DE19538921C2 - Verfahren zum Aufbereiten von organischen Abfallstoffen, insbesondere von Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von organischen Abfallstoffen, ins­ besondere von Kunststoffen, zum Verkoken.

Für die Entsorgung von Kunststoffabfällen und anderen organischen Abfällen, die durch eine hohe Beständigkeit und Abbauunfähigkeit gekennzeichnet sind, existieren noch keine wirtschaftlichen Lösungen. Derzeit werden derartige Problemabfälle durch Deponierung oder Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen entsorgt. Insbesondere bei der Müllverbrennung ist es nachteilig, daß Abfälle bei der Verbrennung unterschiedliche chemische Verbindungen abspalten. Diese Verbindungen, bei denen es sich z. B. um Dioxine, Stickoxide, Schwefel-oxide, Benzo(a)pyren handelt, sind durch ihre ausgeprägte toxische Wirkung bekannt. Einerseits kann es bei der Lagerung derartiger Abfälle auf Deponien zu Grundwasser- und Luftverunreinigungen kommen. Dadurch ist eine Entsorgung hier nur kostenintensiv auf Sondermülldeponien möglich. Andererseits sind auch bereits Verwertungsverfahren für Kunststoffe bekannt, bei denen eine Zerlegung in niedermolekulare Produkte, wie gasförmige, flüssige und feste Gemische, hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen erfolgt, die sich zur Verwertung als Rohstoff oder als Brennstoff nutzen lassen. Hierbei handelt es sich z. B. um Pyrolyse- oder um Hydrolyseverfahren.

Durch die DE 25 06 491 ist es beispielsweise bekannt geworden, Kraftfahrzeugreifen-Alt­ material direkt zu verkoken. Hieraus ergibt sich jedoch der Nachteil, daß keine hochwertige Koksqualität zu erzielen ist.

In der DE 21 64 474 C3 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Verkokungseigenschaften von Kohle beschrieben, bei dem als Nebeneffekt der Kohle zugesetzte Erdölrückstände bzw. Teer oder Pech entsorgt werden. Die Destillationsrückstände bzw. die bei der Schmierölgewinnung anfallenden schweren Rückstandsfraktionen sind jedoch keineswegs als Abfallstoffe zu bezeichnen. Hier handelt es sich vielmehr um durchaus wertvolle Rohstoffe, die bekanntlich für viele Zwecke benötigt und eingesetzt werden können. Eine Entsorgung ist hier nicht das Problem.

Durch die DE 40 37 490 A1 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem Kunststoffe ohne jede Vorbehandlung direkt verkokt werden können. Das Gleiche gilt für das in der JP 3-99 89 A, englische Zusammenfassung, beschriebene Verfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, organische Abfallstoffe so zu entsorgen, daß ein Zwischenprodukt entsteht, das zu hochwertigem Koks verkokbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wei­ tere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß den Abfallstoffen ein kohlenstoffhaltiges Material zugemischt wird, das von einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie Kohlenpech, gebildet ist, daß das Gemisch auf wenigstens 100°C erhitzt wird, wobei das kohlenstoffhaltige Material spätestens dann verflüssigt wird und dann eine Karbonisierung und in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches eine Depolymerisierung erfolgt, und daß anschließend das erhaltene Karbonisat gekühlt und verfestigt, sowie auf eine Korngröße von unter 20 mm zerkleinert wird, wobei das Karbonisat die Eigenschaften verkokbarer Kohle aufweist und zu Koks hoher Festigkeit verkokbar ist, können die genannten Abfallstoffe auf vergleichsweise einfache Art und Weise umweltschonend entsorgt werden. Es wird so erreicht, daß das verflüssigte kohlenstoffhaltige Material, wie z. B. Kohlenpech, mit den Oberflächen der organischen Abfallstoffe eine enge Bindung eingeht, so daß es bei der zudem erhöhten Temperatur zu einer Karbonisierung und gegebenenfalls außerdem zu einer vorteilhaften Depolymerisierung der Abfallstoffe kommt. Es ergibt sich der durchaus überraschende Effekt, daß das erzeugte Karbonisat die Eigenschaften verkokbarer Kohle aufweist und zu Koks hoher Festigkeit verkokbar ist, der zumindest für Heizungsanlagen verwendbar ist. Im übrigen ergibt sich der Vorteil, daß bei der Koksherstellung durch die Zumischung des Karbonisats die Qualität des Kokses nicht relevant verschlechtert wird. Das Karbonat läßt sich also durchaus auch für die Herstellung von hochwertigem Koks, wie beispielsweise Hochofenkoks, einsetzen.

Vorteilhaft ist es, wenn das Karbonisat auf eine Korngröße von 10 mm zerkleinert wird und gegebenenfalls den Abfallstoffen zusätzlich ein fester Kohlenstoffträger, wie Kohle, Koks oder Holz, zugemischt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Abfallstoffe zerkleinert und zusammen mit dem von einer hochsiedenden Flüssigkeit gebildeten kohlenstoffhaltigen Material in eine Mischvorrichtung, vorzugsweise einen Extruder, eingegeben und dort auf wenigstens 100°C erhitzt und karbonisiert, sowie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches depolymerisiert werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß die Abfallstoffe in einem Anteil von 20 bis 70% mit dem von einer hochsiedenden Flüssigkeit gebildeten kohlenstoffhaltigen Material in einem Anteil von 5 bis 50% vermischt werden. Vorzugsweise wird der feste Kohlenstoffträger in einem Anteil von bis zu 50% zugemischt.

Weiterhin ist es vorgesehen, daß die Abfallstoffe in ein von dem kohlenstoffhaltigen Material gebildetes Bad eingegeben und dort karbonisiert, sowie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches depolymerisiert werden, wobei ein Karbonisat mit einem Abfallanteil von 30 bis 80% gebildet wird. Das kohlenstoffhaltige Material ist hier von Kohlenpech gebildet.

Es ist weiterhin möglich, das zerkleinerte Karbonisat einer zur Verkokung vorgesehenen Kokskohle zugegeben.

Erfindungsgemäß können organische Abfallstoffe aller Art verarbeitet werden. Insbesondere handelt es sich hier beispielsweise um Kunststoffe jeder Art, Holzabfälle, Textilabfälle, Lebensmittelabfälle, Strohabfälle, Farben und Lacke, Papier, Verbundwerkstoffe, Gummi­ abfälle und Naturkautschuk, sowie Altöle und Schmierfette. Es zeigt sich, daß das erfin­ dungsgemäße Verfahren auf einem sehr breiten Gebiet einsetzbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einem Schaubild dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auf zwei Wegen realisierbar. Entweder wird der zu ent­ sorgende organische Abfall zerkleinert und einem Do­ sierer zugeführt, dem außerdem z. B. Kohlenpech und ein fester Kohlenstoffträger in bestimmen Mengen zu­ gegeben werden. Anschließend erfolgt ein Vermischen, vorzugsweise in einem Extruder. Das erzeugte Karboni­ sat wird granuliert und das Granulat dann der Verko­ kung zugeführt.

Alternativ ist es auch möglich, die organischen Abfäl­ le direkt oder nach einer Zerkleinerung in ein Karboni­ sierungsbad einzugeben. Das Karbonisierungsbad wird von hochsiedenden Flüssigkeiten gebildet. Nach einer thermischen Behandlung wird das gebildete Karbonisat aus dem Karbonisierungsbad entfernt und gekühlt. Nach einer Zerkleinerung wird das Karbonisat der Ver­ kokung zugeführt.

Zur weiteren Verbesserung der Verkokungseigen­ schaften des Karbonisats ist es im übrigen möglich, das in der ersten Bearbeitungsstufe erhaltene Karbonisat in einem Dosierer nochmals mit organischen Abfällen und beispielsweise Kohlenpech, sowie festen Kohlenstoff­ trägern zu vermischen. Dieses Gemisch kann dann, wie bereits beschrieben, in einem Mischer, vorzugsweise in einem Extruder, aufbereitet werden.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens werden Kunststoffabfälle, d. h. ein Gemisch aus Gummi, Polyethylen und Polya­ mid, in einem Anteil von 25% in einen Extruder einge­ geben, wobei gleichzeitig Kohlenpech in einem Anteil von 35% und ein fester Kohlenstoffträger in einem An­ teil von 40% eingegeben wird. Der feste Kohlenstoffträ­ ger ist von Koks mit einer Korngröße von kleiner als 1,5 mm und von Flotationsresten mit einem hohen Ge­ halt an Asche gebildet. Die Bestandteile werden dann in dem Extruder bei einer Temperatur von 200°C ver­ mischt. Dabei entsteht ein Karbonisat, das granuliert und durch Abkühlung verfestigt wird. Das so hergestell­ te Granulat hat einen Aschegehalt von 8,6% und einen Anteil von 42,2% an flüchtigen Bestandteilen.

Das Granulat wird zur Verkokung der zur Koksher­ stellung benötigten Kohlenmischung in einem Anteil von 5% zugegeben. Der aus der so erzeugten Mischung hergestellte Koks wies ähnliche Eigenschaften auf wie der Koks, der ohne Granulatzusatz hergestellt wurde. Als besonders hervorzuhebende Eigenschaft ist hier die kleine Menge der unerwünschten Koksfraktion um klei­ ner als 10 mm anzuführen.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wurde ein Metallkorb mit Kunststoffabfällen, d. h. einem Gemisch aus Polyamid und PVC, sowie Textilabfällen, in ein Kohlenpechbad mit einer Temperatur von 300°C getaucht. Nach 10 Mi­ nuten wurde der Metallkorb aus dem Kohlenpechbad entfernt und mit dem Inhalt gekühlt. Die entstandene Mischung aus Kunststoffabfällen, Textilabfällen und Kohlenpech wurde dann zerkleinert. Das so erhaltene Karbonisat wurde dann der Rohkohle in einem Anteil von 8% zugesetzt. Die Kohlenmischung wurde dann verkokt. Der entstandene Koks wies ähnliche Eigen­ schaften wie der Koks auf, der ohne das Karbonisat hergestellt wurde. Grundsätzlich besteht die Möglich­ keit, während des Kohlenpechbades chemische Elemen­ te, welche in den Kunststoffabfällen gebunden sind, als chemische Verbindungen abzutrennen. So kann Chlor beispielsweise in Form von Chlorwasserstoff entfernt werden.

Das durch das erfindungsgemäße Verfahren herge­ stellte Karbonisat kann sowohl direkt, als auch als Mi­ schungsbestandteil einer Kohlenmischung verkokt wer­ den. Das erfindungsgemäß hergestellte Karbonisat bzw. Granulat hat ähnliche Eigenschaften wie die Rohkohle. Das Karbonat bzw. das Granulat können aus organi­ schen Abfällen in einer Produktionsanlage sehr wirt­ schaftlich produziert werden. Bei der Installation der Produktionsanlage kann grundsätzlich auf bereits vor­ handene Anlagenteile in Kokereien zurückgegriffen werden. Hieraus ergibt sich eine erhebliche Kostenein­ sparung.

Im übrigen zeichnet sich das erfindungsgemäße Ver­ fahren durch eine hohe Flexibilität aus. Die Vielzahl der verwertbaren organischen Abfallstoffe bietet ein hohes Maß an Unabhängigkeit von einzelnen Lieferanten der aufzubereitenden Abfälle. Grundsätzlich ist darauf zu verweisen, daß sich eine Ressourcenschonung ergibt, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wertvolle Brennstoffe eingespart werden können.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aufbereiten von organischen Abfallstoffen, insbesondere von Kunst­ stoffen, zum Verkoken, dadurch gekennzeichnet, daß den Abfallstoffen ein kohlenstoff­ haltiges Material zugemischt wird, das von einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie Kohlen­ pech, gebildet ist, daß das Gemisch auf wenigstens 100°C erhitzt wird, wobei das koh­ lenstoffhaltige Material spätestens dann verflüssigt wird und dann eine Karbonisierung und in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches eine Depolymerisierung erfolgt, und daß anschließend das erhaltene Karbonisat gekühlt und verfestigt, sowie auf eine Korngröße von unter 20 mm zerkleinert wird, wobei das Karbonisat die Eigen­ schaften verkokbarer Kohle aufweist und zu Koks hoher Festigkeit verkokbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonisat auf eine Korngröße von unter 10 mm zerkleinert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Abfallstoffen zusätzlich ein fester Kohlenstoffträger, wie Kohle, Koks oder Holz, zugemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe zerkleinert und zusammen mit dem von einer hoch­ siedenden Flüssigkeit gebildeten kohlenstoffhaltigen Material in eine Mischvorrichtung, vorzugsweise einen Extruder, eingegeben und dort auf wenigstens 100°C erhitzt und karbonisiert, sowie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches depolyme­ risiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe in einem Anteil von 20 bis 70% mit dem von einer hochsiedenden Flüssigkeit gebildeten kohlenstoffhaltigen Material in einem Anteil von 5 bis 50% vermischt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kohlenstoffträger in einem Anteil von bis zu 50% zuge­ mischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe in ein von dem kohlenstoffhaltigen Material gebildetes Bad eingegeben und dort karbonisiert, sowie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches depolymerisiert werden, wobei ein Karbonisat mit einem Abfallanteil von 30 bis 80% gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Ma­ terial von Kohlenpech gebildet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Karbonisat einer zur Verkokung vorgesehenen Kokskohle zugegeben wird.