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Für
das Recycling ist oftmals die Trennung nach verschiedenen Materialien
erforderlich. Dabei kann die Aufgabenstellung sowohl auf die Herstellung
verschiedener Produktgruppen, die verschiedenen Verwertungswegen
zugeführt
werden, oder die Abscheidung von störenden Materialien aus vermischten
Materialgemischen ausgerichtet sein. Die Herkunft und die Zusammensetzung
solcher Materialgemische ist sehr unterschiedlich, vor allem aber werden
kunststoffhaltige Materialgemische aus Abfällen oftmals getrennt, um daraus
werthaltige Sortierfraktionen zu gewinnen. Ein Beispiel für solche Sortieraufgaben
ist auch die Herstellung von energetisch verwertbaren Fraktionen
aus Mischkunststoffen. Dabei besteht die Aufgabe vor allem darin,
das Material in energetisch verwertbare Stoffe und Störstoffe
zu trennen. Teilweise erfolgt auch eine Abtrennung von niederkalorigen
Stoffen und Inertstoffen, um einen gleichbleibend hohen Brennwert
in Ersatzbrennstoff zu erreichen. Die Abtrennung von Störstoffen
ist erforderlich, um Stoffe welche die Aufbereitung stören oder
schädlich
in der energetischen Verwertung sind, fernzuhalten. Zu den Stoffen,
die aus Materialgemischen für
die Eratzbrennstoffherstellung abgeschieden werden müssen, zählen vor
allem Metallteile und chlorhaltige Bestandteile, vor allem PVC-Teile,
Glas und Steine. Teilweise sind auch Bromverbindungen als Flammhemmer,
z.B. in Gehäuseteilen
aus dem Elektronikschrott, enthalten, die der energetischen Verwertung
ferngehalten werden sollen.
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Für
die automatische Sortierung von Kunststoffen sind Maschinen, die
auf der Grundlage der Materialidentifikation durch Messung im nahen
Infrarotbereich (NIR) die Sortierung ermöglichen, verbreitet. Dabei
wird das Material dosiert einem Förderband zugeführt und
nach dem Durchlaufen einer Beschleunigungsstrecke im hinteren Teil
des Förderers durch
ein Sensorsystem identifiziert. Um die Sortierung auf breiten Bändern zu
ermöglichen,
wird die Identifikation des Materials mit einer Lagebestimmung des
Objektes verknüpft.
Dafür werden
entweder Scanner, Multiplexer oder Bildverarbeitungssysteme verwendet.
Die Information zur Lage und Material eines Objektes wird genutzt,
um bestimmte Objekte nach vorgegebener Klassifikation, wie z.B.
einer Kunststoffart, aus dem Materialstrom auszuschleusen. Dies
geschieht in der Regel durch gezielte Druckluftimpulse, durch welche
die Abwurfrichtung des Materials vom Sortierband verändert wird.
Für diese
Ausschleusung des Materials werden Leisten nebeneinander quer zur
Förderrichtung
angeordneter Druckluftdüsen
verwendet, die über
Magnetventile gespeist werden. Durch die Anordnung der Druckluftleisten
oberhalb oder unterhalb der Wurfparabel des Materials lässt sich
die Flugkurve des Sortiergutes gezielt verkürzen bzw. verlängern und
somit der Sortiergutstrom gezielt trennen.
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Zur Abscheidung von Metallteilen
verfügen Sortieranlagen
heute über
FE-Abscheider, vorwiegend als Überbandmagneten
und NE-Abscheider auf der Basis von Wirbelstrom zur Abscheidung
nicht magnetischer Metallteile. Mit diesem Abscheidern wird der überwiegende
Anteil der Metallteile oder metallbehafteten Teile dem Sortiergut
entzogen. Problematisch sind vor allem Teile aus Edelstahl.
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Geräte mit guter örtlicher
Auflösung
der Metalldetektion und hoher Selektivität werden heute im Bereich der
Sortierung von Glas eingesetzt. Dabei wird der über Förderbänder oder Rutschen transportierte
Sortiergutstrom mit einer Zeile nebeneinander, quer zum Sortiergutstrom
angeordneter Detektoren überwacht.
Die dabei verwendeten Hoch-Frequenz-Detektionsspulen
erkennen sowohl Eisen- als auch Nicht-Eisen-Metalle. Diese Identifikationsmethode
ermöglicht
eine hohe Selektivität
auch bei Fördergeschwindigkeiten
von 2 m/s. Alternativ dazu sind auch Versionen auf der Basis induktiver
Sensoren bekannt. Durch zeitgenaue Impulse der einzelnen Detektionskanäle können dann, ähnlich der
Kunststoffsortierung mittels NIR-Spektroskopie, metallbehaftete
Teile durch Druckluftimpulse zielgerichtet ausgetragen werden.
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Um Sortiergut von störenden Bestandteilen wie
unerwünschte
Kunststoffe, Papier, Verbundmaterial und Metallteilen zu befreien,
werden heute Geräte
auf Basis der NIR-Technik
hinter Metallabscheidern, in der Regel in Form von Überbandmagneten und
Wirbelstromabscheidern, kaskadiert angeordnet. Die Trennung von
Stoffgemischen, die chlorierte Kunststoffe enthalten von nicht chlorierten
Kunststoffen enthaltenden Stoffgemischen ist bereits in
EP 0 484 221 B1 und
DE 691 24 070 T2 als
sinnvolle Anwendung der Sortiertechnik genannt.
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Ersatzbrennstoffe bestehen vorwiegend
aus Kunststoffteilen, wahlweise auch in Verbindung mit Papier, Holz
und Verbundmaterialien dieser Stoffe. Die Sortierung erfolgt mit
dem Ziel, inerte Bestandteile und Störstoffe von den als Brennstoff
geeigneten zu trennen. Das kann auf zwei Wegen erfolgen. Häufig wird
der aktiven Austrag der für
die Ersatzbrennstoffe geeigneten Objekte aus dem Sortiergutstrom. Bei
vorwiegend aus als Brennstoff geeigneten Materialien bestehendem
Sortiergut ist es in der Regel günstiger,
Störstoffe,
vor allem PVC enthaltende Objekte, aktiv auszutragen. Diese beiden
Varianten der Sortierung werden häufig als Positiv- bzw. Negativsortierung
bezeichnet. Allgemein gilt, dass in der Positivsortierung die gewünschten
Stoffe mit dem Auswurfsystem, in der Regel einem Druckluftdüsensystem,
aktiv ausgetragen werden. In der Negativsortierung hingegen werden
aktiv die Störstoffe
ausgetragen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der
Sortiergutstrom nur in zwei Teilströme, einen Ersatzbrennstoffstrom
und einen Reststrom getrennt wird. Je nach Herkunft des Sortiergutes
verfügt
dieses über
unterschiedliche Anteile von Bestandteile niedrigen und hohen Heizwertes.
Demzufolge ist die Qualität
des entstehenden Ersatzbrennstoffes abhängig vom Sortiergut, oder auf
Anteile niedrigen Heizwertes wird von vornherein verzichtet, wodurch wiederum
die Ausbeute an Ersatzbrennstoffen abnimmt.
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Prinzipiell können die brennstoffgeeignete Objekte
in zwei Gruppen eingeteilt werden. Zur Gruppe mit hohem Heizwert
gehören
vor allem Objekte aus Kunststoff und/oder Chemiefaser, wobei vor
allem Chlor enthaltende Bestandteile zumeist als nicht brennstoffgeeignete
Objekte, gezielt ferngehalten werden. Zu den nicht brennstoffgeeigneten
Objekten gehören
auch solche, die Schwermetalle oder Brom enthalten. Auch andere
Metall enthaltende Objekte, z.B. Stahlteile enthaltende Objekte,
werden oftmals als nicht brennstoffgeeignete Objekte angesehen, weil
sie schon in der Aufbereitung der Ersatzbrennstoffe zu Gefahren
und Verschleiß führen. Die
Gruppe der brennstoffgeeigneten Objekte mit niedrigem Heizwert bilden
vor allem die zellulosehaltigen Bestandteile, Objekte aus Papier,
Holz und Naturfasern und Verbunde mit geringem Kunststoffanteil.
Je nach Herkunft des Sortiergutes, aus welchem die Ersatzbrennstoffe
gewonnen werden sollen, ist der Anteil der Gruppe mit hohem Heizwert
zur Gruppe mit niedrigem Heizwert sehr unterschiedlich. Beispielsweise enthalten
Sortierreste aus dem Verpackungsabfall sehr hohe Anteile an Kunststoffen,
wogegen Sortiergut aus Sperrmüll
hohe Holzanteile aufweist. Entsprechend unterschiedlich ist der
Heizwert bei undifferenzierter Sortierung der Ersatzbrennstoffe.
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Die Voraussetzung für die Sortierung
ist eine geeignete Korngröße des Sortiergutes,
welche in der Regel durch grobe Zerkleinerung oder Siebung erreicht
wird. Die Klassierung wird oftmals auch dazu genutzt, weniger für Ersatzbrennstoffherstellung
geeignete Feingutbestandteile abzutrennen. Aus der Sicht der Sortierung
ist auch eine getrennte Behandlung schwerer und leichter Bestandteile
vorteilhaft. Durch annähernd
homogene Flugeigenschaften der Objekte lässt sich damit vor allem die
Sortiergüte
erhöhen.
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Aus Sicht einer stabilen Prozessführung bei der
Verwertung der Ersatzbrennstoffe ist ein gleichbleibender Heizwert
der Ersatzbrennstoffe vorteilhaft. Aus diesem Grund werden Ersatzbrennstoffe oftmals
durch Mischung von Teilmengen von jeweils bekannter Qualität hergestellt,
um Ersatzbrennstoffe gleichbleibender Qualität zu erzeugen. Der Nachteil dieser
Lösungen
besteht darin, dass auch bei Erzeugung von Ersatzbrennstoffen aus
verschiedenen Quellen Schwankungen im Heizwert auftreten, wenn hierfür die üblichen
einstufigen Sortierprozesse genutzt werden. Für die Herstellung definierter
Brennstoffqualitäten
sind dann Probenahmen und für
die Zwischenspeicherung der Teilmengen große Speicherkapazitäten erforderlich
sind. Prinzipiell können auch
mehrstufige Sortierprozesse mit kaskadierter Anordnung mehrerer
Sortiermaschinen Anwendung finden, was jedoch auf Grund hoher Kosten
nicht praktikabel ist.
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Der im Schutzanspruch 1 genannten
Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Maschine zur Sortierung
von Ersatzbrennstoffen zu schaffen, welche eine Erzeugung hochwertiger
Ersatzbrennstoffe, mit gleichbleibendem Heizwert ermöglicht.
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Das Problem wird gelöst, indem
das Sortiergut dosiert einem Fördersystem
zugeführt
wird, welches den Sortiergutstrom durch ein Nah-Infrarot Sensorsystem
bewegt, wobei gleichzeitig der stofflichen Identifikation des Sortiergutes
Positionsinformationen zugeordnet werden, die dazu genutzt werden, den
Sortiergutstrom mittels zweier Auswurfsysteme in drei Teilströme so zu
trennen, dass ein Teilstrom brennstoffgeeigneter Objekte mit hohem
Heizwert, ein Teilstrom brennstoffgeeigneter Objekte niedrigen Heizwertes
und ein Teilstrom mit nicht brennstoffgeeigneten Reststoffe entsteht.
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Durch die getrennte Sortierung in
die Gruppen Ersatzbrennstoffe mit hohem Heizwert und Ersatzbrennstoffe
mit niedrigem Heizwert lassen sich zwei definierte Qualitäten erzeugen,
die wiederum geeignet sind, durch definierte Mischungen Ersatzbrennstoffe
gleichbleibender Qualität
zu erzeugen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung ist im Schutzanspruch 2 angegeben.
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Die zusätzliche Ausstattung der Sensorik
mit einem Metallidentifikationsmodul ermöglicht, auch metallische Bestandteile
zu identifizieren und diese gezielt in den Teilstrom der Reststoffe
zu leiten.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung gemäß Schutzanspruch
1 ist im Schutzanspruch 3 angegeben.
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Ein flexibler Einsatz der Sortiermaschine wird
erreicht, indem die Stoffe und die Zuordnung der gewünschten
Stoffe zu den Austragsstationen frei wählbar ist. Die Zuordnung erfolgt
entweder über
ein Bedienfeld an der Sortiermaschine oder über eine Schnittstelle von
der zentralen Anlagensteuerung aus. Somit können die Inhaltsstoffe der
erzeugten Ersatzbrennstoffe gezielt den Erfordernissen der Verwertung
angepasst werden, z.B. durch Heraushalten bestimmter, in speziellen
Anwendungen die Verwertung störender
Objekte. Ein Beispiel dafür
ist die Sortierfunktion für
Brom enthaltende Kunststoffe, deren Erkennungssicherheit eingeschränkt ist.
Sofern im Sortiergut keine oder nur wenige zu erwartende Brom enthaltende
Kunststoffe zu erwarten sind, werden diese Identifikationen den
Ersatzbrennstoffen hohen Heizwertes zugeordnet, um so die Ausbeute
für diesen
Teilstrom zu verbessern. Sofern Bromeinträge aus dem Sortiergut zu erwarten
sind und diese aus den Brennstoffen ferngehalten werden müssen, werden
diese Identifikationen den Reststoffen zugeordnet.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit
der freien Zuordnung der Auswurfsysteme zu den zu erzeugenden Teilströmen und
damit zur Optimierung des Sortierprozesses, entsprechend der Zusammensetzung
des Sortiergutes. Beispielsweise wird ein Sortiergut, bestehend
aus geringen Anteilen identifizierbarer Störstoffe, dominierenden Holz-
und Papieranteilen sowie Kunststoffanteilen vorzugsweise so sortiert,
dass ein Austragssystem für
die Reststoffe, das zweite Austragssystem für die Kunststoffe, also die
heizwertreichen Brennstoffe, verwendet wird und der Durchlaufstrom
demzufolge aus den Holz- und Papieranteilen, als den heizwertarmen
Brennstoffen, besteht.
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Ein anderes Beispiel ist Sortiergut
aus dem Hausmüll
mit biologischen Anteilen, Glas und anderen, großteils nicht identifizierbaren,
Störstoffen.
Hier wird ein Austragssystem für
die heizwertreichen Ersatzbrennstoffe und das andere Austragssystem
für die
heizwertarmen Ersatzbrennstoffe verwendet und damit der Durchlauf
die Reststoffe enthält.
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Ein weiteres Beispiel sind Mischkunststoffe, wie
sie aus Sammlungen des Dualen Systems bereitgestellt werden. Diese
bestehen vor allem aus hohen Kunststoffanteilen. Hier wird vorzugsweise
ein Austragssystem für
die Reststoffe, in diesem Fall in erster Linie Chlor enthaltende
Objekte und das zweite Austragssystem für die im geringen Anteil enthaltenen heizwertarmen
Brennstoffe verwendet. Den Durchlauf bilden hier die Kunststoffe
als heizwertreiche Brennstoffe.
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Die drei entstehenden Teilströme werden
getrennt erfasst. Für
die Zuordnung der drei Austräge der
Maschine aus den beiden Austragseinheiten und dem Durchlauf, entsprechend
der gewählten
Sortierfraktion zu den entsprechenden Einrichtungen für den Weitertransport
und die Zwischenspeicherung können
verschiedene, an sich bekannte technische Lösungen, wie verstellbare Klappen,
verschiebbare und reversierbare Bänder verwendet werden oder die
Abgabe erfolgt in Bunker, die beim Änderung der Zuordnung der Sortierfunktionen
entleert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung gemäß Schutzanspruch
1 und 2 ist im Schutzanspruch 4 angegeben.
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Da aluminiumbeschichtete Getränkekartons oftmals
nicht den metallbehafteten Störstoffen
zugeordnet werden, können
Metalldetektionen, die sich NIR-Detektionen Getränkekarton überlagern, der Stoffgruppe
der Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Brennwert anstelle der metallhaltigen
Störstoffe
zugeordnet werden. Dieses Verfahren lässt sich sinngemäß auch übertragen
auf andere Verbundstoffe, z.B. metallbeschichtete Folientüten wie
für die
Verpackung von Kaffee oftmals verwendet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung gemäß Schutzanspruch
1 ist im Schutzanspruch 5 beschrieben.
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Die Erweiterungs- und Änderungsfähigkeit der
stofflichen Identifikation des Nah-Infrarot-Sensorsystems ermöglicht, neue oder neu bekannt
werdende, für
die Herstellung der Ersatzbrennstoffe nicht geeignete Objekte gezielt
fernzuhalten und/oder die Stoffgruppen der brennstoffgeeigneten
Objekte zu erweitern.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung gemäß Schutzanspruch
1 ist in Schutzanspruch 6 beschrieben.
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Die Identifikation von Chlor enthaltenden oder
anderen, die Verwertung störenden
Stoffen, durch das Nah-Infrarot-Sensorsystem ermöglicht die Herstellung hochwertiger
Ersatzbrennstoffe.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird anhand der 1 erläutert.
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Aus einem Sortiergut, ein durch Vorzerkleinerung
aufbereitetes Abfallgemisch, bestehend aus vorwiegend Kunststoff-
und Holzbestandteilen mit inerten Bestandteilen aus Glas, Keramik
und Steinen und leichten Metallbestandteilen sollen Ersatzbrennstoffe
mit hohem Brennwert, bestehend aus Kunststoffteilen mit keiner oder
nur geringer Chlortracht, und Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Brennwert,
bestehend aus Holzteilen, Papier und Verbunden wie Getränkekartonagen,
gewonnen und von nicht brennstoffgeeigneten, Metallteile und chlorhaltige Bestandteile
enthaltenden Objekten, getrennt werden.
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Die Zuführung des Sortiergutes erfolgt
auf das Beschleunigungsband 1, welches das Sortiergut zunächst durch
ein Sensorsystem, bestehend aus Metallidentifikationssystem 2 und
Materialidentifikation 3 mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie,
bewegt. Die Materialidentifikation 3 wird über einen
Multiplexer betrieben, dessen Kanäle quer zur Laufrichtung des Beschleunigungsbandes 1 angeordnet
sind. Die Detektionssoftware der Materialidentifikation 3 ist
so eingerichtet, dass Kunststoffe und Chemiefasern als „EBS1", mit Unterscheidung
zu chlorenthaltenden Verbindungen als „PVC" erkannt werden. Getränkekarton
wird als „GK" identifiziert, Holz,
Papier, Pappe, Kartonagen und Naturfaser werden als „EBS2" erkannt. Die Detektionskäle des Metallidentifikationssystems 2 sind
denen der Materialidentifikation 3 direkt zugeordnet. Sofern
das Metallidentifikationssystem 2 ein Metallteil identifiziert,
wird auf einem zugehörigen
Speicherplatz der Systemsteuerung das Merkmal „Metall" hinterlegt. Identifiziert die Materialidentifikation 3 an
gleicher Stelle „GK", wird dieses Signal „Metall" mit dem Merkmal „GK" überschrieben, für alle anderen
Identifikationen bleibt das Merkmal „Metall" erhalten. Derartige Identifikationen
erfolgen über
die gesamte Breite des Bandes.
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Auf Grund der Zusammensetzung des
Sortiergutes mit nicht identifizierbaren Störstoffen wird das obere Austragssystem 4 für die Ersatzbrennstoffe
niedrigen Brennwertes und das untere Austragssystem 5 für die Ersatzbrennstoffe
hohen Heizwertes verwendet. Damit besteht der Durchlauf aus den
die Störstoffe
enthaltenden Reststoffen.
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Die Austragssysteme 4, 5 verfügen wiederum über durch
Magnetventile gespeiste Druckluftdüsen, welche den Identifikationskanälen zugeordnet sind.
In Abhängigkeit
der Bewegungsgeschwindigkeit der Objekte und der durch das Sensorsystem
ermittelten Merkmale werden die Druckluftdüsen der Austragssysteme 4, 5 so
angesteuert, das die Objekte, denen das Merkmal „EBS2" oder „GK" zugeordnet ist durch das obere Auswurfsystem 4 in
den Auffangbehälter
für die
Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Heizwert 6 ausgeworfen
werden und die Objekte, denen Merkmale „EBS1" zugeordnet ist durch das untere Auswurfsystem 5 in
den Auffangbehälter
der Ersatzbrennstoffe mit hohem Heizwert 7 ausgeworfen
werden. Alle anderen Objekte, einschließlich derer, denen das Merkmal „PVC" oder „Metall" zugeordnet ist, gelangen
in den Auffangbehälter
für die
Reststoffe 8.