DE19722585B4

DE19722585B4 - Verfahren zur Gewinnung von Paraffinen und/oder Mikrowachsen aus Altkunststoffen

Info

Publication number: DE19722585B4
Application number: DE1997122585
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.rer.nat. Gebauer; Joachim Dipl.-Ing.-Ök. Salzmann
Original assignee: MITTELDEUTSCHES BITUMENWERK GmbH
Current assignee: MITTELDEUTSCHES BITUMENWERK GMBH, 06679 HOHENMOELSEN
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: DE19722585A1

Abstract

Verfahren zur Gewinnung von Paraffinen und/oder Mikrowachsen aus Altkunststoffen oder deren Gemischen mit überwiegendem Polyolefinanteil durch Aufschmelzen und Vorcracken bei Temperaturen von 350 bis 390°C und teilweiser Rückführung der Schmelze im Kreislauf, anschließendes Cracken bei 390 bis 430°C mit teilweiser Rückführung der Schmelze und degradativer Destillation bei Normaldruck oder Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Kunststoffe in einen senkrecht angeordneten Aufgabebehälter (1) zugeführt und mittels einer oder mehrerer Pressen von einem ersten Stempel (2) in den Pressraum einer Zuführungsleitung (3) gedrückt und von dort mit einem zweiten Stempel (4) waagerecht durch die Zuführungsleitung (3) in die Schmelze des Vorcrackers (5) gepresst werden, wobei der Stempel (2) nach Erreichen seiner Endstellung stehen bleibt, bis der Stempel (4) seine Endstellung erreicht hat und beide Stempel gleichzeitig in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren werden und die Zuführungleitung (3) zum Vorcracker (5) im letzten Drittel mantelbeheizt und so ausgelegt ist, daß die Altkunststoffe in den Schmelzezustand...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Paraffinen und/oder Mikrowachsen aus Altkunststoffen, die auf Grund ihrer Erscheinungsform oder ihres Schädigungsgrades nicht mehr werkstofflich verwertet werden können. Kunststoffe fallen nach ihrem Gebrauch nur zu einem geringen Teil sortenrein an, sie sind oft mit Füllgütern oder anderen Verschmutzungen versehen, oft migrieren auch Füllgüter in den Kunststoff, so daß nur ein geringer Teil der erfaßten und zurückgeführten Kunststoffe wieder werkstofflich verarbeitet werden kann. Für die werkstoffliche Wiederverwertung müssen die Kunststoffe, ob als Einzelpolymeres oder als Mischung, Aufbereitungsprozessen, wie Sortierung, Reinigung, Konditionierung (Agglomerisation, Granulierung etc), unterworfen werden. Als Einzelpolymeres konkurrieren sie in der Anwendung mit der Neuware und als Mischung mit anderen Werkstoffen, wie Holz oder Beton. Aus diesen Gründen sind die verwertbaren Mengen des werkstofflichen Recyclings begrenzt.
Abhilfe sollen hier die sogenannten rohstofflichen Recyclingverfahren (Pyrolyse, Coking, Visbreaking, Hydrierung, Vergasung) schaffen, bei denen als Zielstellung neue Chemierohstoffe entstehen, analog der Aufarbeitung von Erdöl zu flüssigen Kohlenwasserstoffen des Benzin- oder Mittelölbereiches oder zu gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder zu Synthesegas.
Bei diesen Verfahren müssen die Altkunststoffe nach der üblichen Entfernung von störenden anorganischen/organischen und metallischen Verunreinigungen in eine dosierbare Form gebracht werden. Zur Reduzierung der Molmasse haben sich im wesentlichen 3 Verfahrensvarianten herauskristallisiert, die Wirbelschichtpyrolyse, der thermische Abbau in Rührwerken und die degradative Extrusion.
So werden beispielhaft in den DE 4114434 A1 , DE 4236913 A1 , DE 4300860 A1 und DE 4435238 A1 Verfahren zur thermischen Behandlung synthetischer organischer Abfälle mit dem Ziel der Herstellung einer pumpbaren Schmelze im Zusammenhang mit der nachfolgenden hydrierenden Spaltung dieser Abfälle zu Kohlenwasserstoffen beschrieben, insbesondere solchen im Benzin- und Mittelölbereich. Ziel dieser Verfahren ist eine möglichst vollständige Vermeidung der Koksbildung infolge der in den Kunststoffabfällen enthaltenen koksbildenden Anteile, insbesondere Polyvinylchlorid.
Mit diesen Verfahren ist zwar eine umweltschonende Entsorgung von Kunststoffabfällen möglich, die Herstellung von Paraffinen und/oder Mikrowachsen gelingt jedoch nicht. Nachteilig sind außerdem die hohen Verfahrensdrücke bei der Hydrierung, der Einsatz teurer Hilfsstoffe, wie Wasserstoff oder protischer Lösungsmittel, der hohe Energieaufwand und die vorgeschaltete Vorbehandlung (Agglomerisation) der Kunststoffe.
In den DE 4344846 C1 , DE 4344848 A1 , DE 4423394 C1 , DE 4430664 A1 , DE 4430665 A1 , DE 4444209 C1 sind eine Reihe von Verfahren bekannt geworden, bei denen aus sortenreinen Polyolefinen oder aus Polyolefinmischungen unterschiedliche Paraffine oder Mikrowachse gewonnen werden können. Diese Verfahren arbeiten nach einem Mehrstufenprozeß, bei denen in der ersten Stufe das Aufschmelzen und der Abbau (Vorcracken) bis zu pumpbaren Lösungen bei gleichzeitiger Dehalogenierung evtl. mitgeführter PVC-Anteile erfolgt und im zweiten Schritt die Crackdestillation unter Normaldruck bzw. Vakuum vorgenommen wird. Normale, bekannte Aufbereitungsverfahren, wie beispielsweise die Selektiventölung, können angeschlossen sein.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, daß die Zugabe des Einsatzproduktes portionsweise als Feststoff erfolgt, wodurch ein an der Stromaufnahme des Rührers erkennbarer Viskositätsanstieg zu verzeichnen ist. Dieses führt zu ständig schwankenden Belastungen des Rührers und dessen Antrieb. Weiterhin zeigt sich, daß es bei einer derartigen Verfahrensweise zu Anbackungen mit Vernetzungserscheinungen an der Rührerwelle, den Reaktorwänden und vor allem an den Heizflächen kommt. Die Folgen sind für einen kontinuierlichen Betrieb sowohl qualitativ (Verschlechterung der Eigenschaften der Endprodukte), als auch ökonomisch (schlechterer Wärmeübergang durch Wandablagerungen, Erhöhung der Nebenprodukte, wie z. B. Koks) von negativem Einfluß.
Obwohl die bekannten Verfahren sich teilweise als zweckmäßig erwiesen haben, sind sie in ihrer allgemeinen Anwendung begrenzt. Weitgehend unbefriedigend ist noch der zu hohe Aufwand vor dem Eintrag der Kunststoffe in die Stufe der Vorcrackung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren zu entwickeln, mit dem verunreinigte Polyolefinabfälle oder deren Gemische mit einem Minimum an Vorbereitung in den Vorcracker eingebracht und mit hoher Qualität und Effizienz zu Paraffin und bzw. oder Mikrowachsen umgewandelt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Gewinnung von Paraffinen und bzw. oder Mikrowachsen aus Altkunststoffen oder deren Gemische mit überwiegendem Polyolefinanteil durch Aufschmelzen und Vorcracken bei Temperaturen von 350 bis 390°C und teilweiser Rückführung der Schmelze im Kreislauf, durch Cracken bei 390 bis 430°C mit teilweiser Rückführung der Schmelze und degradativer Destillation gelöst, indem die Funststofffraktion mittels einer oder mehrerer Pressen direkt in die Schmelze des mit einem Rührer ausgerüsteten Vorcrackers gepresst wird. Dabei können sowohl mechanische als auch hydraulische Pressen eingesetzt werden. Die Kunststoffmaterialien werden senkrecht in einen Aufgabebehälter gegeben, von einem ersten Stempel in den Pressraum der Zuführungsleitung gedrückt und von dort mit einem zweiten Stempel waagerecht durch die Zuführungsleitung in den Reaktor gepresst. Erfindungsgemäß verbleibt hierbei der erste Stempel nach Erreichen seiner Endstellung so lange stehen, bis der zweite Stempel seine Endstellung erreicht hat. Danach werden beide Stempal in die Ausgangsstellung zurückgefahren. Beide Stempel können mit feinen Bohrungen versehen sein, so daß Feuchtigkeit und Luft rückwärts entgasen können. Die Zuführungsleitung zum Vorcracker ist gemäß der Erfindung im letzten Drittel mantelbeheizt und so ausgelegt, daß sowohl über die Reibungswärme als auch über Wärmezuführung von außen die Folienpartikel in den Schmelzezustand überführt werden. Die Beheizung kann über ein Thermoöl oder eine Salzschmelze erfolgen, die vorzugsweise mit der Beheizung des Vorcrackers gekoppelt sein kann. Die Beheizung kann aber auch durch elektrische Heizschalen erfolgen. Vorteilhafterweise wird die Beheizung oder die Länge der beheizten Zuführungsleitung so gewählt, daß beim Zurückfahren des zweiten Stempels das Ende des Produktes nur langsam rückwärts fließt und einen Schmelzepfropfen bildet. Alternativ kann auch ein Ventil eingebaut sein, das mit dem Takt des zweiten Stempels gekoppelt wird. Dabei stellt man in beiden Fällen ein steigendes Temperaturprofil in Produktflußrichtung durch unterschiedliche Heizbänder der unterschiedlichen Mengendurchfluß des Heizmediums in den einzelnen Segmenten ein.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird die Zuführungsleitung im letzten Zehntel der Länge in Produktflußrichtung auf 1/10 bis 5/10 des Durchmessers verjüngt. Die Endstellung des zweiten Stempels ist dann an dem Beginn der Verjüngung. Die Beheizung der Zuführungsleitung kann auch auf den im Durchmesser verjüngten Teil begrenzt sein.
Darüber hinaus kann die Zuführung des Einsatzmaterials tangential über einen Wurstschnitt in Drehrichtung des Rührers des Vorcrackers erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Abzugsvorrichtung für die teilweise Rückführung der vorgecrackten Schmelze aus dem Vorcracker bzw. Cracker ebenfalls tangential über einen Wurstschnitt, aber entgegengesetzt der Drehrichtung des Rührers des Vorcrackers erfolgt. Vorzugsweise liegt die Abzugseinrichtung für die teilweise Rückführung der Schmelze im Niveau über der Zuführungsleitung des aufgeschmolzenen Einsatzmaterials. Weiterhin von Vorteil ist, wenn die Abzugsvorrichtung für die Rückführung der Schmelze gegenüber der Zuführungsleitung für das aufgeschmolzene Einsatzmaterial um 270 bis 360 Grad in Drehrichtung des Rührers versetzt angeordnet ist. Es konnte festgestellt werden, daß eingetragene Feststoffe so zum überwiegenden Teil am Boden des Vorcrackers konzentriert werden und kontinuierlich in kleinen Mengen oder diskontinuierlich abgezogen werden können. Dadurch kann die Abrasion wesentlich verringert werden.
Die Erfindung soll am folgenden Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
1 ein Fließschema des Verfahrens
Aus einer Sortieranlage kommende Folienballen aus dem DSD-Bereich wurden von den Umreifungsbändern befreit und komplett als lose Schüttung in einen senkrecht angeordneten Aufgabenbehälter 1 überführt. Der Stempel 2 wird von seiner Ausgangsstellung in die Endstellung gebracht, überführt auf diese Weise das Folienmaterial in die horizontale Zuführungsleitung 3 und schließt gleichzeitig die Öffnung nach oben ab, so daß kein Material zurückfließen kann. Mit Hilfe des Stempels 4 wird das Produkt durch die Zuführungsleitung 3 in Produktflußrichtung gedrückt und in den Vorcracker 5 überführt. Wenn der Stempel 4 seine Endstellung erreicht hat, werden beide Stempel 2; 4 gleichzeitig in die Ausgangsstellungen zurückgefahren. Beide Stempel waren mit feinen Bohrungen ausgeführt, so daß eine Rückwärtsentgasung von mitgerissener Luft, Feuchtigkeit etc. erfolgte. Durch den Preßdruck, die Reibungswärme und den Temperaturrückstau aus dem Vorcracker verflüssigte sich das Einsatzmaterial vor der Zuführung in den Vorcracker 5.
Alternativ kann auch die Zuführungsleitung im letzten Drittel beheizt ausgeführt sein und ein Rückschlagventil zwischen Zuführungleitung 3 und Vorcracker 5 installiert werden. Die Beheizung wurde in einem Teilversuch durch Anlegen von elektrischen Heizschalen und in einem weiteren Teilversuch durch eine Begleitheizung mit einem Thermoöl vorgenommen.
In einem weiteren Teilversuch wurde die Zuführungsleitung 3 im letzten Zehntel der Länge in Produktflußrichtung auf 1/10 bis 5/10 des Durchmessers verjüngt. Die Endstellung des Stempels 4 wurde dabei an den Beginn der Verjüngung der Leitung verlegt.
In einem weiteren Teilversuch wurde nur der verjüngte Teil der Zuführungsleitung 3 beheizt.
Aus durchgeführten Teilversuchen hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, daß aufgeschmolzene Einsatzmaterial tangential über einen "Wurstschnitt" in Drehrichtung des Rührers dem Vorcracker 5 einzuspeisen.
Weitere Teilversuche ergaben, daß es am zweckmäßigsten ist, die Abzugsvorrichtung für die teilweise Rückführung der Schmelze des Vorcrackers 5 nicht wie üblich am Boden, sondern im oberen Bereich der Schmelze vorzunehmen, wobei die Abzugsvorrichtung tangential über einen Wurstschnitt entgegen der Drehrichtung des Rührers und im Niveau oberhalb der Zuführungsleitung 3 des Einsatzmaterials liegt und um 270 bis 360° in Drehrichtung des Rührers gegenüber der Zufuhr des Einsatzmaterials liegt. Fremdstoffe wurden teilweise kontinuierlich über ein Bodenablaßventil 14 entfernt.
Die Schmelze des Vorcrackers 5 wurde über ein System aus Filter 6, Pumpe 7 und Röhrenofen 8 gefahren. Ein Teil der Schmelze wurde in den Vorcracker 5 zurückgefahren, so daß sich in diesem eine Temperatur zwischen 350 und 390°C einstellte.
Ein Teil der Schmelze wurde gemäß 1 über einen zweiten Röhrenofen 9 auf 390 bis 430°C aufgeheizt und in den Cracker 10 überführt. Das Hauptprodukt des Crackers 10 wurde einer Fraktionierkolonne 11 zugeführt, über die bei Normaldruck oder unter Vakuum die entsprechend ihrem Dampfdruck gewünschten Paraffine und/oder Wachse abgezogen wurden.
Ein Teil der Schmelze des Crackers 10 wurde mittels Filter 12 und Pumpe 13 im Kreislauf über den Röhrenofen 9 gefahren.

1: Aufgabenbehälter
2: Stempel
3: Zuführungsleitung
4: Stempel
5: Vorcracker
6: Filter
7: Pumpe
8: Röhrenofen
9: Röhrenofen
10: Cracker
11: Fraktionierkolonne
12: Filter
13: Pumpe

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Paraffinen und/oder Mikrowachsen aus Altkunststoffen oder deren Gemischen mit überwiegendem Polyolefinanteil durch Aufschmelzen und Vorcracken bei Temperaturen von 350 bis 390°C und teilweiser Rückführung der Schmelze im Kreislauf, anschließendes Cracken bei 390 bis 430°C mit teilweiser Rückführung der Schmelze und degradativer Destillation bei Normaldruck oder Vakuum, dadurch gekennzeich net, daß die zerkleinerten Kunststoffe in einen senkrecht angeordneten Aufgabebehälter (1) zugeführt und mittels einer oder mehrerer Pressen von einem ersten Stempel (2) in den Pressraum einer Zuführungsleitung (3) gedrückt und von dort mit einem zweiten Stempel (4) waagerecht durch die Zuführungsleitung (3) in die Schmelze des Vorcrackers (5) gepresst werden, wobei der Stempel (2) nach Erreichen seiner Endstellung stehen bleibt, bis der Stempel (4) seine Endstellung erreicht hat und beide Stempel gleichzeitig in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren werden und die Zuführungleitung (3) zum Vorcracker (5) im letzten Drittel mantelbeheizt und so ausgelegt ist, daß die Altkunststoffe in den Schmelzezustand überführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische oder hydrauliche Presse verwendet wird.
Verfahren nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stempel mit feinen Bohrungen versehen sind
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Zuführungsleitung (3) gestaffelt mit steigendem Temperatutprofil in Produktflussrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Zuführungsleitung (3) über ein Thermoöl oder eine Salzschmelze erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (3) mit elektrischen Heizschalen beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (3) und Vorcracker (5) über ein gemeinsames Heizsystem beheizt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (3) im letzten Zehntel der Länge auf 1/10 bis 5/10 des Durchmessers verjüngt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur der verjüngte Teil der Zuführungsleitung (3) beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des aufgeschmolzenen Einsatzmaterials tangential über einen Wurstschnitt in Drehrichtung des Rührers des Vorcrackers (5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigvorrichtung für teilweise Rückführung der Schmelze aus dem Vorcracker (5) bzw. Cracker (10) tangential über einen Wurstschnitt entgegen der Drehrichtung des Rührers des Vorcrackers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsvorrichtung für die Rückführung der Schmelze im Niveau oberhalb der Zuführungsleitung (3) des aufgeschmolzenen Einsatzmaterials liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsvorrichtung für die Rückführung der Schmelze gegenüber der Zuführeinrichtung (3) für das aufgeschmolzene Einsatzmaterial um 270 bis 360 Grad in Drehrichtung des Rührers (11) versetzt angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13,, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorcracker (5) mit einem Bodenablassventil (6) für die kontinuierliche oder diskontinuierliche Entfernung von Reststoffen versehen ist.