungen können einem Ausfuhrbereich zugeordnet sein, so dass sich dieser oder mehrere Ausfuhr(teil)bereiche an der Container-Seitenwand befinden können. In einem Beispiel ist ein Ausfuhrbereich oder sind mehrere dieser Ausfuhr(teil)bereiche im Endbereich des Zentrifugierbereichs angeordnet (siehe Figur 14). In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Ausfuhrbereich/Öffnung oder sind mehrere (bzw. eine Mehrzahl) Ausfuhr(teil)bereiche/Öffnungen entlang der Längserstreckung (Haupterstreckungsrichtung) des länglichen Containers gebildet, insbesondere mit der Seitenwand assoziiert (siehe Figur 5). Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Zentrifugierbereich zumindest einen Ausfuhrbereich mit zumindest einer Öffnung in einer Seitenwand auf, durch welche Öffnung zumindest eine Kunststofffraktion abtrennbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Zentrifugierbereich (bzw. längliche Container) entlang der Haupterstreckungsrichtung (H) einen Ausfuhrbereich mit einer Mehrzahl von Öffnungen in einer Seitenwand auf, durch welche Öffnungen eine Mehrzahl von verschiedenen Kunststofffraktionen abtrennbar und/oder ausführbar sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Ausfuhrbereich drei oder mehr, insbesondere fünf oder mehr, weiter insbesondere zehn oder mehr, Öffnungen auf. Es können auch eine Mehrzahl von Ausfuhr(teil)bereichen vorgesehen werden (z.B. drei oder mehr, insbesondere fünf oder mehr, weiter insbesondere zehn oder mehr), von denen jeder eine Öffnung oder mehrere Öffnungen aufweist. Insbesondere ist die Vorrichtung eingerichtet, an jeder Öffnung eine andere/verschiedene Kunststofffraktion auszuführen. Dies kann eine effiziente Trennung und Sortierung ermöglichen.
Die Erfinder haben überraschend erkannt, dass ein Abtrennen/Abführen von (zumindest teilweise geschmolzenen) Kunststofffraktionen entlang der Prozessrichtung (bzw. entlang einem länglichen Zentrifugiercontainer, insbesondere über die Seitenwände) eine besonders effiziente und zuverlässige Trennung ermöglichen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Kunststoffgemisch eine Mehrschichtfolie und/oder eine Polymer-Legierung auf. Solche nicht-sortierbaren Mischungen können mit konventionellen Methoden kaum getrennt werden und die beschriebene Vorrichtung kann für diese Materialien besonders hilfreich sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Kunststoffgemisch zumindest einen der folgenden Kunststoffe auf: Polyethylen, PE, Polystyrol, PS, Polyester, PE, Polypropylen, PP, Polyamid, PA, Polyvinylchlorid, PVC, Polymilchsäure (polylactic acid), PLA. Somit können wirtschaftlich besonders wichtige und weit verbreitete Kunststoffe für die beschriebene Trennung geeignet sein. Jedes dieser Beispiele kann eine Kunststofffraktion darstellen. Ferner können aber auch zwei oder mehr dieser Kunststoffe gemeinsam eine Kunststofffraktion bilden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner auf: eine elektromagnetische Vorrichtung, welche eingerichtet ist, innerhalb des Zentrifugierbereichs (direkt, selektiv) ein oder mehrere elektromagnetische(s) Feld(er) bereitzustellen. Dies kann den Vorteil haben, dass weitere effiziente Trennmechanismen (z.B. magnetisch) eingesetzt werden können. In einem Beispiel wird das elektromagnetische Feld direkt im Zentrifugierbereich eingesetzt, z.B. mittels einer Induktionsvorrichtung (siehe auch Figuren 6 und 7). In einem anderen Beispiel kann eine magnetische Trennung auch bezüglich der Kunststoffmischung oder den Kunststofffraktionen durchgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel können wechselnde Pole eingesetzt werden.
In einem Beispiel kann ein magnetisches Gleichfeld (mit Nordpol und Südpol), elektrisch aufgeladene (Coulomb Ladung) Kunststoffpartikel im rotierenden Stoffstrom ablenken, wobei eine unterschiedliche Ladung(-shöhe) eine unterschiedliche Ablenkung (Lorentzkraft= q*(vxB)) im Magnetfeld ergeben kann.
In einem Beispiel werden (elektro-)magnetische Felder induziert, so dass unterschiedlich elektrisch geladene Kunststoffe getrennt werden können. In einem Ausführungsbeispiel kann die Rotations-Bewegung eingestellt werden, um eine Trennung aufgrund unterschiedlicher Kraftwirkung auf die geladenen Kunststoffpartikel mit unterschiedlicher Elektronegativität oben/unten am Zentrifugierbereich zu entnehmen (zwei Trennschritte).
In einem anderen Beispiel kann die magnetische Trennung während der Rotation gelingen. Somit wird eine weitere Kraft (elektrostatisch/elektrodynamisch) synchron zur Rotation eingesetzt und dadurch die Zentrifugalkraft verstärkt (ein Trennschritt). Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung ferner eingerichtet, innerhalb des Zentrifugierbereichs eine fraktionierte Kristallisation (durch Temperaturgradienten) bereitzustellen. Dies kann den Vorteil haben, dass bestimmte Kunststoffmaterialien bzw. Kunststofffraktionen besonders effizient abgetrennt werden können, indem diese (zumindest teilweise) kristallisieren, während andere Kunststofffraktionen nicht kristallisieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren auf: (kontinuierliches) Bewegen (Transportieren) des Kunststoffgemisches senkrecht zur Schwerkraftrichtung (G). In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Prozessrichtung in horizontaler Richtung bzw. entlang der x- oder y-Achse, in anderen Worten: seitlich oder im Wesentlichen parallel oder tangential zur Erdoberfläche.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren auf: (kontinuierliches) Bewegen (Transportieren) des Kunststoffgemisches (im Wesentlichen) parallel zur Schwerkraftrichtung (G). In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Prozessrichtung in vertikaler Richtung bzw. entlang der z-Achse, in anderen Worten: von oben nach unten, bzw. von unten nach oben oder normal zur Erdoberfläche.
Abhängig von räumlichen Gegebenheiten bzw. gewünschten Ergebnissen, können unterschiedliche Betriebsweisen besonders vorteilhaft sein. In einem Beispiel kann die Prozessrichtung (bzw. der Zentrifugierbereich) aber auch gekippt oder schwenkbar gestaltet sein, z.B. in dem Bereich 1-89° bezogen auf die Schwerkraftrichtung (0° und 90° würden den Bezeichnungen vertikal und horizontal entsprechen).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner aufweisend: seitliches Abführen, bezogen auf die Haupterstreckungsrichtung (des länglichen Containers), von zumindest einer Kunststofffraktion aus dem länglichen Zentrifugierbereich, insbesondere durch jeweils mindestens eine Öffnung in der Seitenwand des Zentrifugierbereichs. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren auf: Bereitstellen zumindest einer bereits abgetrennten Kunststofffraktion an einen weiteren Trennschritt, insbesondere aufweisend: nochmaliges Zentrifugieren der abgetrennten Kunststofffraktion und hierbei weiteres Trennen der abgetrennten Kunststofffraktion in eine weitere erste Kunststofffraktion und eine weitere zweite Kunststofffraktion.
Der weitere Zentrifugierschritt kann von einer vergleichbaren (oder derselben) Vorrichtung durchgeführt werden. Der weitere Zentrifugierschritt kann sich kontinuierlich an das beschriebene Trennverfahren anschließen oder Batch-weise durchgeführt werden. In einem Beispiel ist die zumindest eine abgetrennte Kunststofffraktion zumindest teilweise aufgeschmolzen (immer noch), wenn sie dem weiteren Zentrifugierschritt zugeführt wird. In einem anderen Beispiel ist die zumindest eine abgetrennte Kunststofffraktion abgekühlt und muss erneut (zumindest teilweise) geschmolzen werden, bevor sie dem weiterem Zentrifugierschritt zugeführt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Volumenstrom (die abgetrennte Kunststofffraktion) im (jeweiligen) Ausfuhrbereich fraktionsabhängig zugeordnet. Insbesondere weist die Vorrichtung eine Sensorvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, eine Kenngröße der ausgeführten abgetrennten Kunststofffraktion zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Waage oder andere Sensorvorrichtung die Dichte der Fraktion bestimmen und eine oder mehrere Weichen, abhängig von der erfassten Kenngröße (Farbe, Dichte, etc.) den Ausfuhrvolumenstrom zusätzlich regeln.
In einem Beispiel wird eine Kunststofffraktion an zwei oder mehr Ausfuhrberiechen ausgeführt. Diese Teilfraktionen können in einem weiteren Schritt zusammengeführt werden.
In einem Beispiel wird bei der Zufuhr der Kunststoffe (in den Einfuhrbereich) auf eine möglichst homogene Durchmischung der zu trennenden Kunststofffraktionen geachtet (z.B. Mehrschichtfolien konstanter Zusammensetzung, oder Beimischung bekannter Eingangsfraktionen als Hilfsseparatoren). Es ist zu beachten, dass Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Gegenstände beschrieben wurden. Insbesondere wurden einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Verfahrensansprüche beschrieben, während andere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Vorrichtungsansprüche beschrieben wurden. Ein Fachmann wird jedoch aus dem Vorstehenden und der folgenden Beschreibung entnehmen, dass, sofern nicht anders angegeben, neben jeder Kombination von Merkmalen, die zu einer Art von Gegenstand gehören, auch jede Kombination von Merkmalen, die sich auf verschiedene Gegenstände beziehen, als von diesem Dokument offenbart gilt. Dies insbesondere auch zwischen Merkmalen der Verfahrensansprüche und Merkmalen der Vorrichtungsansprüche.
Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachstehend zu beschreibenden Beispielen der Ausführungsformen und werden unter Bezugnahme auf die Beispiele der Ausführungsformen erläutert. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine Vorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung mit einer Fördervorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4 zeigt eine Vorrichtung mit einem Ofen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 5 zeigt eine Vorrichtung mit seitlichen Ausfuhrbereichen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figuren 6 und 7 zeigen jeweils eine Vorrichtung mit einer elektromagnetischen Vorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figuren 8b, 9b und Figuren 10 und 11 zeigen jeweils einen Zufuhrbereich gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figuren 12 und 13 zeigen jeweils einen Ausfuhrbereich gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figuren 8a, 9a und 14 zeigt einen Rohr-förmigen Zentrifugierbereich; und Figur 9c einen solchen mit seitlichen Ausfuhrbereichen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 15 zeigt einen (Figur 15b gekühlten), Koppelbereich gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figuren 16 und 17 zeigen jeweils eine die Trennung eines Kunststoffgemisches in verschiedene Kunststofffraktionen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Darstellung in den Zeichnungen sind schematisch. Es wird darauf hingewiesen, dass in unterschiedlichen Abbildungen ähnliche oder identische Elemente oder Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen sind, die sich von den entsprechenden Bezugszeichen nur innerhalb der ersten Ziffer unterscheiden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden Elemente oder Merkmale, die bereits in Bezug auf eine zuvor beschriebene Ausführungsform erläutert wurden, an einer späteren Stelle der Beschreibung nicht noch einmal erläutert.
Darüber hinaus werden räumlich relative Begriffe wie "vorne" und "hinten", "oben" und "unten", "links" und "rechts" usw. verwendet, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element zu beschreiben, wie in den Abbildungen dargestellt. So können die räumlich relativen Begriffe auf verwendete Orientierungen vorkommen, die von der in den Abbildungen dargestellten Orientierung abweichen. Offensichtlich beziehen sich diese räumlich relativen Begriffe lediglich auf eine Vereinfachung der Beschreibung und die in den Abbildungen gezeigte Orientierung und sind nicht notwendigerweise einschränkend, da eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung andere Orientierungen als die in den Abbildungen dargestellten annehmen kann, insbesondere, wenn sie verwendet wird. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Trennen einer Kunststoffgemisch- Schmelze 111 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 100 hat einen Zufuhrbereich 110, hier als Öffnung in Prozessrichtung P stromaufwärts eines Zentrifugierbereichs 120 realisiert, welcher eingerichtet ist zum Zuführen des Kunststoffgemisches 111 in zumindest teilweise geschmolzenem Zustand. Der Zentrifugierbereich 120, hier eine Rohrförmige Zentrifuge, trennt das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch 111 mittels Zentrifugalkraft (Rotation mittels Pfeil schematisch dargestellt) in eine erste Kunststofffraktion 112 und eine zweite Kunststofffraktion 113 (wobei die erste Kunststofffraktion 112 von der zweiten Kunststofffraktion 113 verschieden ist, z.B. Polyethylen und Polymilchsäure). Ein Ausfuhrbereich 130 ist in diesem Beispiel als Öffnung des Zentrifugierbereichs 120 in Prozessrichtung P stromabwärts gezeigt. Über den Ausfuhrbereich 130 können die abgetrennten Kunststofffraktionen 112, 113 aus der Vorrichtung 100 entfernt und bereitgestellt werden. Bevorzugt ist die beschriebene Vorrichtung 100 eingerichtet, in einem kontinuierlichen Betrieb zu operieren, also kontinuierlich Schmelze 111 zuzuführen, zu zentrifugieren, und abzuführen.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Trennen einer Kunststoffgemisch- Schmelze gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist jeder der drei Bereiche i) Zufuhrbereich 110, ii) Zentrifugierbereich 120, und iii) Abfuhrbereich 130 als separate Vorrichtung ausgebildet. Der Zufuhrbereich 110 weist einen Zugang auf (siehe Details in den Figuren 8 bis 11), welcher einen geringeren Durchmesser aufweist als der in Prozessrichtung P stromabwärts gekoppelte Zentrifugierbereich 120. In Prozessrichtung P stromabwärts des Zentrifugierbereichs 120 ist wiederum der Ausfuhrbereich 130 angekoppelt. In diesem Beispiel sind die Kopplungen zwischen den Bereichen 110, 120, 130 jeweils über einen Flansch realisiert. Wie in den folgenden Figuren 12 und 13 gezeigt, ist der Ausfuhrbereich 130 hier als Siebplatte 131 ausgestaltet. Zu sehen ist zudem eine Antriebswelle 148 für die Zentrifuge 120, die an eine Antriebsvorrichtung 140 koppelbar ist (siehe Figuren 4 und 5).
Figur 3 zeigt die Vorrichtung 100 mit einer Fördervorrichtung 114 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Zentrifugierbereich 120 ist an einen Zufuhrbereich 110 gekoppelt, weicher eine Fördervorrichtung 114 zum kontinuierlichen Bereitstellen von geschmolzenem Kunststoffgemisch aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Fördervorrichtung 114 als Extruder (Förderschnecke) ausgebildet.
Figur 4 zeigt die Vorrichtung 100 mit einem Ofen 150 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Zentrifugierbereich 120 innerhalb eines Ofens 150 angeordnet. Der Ofen 150 stellt eine Temperatur an den Zentrifugierbereich 120 bereit, so dass das Kunststoffgemisch im Wesentlichen in dem (zumindest teilweise) geschmolzenen Zustand verbleibt und nicht auskaltet/aushärtet) während des Zentrifugierens. Der Zufuhrbereich 110 und der Ausfuhrbereich 130 sind in diesem Beispiel außerhalb des Ofens 150 angeordnet. Ferner ist in diesem Beispiel eine Antriebsvorrichtung 140 gezeigt, die als Elektromotor implementiert ist. Eine Antriebswelle (nicht detailliert gezeigt) ist über den Ausfuhrbereich 130 mit der Zentrifuge 120 verbunden und ermöglicht deren Rotation.
Figur 5 zeigt die Vorrichtung 100 mit einer Mehrzahl seitlicher Ausfuhrbereiche 130 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 mehrere Ausfuhrbereiche 130 nebeneinander auf. Einerseits können in Prozessrichtung P stromabwärts Kunststofffraktionen über eine Siebplatte 131 getrennt werden. Die oben beschriebene Antriebsvorrichtung 140 ermöglicht mittels einer Antriebswelle (gelagert bei Bezugszeichen 145) die Rotation der Zentrifuge 120. In der Seitenwand der Zentrifugiervorrichtung im Zentrifugierbereich 120 wiederum sind die Ausfuhrbereiche 130 als Öffnungen 125 ausgebildet. Unter dieser Mehrzahl von Ausfuhrbereichen 130 sind jeweils Sammelvorrichtungen 170 vorgesehen. Im kontinuierlichen Betrieb soll jeder der Mehrzahl von Ausfuhrbereichen 130 in seinem jeweiligen Bereich Bl bis B5 die Ausfuhr einer bestimmten Kunststofffraktion ermöglichen, so dass sich dann in jeder Sammelvorrichtung 170 eine andere Kunststofffraktion wiederfindet.
Die Figuren 6 und 7 zeigen jeweils die Vorrichtung 100 mit einer elektromagnetischen Vorrichtung 160 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 6: die elektromagnetische Vorrichtung 160 ist hier als Induktionsvorrichtung (Spule) um den Zentrifugierbereich 120 herum ausgestaltet. Auf diese Weise kann in bestimmten Bereichen ein elektromagnetischer Einfluss auf das geschmolzene Kunststoffgemisch 111 innerhalb des Zentrifugierbereichs 120 ausgeübt werden, z.B. kann somit eine fraktionierte Kristallisation oder eine magnetische Trennung (für Kunststoffe unterschiedlicher Elektronegativität) durchgeführt werden.
Figur 7 zeigt die Vorrichtung 100 nach Figur 6 mit weiteren Details. Insbesondere kann die elektromagnetische Vorrichtung 160 an unterschiedlichen Bereichen der Zentrifuge 120 verschiedene elektromagnetische Felder (schematisch dargestellt) erzeugen. Die Spule ist hier eine Andeutung für gezieltes Heizen, um somit eine gezielte Temperatursteuerung des Prozesses bzw. der Schmelze zu erreichen.
Das Zeichen
Figure imgf000021_0001
steht exemplarisch für (elektro)magnetische Felder die zusätzlich angebracht werden können.
Die Figuren 8 bis 11 zeigen jeweils einen Zufuhrbereich 110 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 8a: in dieser Ausführung weist der Zufuhrbereich 110 eine Zufuhrleitung auf, deren Querschnitt deutlich geringer ist als jener des Zentrifugierbereichs 120, in welchen die Zufuhrleitung über eine Stirnabdeckung des Zentrifugierbereichs 120 mündet. Der korrespondierende Ausfuhrbereich 130 ist als einfache Siebplatte 131 umgesetzt, wobei eine Antriebswelle 148 für die Zentrifuge 120 durch diese Siebplatte 131 verläuft. Figur 8b ist eine Detaildarstellung des Zufuhrbereichs 110.
Figur 9a: in dieser Ausführung weist der Zufuhrbereich 110 einen konischen Übergangsbereich zwischen der Zufuhrleitung mit geringerem und dem Zentrifugierbereich 120 mit größerem Querschnitt auf. Der korrespondierende Ausfuhrbereich 130 weist eine zusätzliche Antriebsandockvorrichtung (hier in Zahnradform exemplarisch dargestellt) auf, um einen Antrieb „von außen" zu ermöglichen, so dass keine Antriebswelle durch die Siebplatte geführt werden muss. Figur 9b ist eine Detaildarstellung des Zufuhrbereichs 110 und Figur 9c ist eine Detaildarstellung des Ausfuhrbereichs 130.
Figur 10 zeigt den Übergang zwischen einer Einführvorrichtung 115 der Zufuhrvorrichtung 110 und dem Zentrifugierbereich 120. Die Einführvorrichtung 115 ist als Trichter ausgebildet, durch welchen das geschmolzene Kunststoffgemisch 111 in den Bereich mit geringem Querschnitt der Zufuhrvorrichtung 110 eingeführt werden kann. Es findet hier ein Übergang von dem nicht-rotierenden Extruder in den drehenden Zentrifugierbereich 120 statt, wobei eine Abdichtung bereitgestellt ist. Bezugszeichen 116 bezeichnet eine Kopplung (hier Flansch) zwischen Zufuhrvorrichtung 110 und Zentrifugiervorrichtung im Zentrifugierbereich 120 und Bezugszeichen 117 bezeichnet eine Fixierung (z.B. Kugellagerring). Figur 10b zeigt eine Detaildarstellung der Einführvorrichtung 115.
Figuren 11a und 11b zeigen die Zufuhrvorrichtung 110 nach Figur 10a nochmals in anderen Ansichten.
Die Figuren 12 und 13 zeigen jeweils einen Ausfuhrbereich 130 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 12a: in dieser Ausführungsform weist der Ausfuhrbereich 130 eine Siebplatte 131 auf, in welcher die Öffnungen 135a und 135b zum Ausführen der Kunststofffraktionen vorgesehen sind. Durch die Siebplatte 131 hindurch verläuft die oben beschriebene Antriebswelle 148 der Antriebsvorrichtung 140 (hier nicht gezeigt, siehe Figur 4, und Figur 5).
Figur 12b zeigt eine schematische Darstellung der Verteilung der Öffnungen 135a und 135b (hier in konstanten Winkelabständen und zwei unterschiedlichen Radialabständen von der Rotationsachse). Neben den Öffnungen für das Abtrennen sind weitere Öffnungen für Befestigungszwecke vorgesehen.
Die Figuren 13a und 13b zeigen weitere Ansichten der Siebplatte 131 und der Öffnungen 135a und 135b. Figur 14a zeigt einen Rohr-förmigen Zentrifugierbereich 120 mit seitlichen Ausfuhrbereichen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Prozessrichtung P stromaufwärts weist der Zentrifugierbereich 120 einen Kopplungsbereich 121 für eine Zufuhrvorrichtung auf, während der Zentrifugierbereich 120 in Prozessrichtung stromabwärts einen Koppelbereich 122 für eine Ausfuhrvorrichtung aufweist. In letzterem Koppelbereich 122 (siehe Figur 14b) sind in der Seitenwand des Zentrifugierbereichs 120 Öffnungen 125a, 125b vorgesehen, die einem Ausfuhrbereich zugeordnet werden können. Diese Öffnungen 125a, 125b ermöglichen eine Ausfuhr bestimmter Kunststofffraktionen.
Figur 15 zeigt einen Koppelbereich 145 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Koppelbereich 145 zwischen Antriebsvorrichtung und Zentrifugierbereich (über den Ausfuhrbereich), z.B. mittels Antriebswelle 148, kann wärmetechnisch herausfordernd für die Antriebsvorrichtung sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel Figur 15b kann diese Problematik mittels einer Kühlvorrichtung 146 überwunden werden, hier mittels eines Kühlmittelflusses realisiert.
Figur 16 zeigt die Trennung eines Kunststoffgemisches 111 in verschiedene Kunststofffraktionen 112, 113 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor und nach dem Zentrifugieren.
Figur 16a: anschaulich dargestellt weist das Kunststoffgemisch 111 eine erste Kunststofffraktion 112 (weiß) und eine zweite Kunststofffraktion (schwarz) auf.
Figur 16b: der Blick in den Zentrifugierbereich 120 zeigt, dass das (geschmolzene) Kunststoffgemisch 111 nach kurzer Rotationszeit an den Seitenwänden positioniert ist.
Figur 16c: der Blick in den Zentrifugierbereich 120 nach einer längeren Rotationszeit zeigt, dass sich die Kunststofffraktionen 112, 113 getrennt haben in einen weißen Außenbereich 112 und einen schwarzen Innenbereich 113. Figur 17 zeigt die Trennung eines Kunststoffgemisches in verschiedene Kunststofffraktionen 112, 113 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Diagramm in Figur 17a zeigt schematisch, den Entmischungsverlauf der Kunststofffraktionen 112 und 113 (hier PLA und HDPE) entlang der Länge eines (Rohr-förmigen) Zentrifugierbereichs 120. In diesem Beispiel ist ein Labormaßstab gewählt.
Figur 17b zeigt entsprechende Aufnahmen (zu dem Diagramm von Figur 17a) des Kunststoffgemisches 111 an unterschiedlichen Positionen innerhalb des länglichen Zentrifugierbereichs 120. Es kann eine klare Trennung der Kunststofffraktionen 112, 113 in Prozessrichtung P stromabwärts erreicht werden.
Figur 17c zeigt die Entmischung an der markierten Position des Zentrifugierbereichs 120 im Querschnitt zu einem bestimmten Zeitpunkt, wobei hier die neunte Öffnung von Fig. 17b von links einen Ausfuhr(teil)bereich darstellt, über welchen der Außenringanteil (= jener mit höherer oder der höchsten Dichte) (kontinuierlich) vom Stoffstrom abzweigend ausgeführt werden kann. Idealerweise geschieht dies nur so lange, bis diese Fraktion nicht mehr im Stoffstrom repräsentiert ist. (Hinweis: die Dichte: HDPA < 1 g/cm3, PLA > 1,2 g/cm3).
Figure imgf000025_0001
100 Vorrichtung
110 Zuführbereich
111 Kunststoffgemisch, geschmolzen
112 Erste Kunststofffraktion
113 Zweite Kunststofffraktion
114 Fördervorrichtung, Extruder
115 Einführvorrichtung, Trichter
116 Flansch
117 Fixiervorrichtung (im Zuführbereich)
120 Zentrifugierbereich
121 Kopplungsbereich Zufuhr
122 Kopplungsbereich Ausfuhr
125 Seitliche Öffnungen (in der Zentrifugenwand)
130 Ausfuhrbereich
131 Siebplatte
135 Ausfuhröffnungen (z.B. in einer Siebplatte)
140 Antriebsvorrichtung, Motor
145 Kopplungsbereich
146 Kühlvorrichtung
147 Fixierung (im Ausfuhrbereich)
148 Antriebswelle
150 Ofen
160 Elektromagnetische Vorrichtung
170 Sammelvorrichtungen
P Prozessrichtung
Bl, B2, B3, B4, B5 Fraktionsbereiche

Claims

Ansprüche
1. Eine Vorrichtung (100) zum Trennen eines Kunststoffgemisches (111), die Vorrichtung (100) aufweisend: einen Zufuhrbereich (110), welcher eingerichtet ist zum Zuführen des Kunststoffgemisches (111) in zumindest teilweise geschmolzenem Zustand; einen Zentrifugierbereich (120), welcher an den Zufuhrbereich (110) gekoppelt ist, und welcher eingerichtet ist, das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch (111) mittels Zentrifugierens in eine Kunststofffraktion (112) und mindestens eine weitere Kunststofffraktion (113) zu trennen, wobei die Kunststofffraktion (112) von der mindestens einen weiteren Kunststofffraktion (113) verschieden ist; und einen Ausfuhrbereich (130), welcher an den Zentrifugierbereich (120) gekoppelt ist, und welcher eingerichtet ist zum Bereitstellen der abgetrennten Kunststofffraktion (112) und der abgetrennten mindestens einen weiteren Kunststofffraktion (113); wobei die Vorrichtung (100) eingerichtet ist, in einem kontinuierlichen Betrieb zu operieren.
2. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Heizvorrichtung, insbesondere einen Ofen (150), zum Heizen des Zentrifugierbereichs (120), wobei der Zentrifugierbereich (120) zumindest teilweise innerhalb des Ofens (150) angeordnet ist.
3. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Heizvorrichtung (150) eingerichtet ist, innerhalb des Zentrifugierbereichs (120) derart eine Temperatur bereitzustellen, dass der Schmelzzustand des zumindest teilweise geschmolzenen Kunststoffgemisches (111) erhalten bleibt.
4. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zufuhrbereich (110) eine Fördervorrichtung (114), insbesondere einen Extruder, aufweist, welche eingerichtet ist, das zumindest teilweise geschmolzene Kunststoffgemisch (111) dem Zentrifugierbereich (120) kontinuierlich zuzuführen.
5. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zentrifugierbereich (120) länglich mit einer Haupterstreckungsrichtung (H), insbesondere als länglicher Container, weiter insbesondere rohr-förmig, ausgestaltet ist.
6. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausfuhrbereich (130) aufweist: eine erste Öffnung (125a, 135a) zum Ausführen der Kunststofffraktion (112), und eine zweite Öffnung (125b, 135b) zum Ausführen der mindestens einen weiteren Kunststofffraktion (113).
7. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5 und Anspruch 6, wobei eine Grenzfläche zum Ausfuhrbereichs (130) mit der ersten Öffnung (135a) und/oder der zweiten Öffnung (135b) im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung (H) des länglichen Zentrifugierbereichs (120) angeordnet ist, insbesondere wobei der Ausfuhrbereich (130) eine Siebplatte (131) im Endbereich, bezogen auf die Prozessrichtung (P), des länglichen Containers (120) aufweist.
8. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5 und Anspruch 6, wobei der Ausfuhrbereich (130) mit der ersten Öffnung (125a) und/oder zweiten Öffnung (125b) im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung (H) des länglichen Zentrifugierbereichs (120) angeordnet ist, insbesondere wobei der Ausfuhrbereich (130) in einer Begrenzungsfläche, insbesondere einer Seitenwand, des länglichen Containers (120) ausgebildet ist.
9. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausfuhrbereich (130), insbesondere eine Mehrzahl von den Ausfuhrbereichen (130), mit zumindest einer Öffnung (125a, 125b) in einer Seitenwand des Zentrifugierbereichs (120) gebildet ist, wobei durch die zumindest eine Öffnung (125a, 125b) zumindest eine Kunststofffraktion (112, 113) abtrennbar ist.
10. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei der Zentrifugierbereich (120) entlang der Haupterstreckungsrichtung (H) in Prozessrichtung (P) den Ausfuhrbereich (130), insbesondere eine Mehrzahl der Ausfuhrbereiche (130), mit einer Mehrzahl von Öffnungen (125a, 125b) aufweist, durch welche Öffnungen (125a, 125b) eine Mehrzahl von verschiedenen Kunststofffraktionen (112, 113) abtrennbar und/oder ausführbar sind, wobei die Mehrzahl von verschiedenen Kunststofffraktionen die Kunststofffraktion (112) und die mindestens eine weitere Kunststofffraktion (113) aufweist.
11. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, wobei der Ausfuhrbereich (130) drei oder mehr, insbesondere fünf oder mehr, weiter insbesondere zehn oder mehr, Öffnungen (125a, 125b, 135a, 135b) aufweist, und wobei die Vorrichtung (100) eingerichtet ist, an jeder Öffnung (125a, 125b, 135a, 135b) eine andere Kunststofffraktion (112, 113) auszuführen.
12. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffgemisch (111) Mehrschichtfolienmaterial aufweist; und/oder wobei das Kunststoffgemisch (111) zumindest einen der folgenden Kunststoffe aufweist: Polyethylen, PE, Polystyrol, PS, Polyester, PE, Polypropylen, PP, Polyamid, PA, Polyvinylchlorid, PVC, Polymilchsäure, PI_A.
13. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine elektromagnetische Vorrichtung (160), welche eingerichtet ist, innerhalb des Zentrifugierbereichs (120) ein elektromagnetisches Feld bereitzustellen.
14. Die Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner eingerichtet innerhalb des Zentrifugierbereichs (120) eine fraktionierte Kristallisation bereitzustellen.
15. Ein Verfahren, aufweisend: zumindest teilweises Aufschmelzen eines Kunststoffgemisches (111);
Zentrifugieren des zumindest teilweise geschmolzenen
Kunststoffgemisches (111) und hierbei Trennen des zumindest teilweise geschmolzenen Kunststoffgemisches (111) in eine Kunststofffraktion (112) und eine mindestens eine weitere Kunststofffraktion (113), wobei die Kunststofffraktion (112) von der mindestens einen weiteren Kunststofffraktion (113) verschieden ist; und
Abführen der abgetrennten Kunststofffraktion (112) und der abgetrennten mindestens einen weiteren Kunststofffraktion (113); wobei das Verfahren kontinuierlich betrieben wird.
16. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Zentrifugieren in einem länglichen Zentrifugierbereich (120) durchgeführt wird, und wobei das Verfahren aufweist: kontinuierliches Bewegen des Kunststoffgemisches (111) in einer Prozessrichtung (P) im Wesentlichen senkrecht zur Schwerkraftrichtung (G); oder kontinuierliches Bewegen des Kunststoffgemisches (111) in einer Prozessrichtung (P) parallel zur Schwerkraftrichtung (G).
17. Das Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner aufweisend: seitliches Abführen, bezogen auf die Haupterstreckungsrichtung (H), von zumindest einer Kunststofffraktion (112, 113) aus dem länglichen Zentrifugierbereich (120), insbesondere durch jeweils mindestens eine Öffnung (125a, 125b) in der Seitenwand des Zentrifugierbereichs (120).
18. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 15 bis 17, ferner aufweisend: Bereitstellen zumindest einer abgetrennten Kunststofffraktion (112, 113) an einen weiteren Trennschritt, insbesondere aufweisend:
Zentrifugieren dieser mindestens einen abgetrennten Kunststofffraktion (112, 113) und hierbei Trennen der abgetrennten Kunststofffraktion (112, 113), insbesondere gemäß einem beliebigen der Ansprüche 15 bis 17.
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