DE2222267A1

DE2222267A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von hochpolymeren Abfallprodukten

Info

Publication number: DE2222267A1
Application number: DE19722222267
Authority: DE
Inventors: Taizo Ayukawa; Toshio Inoue; Hideo Komori; Kyoichi Murakami; Toshihiko Ogawa; Kyohei Tsuchiya; Yoichi Tsukagoshi
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Current assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-05-06
Publication date: 1972-11-23
Also published as: DE2264922A1; SE7503397L; FR2137664A1; DE2264921A1; US3947256A; SE7503396L; SE398780B; SE394686B; IT965780B; DE2264921B2; DE2264921C3; DE2222267B2; SE398649B; FR2137664B1; DE2264922B2

Description

PATENTANWÄLTE 0 O "J *} "7 &*!

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. · DIPL.-ING. 8 MÜNCHEN 25 · LIPOWSKYSTR. 10

KABUSHIKI KAISHA NIIGATA TEKKOSHO, Japan y-ni-lo

MK/BK 5. Mai 1972

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von hochpolymeren Abfallprodukten

Es ist bekannt, daß die Beseitigung von hochpolymeren Abfallprodukten ein großes technisches Problem ist. Dieses Problem entsteht dadurch, daß es bislang nicht gelungen ist, in einem halbwegs wirtschaftlichen Verfahren hochpolymere Abfallprodukte ohne starke Umweltverschmutzung zu beseitigen.

Die Erfindung schafft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe es gelingt, Hochpolymere praktisch rückstandsfrei zu beseitigen. Im Prinzip werden entsprechende Hochpolymere zunächst in einer geschlossenen Anlage durch Anwendung von Wärme und/oder Druck zur Schmelze verflüssigt, und dann wird die Schmelze in flüssige oder gasförmige Brennstoffe solcher Zusammensetzung zersetzt, daß man die so erhaltenen Brennstoffe praktisch rückstandsfrei verbrennen kann.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung werden die zu verbrennenden bzw. zu vernichtenden Hochpolymer-Abfälle in einem Extruder in eine Schmelze umgeformt und dann wird - z.B. durch plötzliche Druck-

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absenkung die Schmelze durch Zersetzung in flüssige oder gasförmige Brennstoffe umgesetzt.

Besonders zweckmäßige weitere Ausgestaltungen sowie Einzelheiten ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung, von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen:

Figuren 1, 2 und J5 schematisch drei Ausführungsbeispiele von Anlagen bzw. Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 schematisch eine weitere Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5 eine Einzelheit der Kolbenpumpe mit Ventilanordnung nach Fig. 4; und

Figuren 6 und 7 zwei weitere Ausführungsbeispiele

von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein im ganzen mit 11 bezeichneter Extruder einen relativ langen Zylinder 12 auf, in welchem eine drehbar gelagerte Schraubenwelle 13 angeordnet ist, wobei eine Heizeinrichtung 14 den Zylinder 12 umgibt. Am linken Ende des Zylinders 12 - bezogen auf Fig. 1 - ist ein Zuführungstrichter 15 vorgesehen, durch den das zu verarbeitende Material aufgegeben wird. Solches Material sind z.B. Abfallprodukte, Ausschuß, nicht vollständig polymerisierte Produkte oder ähnliche Gegenstände aus Hochpolymeren. Am rechten

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Ende des Zylinders 12 sind öffnungen 16 und 17 vorgesehen, durch welche erzeugte Gase abgezogen werden. Die öffnungen 16 und 17 stehen über Rohrstutzen 19 und 2o mit einer Sammelleitung 18 am anderen Ende in Verbindung. Nun Können die verschiedenen Abfallprodukte aus Hochpolymeren verschiedene Zersetzungstemperaturen haben. Durch Anordnung zweier getrennter öffnungen 16 und 17 mit axialem Abstand werden Gase, die bei relativ niedriger Temperatur erzeugt werden, aus einer öffnung abgezogen, und Gase, die bei relativ höheren Temperaturen entstehen, werden aus der anderen öffnung abgezogen. Auf diese Weise erhöht man die Ausbeute an abgezogenen Gasen und verhindert Explosionen aufgrund zu hoher Gastemperatüren. Weiterhin werden die Gase mit niedrigeren Siedepunkten über den Anschluß 16 19 abgezogen, und Gase mit höherem Siedepunkt über den Anschluß 17 - 2o. Die beiden Gasmengen werden dann in der gemeinsamen Sammelleitung 18 im wesentlichen homogen gemischt, wodurch die Gase dann in weiteren Verfahrensstufen in herkömmlüier Weise behandelt werden können.

Eine Luft- oder Wasserkühl-Einrichtung 21 weist nun eine . Rohrleitung 22 auf, die um die Sammelleitung 18 herumgewunden istj durch die Windungen fließt Wasser oder Luft. An der Kühlstation werden die gesammelten Gase sowohl gekühlt als auch in Gase bzw. Flüssigkeiten getrennt. An der Auslaßseite der Sammelleitung 18 ist ein Brennstoffsammeltank 25 vorgesehen, der die gesammelten Gase bzw. Flüssigkeiten aufnimmt. Am rechten Ende des Zylinders 12 - Orientierung nach Fig. 1 - ist eine öffnung 24 vorgesehen, die zum Auslassen verbleibender Flüssigkeiten dient. Über eine Leitung 25 werden diese verbleibenden Flüssigkeiten abgezogen und in einer Anordnung 26 verfestigt, die somit Wachse, Paraffine und dgl. aufnimmt. Um den Zylinder 12 herum

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ist ein Gehäuse 27 angeordnet, das parallel zur Achse des Zylinders verläuft. Innerhalb des Gehäuses 27 ist eine Heizeinrichtung 14 vorgesehen, die aus mehreren getrennten Stufen besteht. Es können Dampfheizungen oder elektrische Heizungen verwendet werden. Die erste Heizstufe 14a hat eine Arbeitstemperatur von l6o-4oo°Ci die zweite Heizstufe 14b arbeitet zwischen 4oo und 6oo°C, und die dritte Stufe l4c zwischen 6oo und 8oo°C. Jede dieser Heizstufen ist für sich einstellbar. Durch entsprechende Einstellung der Stufen erhält man drei Zonen x, y und ζ über der Länge des Zylinders 12: in der Zone χ wird geheizt, komprimiert, geschnitten und geschmolzen; in der Zone y wird geheizt, geschmolzen und zersetzt; die Stufe ζ ist eine Überheizstufe, in der im wesentlichen Zersetzungsvorgänge stattfinden.

Die Schraubenwelle Ij5 mit Schrauben-förmig gewundenem Steg 28 hat einen in Verfahrensrichtung größer werdenden Durchmesser. Dadurch werden die zu verarbeitenden Abfälle zusammengedrückt und zerschnitten, während sie an der Welle 1J5 entlang zur Zone y laufen. Gleichzeitig wird auch Wärme durch innere Reibung erzeugt, wodurch man die von außen zuzuführende Wärme verringern kann. Derjenige Teil der Schraubenwelle 13, der in der Überheiz- und Zersetzungszone ζ angeordnet ist, ist nun im entgegengesetzten Sinne verjüngt, so daß also der Wellendurchmesser etwa von der Stelle der öffnung 16 an wieder kleiner wird. Dies ergibt eine Verringerung des Druckes in der Zone z, wodurch die Zersetzung des noch nicht zersetzten Materials in der Zone ζ beschleunigt wird.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Nachdem man die Schraubenwelle IJ durch einen nicht gezeigten Motor oder dgl. in Drehung versetzt hat, wird das feste Material über den Aufgabetrichter 15 in den Zylinder 12

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gefördert. Das eingebrachte feste Material wird nun in der Zone χ komprimiert, z.T. zerrissen und geschmolzen. Sodann kommt das Material in die Zone y, wo eine vollständige Verflüssigung stattfindet und eine teilweise Zersetzung. In der folgenden Zone ζ wird die Flüssigkeit z.T. verdampft. Die Gase mit relativ niedrigem Siedepunkt, die durch Zersetzung der Hochpolymere am Beginn der Zone ζ erzeugt wurden, fließen durch die Öffnung 16 und das Anschlußrohr 19 in die Sammelleitung 18. Diejenigen Gase, die einen höheren Siedepunkt haben, werden durch Zersetzung nahe dem Ende der Zone ζ erzeugt und fließen durch die Öffnung 17 und den Anschluß 2o in die Sammelleitung 18, wo sie dann mit den weiter stromauf erzeugten Gasen gemischt werden, die einen niedrigeren Siedepunkt haben. Die im ganzen Extruder 11 erzeugten Gase fließen durch das Sammelrohr 18 zur Kühleinrichtung 21, wo sie auf eine solche Temperatur gekühlt werden, daß sie einen gasförmigen Brennstoff oder einen flüssigen Brennstoff darstellen, der dann im Sammeltank 25 gesammelt wird. Die nicht zersetzten verbleibenden flüssigen Reste im Zylinder 12 fließen durch die Öffnung 24 und das Rohr 25 in den Kühltank 26, wo die Bestandteile verfestigt werden. Bei 26 werden also im wesentlichen Wachse, Paraffine und dgl. gesammelt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist geeignet, mit einem minimalen Aufwand an Wärmeenergie im Extruder 11 solche Abfälle bzw. Reste aus hochpolymeren petrochemischen Stoffen zu verarbeiten, wie z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Polystyren und dgl. In anderen Worten heißt dies, daß am Extruder 11 nur sehr geringe Wärmeverluste auftreten, weil er gasdicht ist und mit den zu verarbeitenden Abfällen so dicht gepackt gefüllt ist, daß kein

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leerer Raum im Arbeitsraum bleibt. In der Zone, in welcher die Umwandlung von Peststoffen in Flüssigkeiten stattfindet, werden die Abfälle mechanisch komprimiert und geschnitten, wodurch Wärme frei wird, so daß man also auch diese Wärme zur Verflüssigung ausnützen kann. Da man weiterhin die Zufuhr von zu verarbeitenden Abfällen beeinflussen kann, kann man praktisch die Gaserzeugung auf einem konstanten Wert halten. Mit Hilfe dieses Merkmals ist es möglich, die erzeugten Gase kontinuierlich in einfacher Weise und mit einfachen technischen Hilfsmitteln zu sammeln.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist das rechte Ende des Zylinders 12 eine Auslaßöffnung 29 auf, an welche sich eine Auspreßdüse 30 anschließt, die hinsichtlich ihrer Gestalt der Öffnung 29 entspricht. An die Düse 30 ist ein Zersetzungsofen 31 aus feuerfestem Werkstoff angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Funktion des Extruders 11 auf das Schmelzen der Kunststoffabfälle beschränkt: die Funktion des Zersetzens der geschmolzenen Abfälle wird vom Ofen 3I mit einem Wirkungsgrad vorgenommen, der größer ist als bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Innerhalb des Ofens Jl ist ein Endlosförderer 32 auf Zahnrädern 33 und 34 gelagert. Der Schlitz-Förderer ist so angeordnet, daß sein oberes Trum sich in derselben Horizontalebene wie die Öffnung 29 befindet. Ein Teil der Heizeinrichtung 35 ist im Bereich der Düse 30 angeordnet und bildet einen Teil der dritten Heizstufe l4c. Um das Zersetzen der Abfälle zu beschleunigen, ist die Düse 30 gasdicht derart ausgebildet, daß man ein Vakuum oder eine inerte Atmosphäre in der Zone ζ aufrechterhalten kann. Die von der dritten Heizstufe l4c gelieferte

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Temperatur ist innerhalb eines Bereiches von 6oo-looo°C einstellbar. An den Zersetzungsofen j51 ist sowohl eine GasSammelleitung 18, als auch eine Leitung 25 am rechten Ende angeschlossen, welche verbleibende Flüssigkeit aufnimmt. Die Schraubenwelle I3 wird in Arbeitsrichtung gesehen derart dicker, daß ihr Durchmesser über den Zonen χ und y ansteigt. Fig. 2 zeigt dies ganz deutlich.

Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgts Nachdem man die Schraubenwelle 13 in der entsprechenden Richtung in Drehung versetzt hat, werden die zu behandelnden Kunststoffabfälle oder -gegenstände aus dem Vorratsbehälter in den Zylinder 12 gegeben. Das eingeführte Gut wird in der Zone χ komprimiert und zerschnitten bzw. zerrissen und in die Heiz- und Schmelzzone y verbracht. Nach Durchlauf durch die Zone y wird das Gut durch die Düse Jo in die Zersetzungszone ζ gedrückt, in der eine sehr hohe Temperatur herrscht. Das in den Zersetzungsofen J>1 eingeführte, teilweise geschmolzene, Gut wird dann mittels des Schlitzförderers 32 durch den Ofen 31 gefördert und dabei in Gase zersetzt. Dabei erzeugte Gase fließen durch die Sammelleitung 18 zur Kühlanordnung 21, wo sie auf Raumtemperatur abgekühlt werden, so daß das Ergebnis ein Gas und/oder ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit ist, welches im Tank 23 gespeichert wird. Verbleibende flüssige Teile, die nicht vergast wurden, werden durch die Leitung 25 in den Apparateteil 26 verbracht, wo diese flüssigen Bestandteile verfestigt werden. Es handelt sich dabei im wesentlichen um Wachse, Paraffine und dgl.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Extruder 11 und der Zersetzungsofen 31 als selbständige Einheiten ausgebildet und mittels einer düsenartigen Öffnung J>o miteinander verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, nicht

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nur die Hochpolymere zu zersetzen, die höhere Siedepunkte haben und die mithin nur durch den Extruder 11 schwer zu zersetzen wären, sondern auch die Gefahr zu vermeiden, daß die Bauteile des Extruders 11, insbesondere Zylinder 12 und Schraubenwelle 13, durch die erzeugten Gase angegriffen werden. Diese Tatsache ist dann besonders wichtig, wenn die zu behandelnden Abfälle bzw. Gase chemisch sehr aggressiv sind. Da der Innenraum des Zersetzungsofens 31 gegen die Außenatmosphäre isoliert ist, kann man im Ofen 31 unter Vakuum oder in einer beliebigen inerten Atmosphäre arbeiten. Weiterhin ist es möglich, daß das zu behandelnde Gut in solcher Weise aufgegeben wird, daß ein konstantes Gasvolumen erzeugt wird, das dann in besonders einfacher Weise kontinuierlich gesammelt werden kann.

Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 3 erläutert: An eine Düse 30 ist ein Drucktank 36 angeschlossen, in welchem ein Wärmeaustausch-Rohr 37 angeordnet ist. Der Innendruck im Tank 36 wird mittels einer Drehpumpe 38 auf einem entsprechend niedrigen Wert gehalten, um dadurch die Zersetzung zu fördern. Mit 39 ist ein düsenartiger Abschnitt des Extruders 11 bezeichnet. 4o ist ein auf konstantem Druck gehaltene^ Tank, der die erzeugten Gase und Flüssigkeiten aufnimmt. An den Tank ist eine T-förmige Auslaßleitung 41 so angeschlos- . sen, daß ein Teil des gespeicherten Gases durch ein abzweigendes Rohr 42 mit Schließventil 43 in eine geeignete Brennkammer 44 zur Verbrennung in dieser abgeleitet werden kann, während der andere Teil der gespeicherten Gase über die Rohrleitung 45 und ein Abschlußventil 46 in einen Gasbrenner 47 kommt, der an eine Gasturbine oder Dampfturbine 48 gekoppelt ist. Die Turbine kann nun ihrerseits einen Generator 49 antreiben. Mit 50 bzw. 5I

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ist ein Gebläse bzw. eine Rücklaufleitung bezeichnet. Ein Teil der heißen Abgase aus dem Brenner Wj geht durch diese Rücklaufleitung 51 in die Wärmeaustausch-Rohrleitung 37 zurück.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 arbeitet wie folgt: Die Hochpolymerabfälle gelangen auf der rechten Seite der Fig. 3 durch den Trichter 15 in Berührung mit der Förderschnecke bzw. Schraubenwelle 13 des Extruders 11. Beim Durchlauf durch den Extruder 11 werden die Abfälle durch den in Arbeitsrichtung größer werdenden Außendurchmesser der Welle 13 komprimiert und zerrissen bzw. zerschnitten, wobei durch Reibungswärme eine gewisse Erwärmung auftritt. Die Abfälle werden dabei zusätzlich von außen her durch eine dreistufige Heizeinrichtung 14 geheizt und geschmolzen. Die Hochpolymere in Form einer dicken Flüssigkeit innerhalb der eigentlichen Düse 39 des Extruders 11 werden in eine Newton-Flüssigkeit mit niedriger Viskosität überführt, während sie durch die Düse 30 läuft und gelamgt dann in den Wärme-speichernden Tank 36 mit geringerem Innendruck, der vermittels der Heizung 37 auf einer höheren Temperatur gehalten wird, als in dem länglichen Düsenabschnitt 30 herrscht. Die im flüssigen Zustand in den Tank 36 verbrachten Abfälle werden nun in diesem Tank unter verringertem Druck zersetzt. Dabei werden hochmolekulare Kohlenwasserstoffe in niedrig-molekulare Kohlenwasserstoffe zersetzt. Bei diesem Schritt wird im Inneren des Tanks 36 mittels der Drehpumpe 38 nahezu ein Vakuum aufrechterhalten, so daß also die heißen erzeugten Gase nicht explosionsartig verbrennen können. Die so erzeugten Gase fließen durch das Abzugsrohr 18 zu einer Kühleinrichtung 21, wo sie etwa auf Raumtemperatur abgekühlt und in Gase und Flüssigkeiten zerlegt werden, die in dem unter konstantem Druck stehenden, gefluteten Tank

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aufbewahrt werden, nachdem sie durch die Drehpumpe j58 gelaufen sind. Da die flüssigen Bestandteile im Tank 4o auf Wasser schwimmen, kann man diese flüssigen Bestandteile mittels eines nicht gezeigten Siphons oder dgl. abziehen und als flüssigen Brennstoff verwenden. Die im Tank 4o gespeicherten Gase werden nunmehr z.T. durch das Auslaßrohr 41 und die Abzweigung 42 sowie über das Ventil 43 in eine Verbrennungseinrichtung 44 gegeben, um dort zu verbrennen. Der andere Teil der Gase aus dem Tank 4o wird über das Ventil 46 in den Gasbrenner 47 geleitet, der unmittelbar an eine Gasturbine oder Dampfturbine angeschlossen ist. Die Turbine treibt nun wiederum einen Generator 49* der seinerseits die elektrische Energie erzeugt, mit der man die Anlage z.T. betreiben kann. Neben der Versorgung von Instrumenten, Beleuchtung und anderen Teilen der Anlage kann auch noch elektrische E-nergie nach außen abgegeben werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders dazu geeignet, jegliche petrochemische Hochpolymere zu behandeln, insbesondere aber sogenannte Kunststoffabfälle aus Haushalten, Industrieanlagen und dgl. Wichtig ist dabei, daß die sonst schwer bzw. nur unter erheblichem Kostenaufwand zu vernichtenden Abfälle aus Kunststoff zum Teil wieder in brauchbare Produkte umgesetzt werden.

Beim Vorgehen nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden hochpolymere Abfälle verbrannt, nachdem sie vermittels Heizung unter verringertem Druck zersetzt wurden. Wenn die Gase verbrannt werden, werden sie zuvor ggfs. mit einem entsprechenden Luftvolumen gemischt. Auf diese Weise wird vermieden, daß Giftgase, insbesondere Kohlenmonoxyd, erzeugt wird, was sich bekanntlich nicht vermeiden läßt, wenn man die diskutierten Kunststoffabfälle in

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fester Form verbrennt. Ein wesentlicher Vorteil des Vorgehens nach der Erfindung besteht darin, daß das zu verbrennende Gut sich unmittelbar vor dem eigentlichen Verbrennungsprozeß im gasförmigen Zustand befindet, so daß die Überwachung des VerbrennungsVorganges keinerlei Schwierigkeiten bietet. Im vorliegenden Falle werden Hochpolymer-Abfälle nicht nur dadurch in Gase zersetzt, daß sie geheizt und verflüssigt werden, sondern auch noch durch die zusätzliche Wirkung des verringerten Arbeitsdruckes . Auf diese Weise wird die Zersetzung von Hochpolymeren sehr gefördert und der Wirkungsgrad der Zersetzung wird größer, während die nichtverbrennbaren oder nichtzersetzbaren Reste sehr klein sind»

Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 erläutert: In diesem Falle ist eine Stange 52 federnd durch eine Feder 54 in Fig. 5 nach ,rechts vorgespannt, die im vorderen Ende 5j5 der eigentlichen Düse Jo liegt. Etwa im rechten Winkel von dem Düsenkanal 3o geht eine Leitung 55 ab, in welcher sich ein Nadelventil 56 befindet. Die Leitung 55 steht mit einem Zylinder 57 in Verbindung, in welchem ein Kolben 58 arbeitet. Siehe hierzu Fig. 5. Der Kolben 58 ist über seine Kolbenstange mit einer Nockenfläche 59 verbunden, die außerdem die Funktion eines Exzenters aufweist, der mittels einer Betätigungsstange 60 für das Nadelventil 56 betätigt wird. Das Nadelventil ist so ausgebildet, daß es geschlossen ist, wenn der Kolben 58 sich im Kompressionszustand befindet, jedoch' geöffnet ist, wenn der Kolben in Fig. 5 nach rechts verschoben ist, wodurch eine Druckverminderung im Kolben 57 auftritt. An einem Auslaß 62 des Zylinders 57 ist ein Rückschlagventil 6l angeordnet. In der in Fig. 5 gezeigten Position der Teile arbeitet der Kolben 58 in einem Kompressionstakt. Eine kleine Rolle 6²J- am un-

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teren Ende einer Verbindungsstange 6j5 ist durch die entsprechend ausgebildete Nockenscheibe 59 in die obere Stellung gedrückt. Diese Bewegung wird über einen mittig bei

65 gelagerten doppelärmigen Hebel 67 auf das Nadelventil 56 übertragen, um dadurch die zugeordnete Ventilöffnung

66 geschlossen zu halten. In diesem Augenblick wird das durch die Wirkung einer Feder 67a geschlossene Rückschlagventil 6l durch den Druck im Zylinder 57 geöffnet, wodurch Gase, die durch Zersetzung entstanden sind, durch die Sammelleitung 18 in den gefluteten Tank 4o mit konstantem Innendruck fließt.

Nach Vollendung des Kopressionszyklus und wenn der Kolben 58 den Druck im Zylinder 57 abzusenken beginnt, wird die Verbindungsstange 63 mittels der Feder 67b und der entsprechenden Gestaltung der Nockenscheibe 59 nach unten gedrückt, wodurch nunmehr das Nadelventil 56 über den doppelarmigen Hebel 67 und die Stange 60 geöffnet wird. Beim öffnen des Nadelventiles 56 wird nun das Rückschlagventil durch die Feder 6j& und den kleiner werdenden Druck im Kolben 57 geschlossen, so daß also die öffnung 62 geschlossen wird. Auf diese Weise gelangt verflüssigtes Gut aus dem Extruder 11 in den Zylinder 57 und wird durch die Entspannung durch den zurückgehenden Kolben 58 vergast. Eine Feder 67c dient dabei zum Schließen des Nadelventiles 56 mit konstanter Kraft. Wenn ein Hochdruckbrenner als Gasbrenner 47 verwendet wird, kann man ohne Gebläse arbeiten.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise des AusfUhrungsbeispieles nach den Figuren 4 und 5 erläutert:

Die hochpolymeren Abfälle werden in Fig. 4 rechts über den Trichter 15 in den Extruder mit Schraubenwelle IJ> gegeben. Während des Durchlaufs durch den Extruder 11 werden

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die Abfälle durch mechanische Beanspruchung, wie Kompression und Scherung bereits erwärmt. Die Schraubenwelle 13 wird nach links im Durchmesser größer, so daß dadurch die Kompression entsteht. Die hochpolymeren Abfälle werden zusätzlich durch die dreiteilige oder dreistufige Heizeinrichtung 14 erhitzt und geschmolzen. Die Hochpolymere, die in Form einer hochviskosen Flüssigkeit in dem Düsenabschnitt 39 des Extruders 11 gebracht wurden, werden nunmehr durch die Düse 3o und die Leitung 55 gedrückt= Während des Durchlaufs durch die Leitung 55 werden die geschmolzenen Hochpolymere schrittweise auf 3oo, 4oo und ggfs. 5oo°C erhitzt, bis sie die öffnung 66 des Nadelventils 56 erreichen. Die Nadel des Nadelventils 56 öffnet nun im Takt mit der Nockenscheibe 59 synchron. Auf diese Weise werden die geschmolzenen Hochpolymere in den Zylinder 57 eingeleitet, wenn die öffnung 66 des Madelventiles freigegeben ist, aber in der Leitung 55 bleiben, solange dieses Nadelventil geschlossen ist. Diejenigen überschüssigen geschmolzenen Hochpolymere, die während des Schließzustandes des Nadelventiles 56 aus dem Extruder 11 herausgedrückt wurden, schieben nun die Stange 52 in Fig. 5 nach links gegen die Kraft der Feder 54 und sind dort gewissermaßen zeitweilig in der Düse 30 gespeichert, bis sie bei öffnung des Nadelventiles 56 - 66 abgegeben werden können.

Weil nun der Kolben 58 sich auf dem Rückweg befindet, in welchem der Druck verringert wird, wird das im Zylinder 57 befindliche geschmolzene Hochpolymer entspannt, was die Zersetzung in Gase fördert. Während eines solchen Umsetzungsprozesses vom flüssigen in den gasförmigen Zustand werden die langen Molekülketten in dem hochmolekularen Gut auselnandergebrochen, womit eine Mischung aus

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niedermolekularen Kohlenwasserstoffen erhalten wird. Wenn der Kolben 58 dann durch die Nockenwelle 59 in den Kompressionszyklus verbracht wird, wird das Nadelventil 56 geschlossen und das Rückschlagventil 6l wird geöffnet. Das im Zylinderraum enthaltene Volumen aus zersetzten Kohlenwasserstoffen fließt durch die Leitung l8 in den gefluteten Tank 4o mit konstantem Druck und wird dort gespeichert. Wenn die kondensierten Flüssigkeiten und die nicht zersetzten Restflüssigkeiten auf dem Wasser im Tank 4o schwimmen, können sie in der erläuterten Welse durch einen nicht gezeigten Siphon aus dem Tank 4o herausgeholt werden und z.B. als flüssiger Brennstoff verwendet werden.

Die im Tank 4o gespeicherten Gase, welche einen gesteuerten Druck und eine gesteuerte Temperatur haben, werden über das Auslaßrohr 41 abgegeben. Ein Teil der Gase fließt durch eine Abzweigungsleitung 42 und ein darin liegendes Abschlußventil 43 in eine Verbrennungsanlage 44, während der andere Teil der Gase durch die Abzweigleitung 45 und das darin liegende Abschlußventil 46 in einen Gasbrenner 47 gelangt. Hier werden diese Gase mit Luft aus einem Gebläse 50 gemischt, um eine saubere Verbrennung zu erhalten. Da die folgenden Stufen im wesentlichen so ausgebildet sind, wie dies unter Hinweis auf das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 erläutert wurde, wird hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf weitere Ausführungen verzichtet.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die hochpolymeren Kohlenwasserstoffe verbrannt, nachdem sie durch Anwendung von Wärme unter verringertem Druck zersetzt wurden. Vor dem Verbrennen wurden die Gase gleichmäßig mit einem entsprechenden Luftvolumen gemischt. Aus

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diesem Grande ergibt sieh keine Gefahr der Entstehung . von Rauch oder giftigen Gasen, wie z.B. Kohlenmonoxid. Bekanntlich 1st es nicht möglich, insbesondere feste : Kunststoffe hohen Molekulargewichtes rüekstandsfrei zu verbrennen. Im vorliegenden Falle ist es auch einfach, die* Verbrennung zu steuern, weil sich die zu verbrennenden .Stoffe unmittelbar vor der "Verbrennung in gasförmigem Zustand befinden. Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Hochpolymere nicht nur durch Aufheizen und Schmelzen zersetzt, sondern zusätzlich durch ein» Absenkung des Arbeltsdruckes. Auf diese Weise wird dl· Zersetzung der Hochpolymere mit großem Wirkungsgrad , and die Zersetzungsprodukte hinterlassen nur geringe Mengen an nicht zersetzten Resten» *

Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 6 eine weitere Ausführung der Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel 1st die Wärme-isolierte Leitung 69 mit darum gewickelfcer Heizeinrichtung 7o an eine Heizeinrichtung 72 angeschlossen, die Ihrerseits in einem Brennofen 71 angeordnet ist. Das durch das Rohr 69 fließende flüssige Gut wird in der Heizleitung 72 geheizt und in Gase zersetzt. Die Heizleitung 72 ist relativ lang und mäanderförmig in der Brennkammer 71 angeordnet. Das Auslaßende der Leitung 72 führt aus dem Ofen 7I heraus, dann durch ein Ventil 7J5, eine weitere Leitung 74 und durch eine öffnung 75 wieder in die Brennkammer hinein. Eine Vorheizleitung 76 steht mit der Leitung 74 Über ein Ventil 77 in Verbindung, um ein Gas zu Vorheiz-Zweeken zu liefern. Von einem Gebläse 78 führt ein Rohr 80 mit seiner Mündung um das offene Ende des Rohres 74 herum in die Brennkammer, wodurch sich ein Brenner 79 ergibt. Der Ausgang dieser Brennkammer 71 ist mit 8l bezeichnet.

Wenn bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der Ofen 71

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angelassen, d.h. in Betrieb gesetzt wird, ist das Ventil 7j5 zunächst geschlossen, und das Ventil 77 ist geöffnet, um »in brennbares Gas durch die Leitung 76 zur Vorheizung des Ofens 71 in diesen zu liefern. Damit wird durch die Verbrennung in der Kammer 71 das geschmolzene hochpolymere Gut in der Leitung 72 erhitzt und in 9111 «ersetzt. Sodann wird das Ventil 73 geöffnet und gleichzeitig das Ventil 77 geschlossen, woraufhin nunmehr Gase in den Ofen geliefert werden, die die Zersetsungsprodukte des Hochpolymers sind. Diese Gase treten zusammen mit Verbrennungsluft aus dem Gebläse 76 aus dem Brenner 79 in den Ofen 71. Die Abgase des Ofens 71 können z,B. von einem Gebläse erfaßt werden und zum Heizen irgendwelcher anderer Maschinenaggregate oder Räume dienen. Wenn die Verbrennung einmal in Gang gekommen ist, werden die verflüssigten Hochpolymere in der Leitung 72 kontinuierlich in Gase zerlegt, und zwar vermöge der Wärme der laufenden Verbrennung, wodurch es möglich ist, die Zulieferung von zusätzlichem Heizgas über die Leitung 76 einzustellen.

Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 dadurch, daß die Hochpolymere verflüssigt werden, und¹ als flüssiger Brennstoff verbrannt werden. Aus diesem Grunde ist die Vorheiz-Schlange 72 im Ofen selbst kleiner als gemäß Fig. 6. Eine zusätzliche Pumpe 82 liegt am Ausgang des Rohres 72 und dient zur Zerstäubung des flüssigen Gutes in dem eigentlichen Ofen 71. Man kann in diesem Fall zu Zwecken des Anlassens der Anlage einen flüssigen Brennstoff, wie z.B. Schweröl, über die Leitung 76 und das Ventil 77 zuführen.

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Beim öffnen des Ventiles 77 unter gleichzeitigem Schliessen des Ventiles 73 wird der Vorheiz-Brennstoff in flüssiger Form aus der Leitung 76 mittels der Pumpe 82 an den Brenner 79 geliefert. Die zu Vorheizzwecken dienende brennbare Flüssigkeit wird vom Brenner 79 zusammen mit Luft aus dem Gebläse 78 in die Brennkammer gesprüht, gezündet und verbrannt. Da die Vorheizleitung 72 im vorliegenden Falle relativ kurz ist, werden die darin enthaltenen hochpolymeren Stoffe verflüssigt und z.T. in eigene Flüssigkeiten zersetzt, jedoch nicht wesentlich vergast. Diese Flüssigkeit wird dann nach Schließen des Ventiles 77 und öffnen des Ventiles 75 über die Pumpe 82 als Brennstoff verwendet. Wenn der Verbrennungsprozeß beendet werden soll, wird das Ventil 77 geschlossen, und gleichzeitig wird das Ventil 73 geöffnet, um die verbleibende Flüssigkeit in der Pumpe 82 aufzunehmen. Dann wird zusammen mit Luft vom Gebläse 78 der flüssige Brennstoff vom Brenner 79 zur Verbrennung versprüht.

Wenn nun beispielsweise das durch die Leitung 72 fliessende Hochpolymer Bolyäthylen ist, dann wird es in Wasserstoff, Methan, Äthan und Äthylen und weitere Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur von etwa 5oo°C und mehr zerlegt und verflüssigt. Wenn also die Verbrennung beginnt, müssen die Hochpolymere in der Leitung 72 über ihre Zersetzungstemperatur erhitzt werden, wozu die beschriebene Vorheizung des Ofens 71 dient.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 5 und β werden petrochemische Hochpolymere verbrannt, nachdem man sie durch heizen verflüssigt oder vergast hat. Wenn man solche Gase oder Flüssigkeiten verbrennt, werden sie gleichförmig mit einem entsprechenden Luftvolumen gemischt, so daß keine Rauchentwicklung oder Entstehung

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giftiger Gase, wie z.B. Kohlenmonoxyd, zu befürchten ist, was stets dann der Fall ist, wenn eine unvollkommene Verbrennung durchgeführt wird. Bekanntlich ist es nicht möglich, Kunststoffabfälle im festen Zustand vollständig zu verbrennen. Es ist einfach, die Verbrennung zu steuern bzw. zu überwachen, weil die zu verbrennenden Stoffe unmittelbar vor der Verbrennung selbst in flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen. Nach anlassen einer Anlage können Hochpolymere mit Hilfe derjenigen Hitze zersetzt werden, die gerade durch ihre Verbrennung erzeugt wird, so daß man also keine weitere Energie als Hilfsenergie braucht, solange eine Anlage kontinuierlich arbeitet. Diese beiden letzten AusfUhrungsbeispiele zeichnen sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus.

P a tentansprüche

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Claims

PATENTANWÄLTE ,

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN DIM..-PHYS. pIPL.-INC. β MÜNCHEN 25 · LlPOWSKYSTR. IO

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1. Verfahren zum Umsetzen hochpolymerer Stoffe in Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die hochpolymeren Stoffe in einen Extruder bestehend aus Zylinder und einer Schrauben- oder Schneckenwelle gibt, und darin schmilzt, und daß die geschmolzenen Hochpolymere dann innerhalb oder außerhalb des Extruders in gasförmige und/oder fltiseige Brennstoffe zersetzt werden.

2. Verfahren zum Umsetzen von Hochpolymeren in Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochpolymere in einen aus Zylinder und Schrauben- oder Schneckenwelle bestehenden Extruder gegeben werden, und daß dann die durch Zersetzung der Hochpolymeren erzeugten Gase aus «iner Überheiz-Zone des Extruders abgezogen werden.

5. Vorrichtung zum Umsetzen von Hochpolymeren in brennbare Flüssigkeiten oder Oase, gekennzeichnet durch · einen Extruder bestehend aus einem Zylinder, einer Schrauben- oder Schneckenwelle und einer Heizeinrichtung, sowie einer (Jas-Sammelleitung, welche zum Abziehen der in der Überheiz-Zone erzeugten Gase dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendurchmesser der Schrauben- oder Schnekkenwelle sich in Richtung zur Heiz- und Schmelzzone vergrößert, und in Richtung zur Überheiz-Zone dann

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verringert, und daß die Gase aus der Überheizzone an mindestens zwei mit axialem Abstand voneinander angeordneten Stellen in der Überheizzone abgezogen werden,

5. Verfahren zum Umsetzen von Hochpolymeren in brennbare Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hochpolymere in einen Extruder mit Zylinder, einer Schrauben- und Schneckenwelle und einer Heizeinrichtung eingibt, um die Hochpolymere im Extruder zu schmelzen, daß die Hochpolymere dann kontinuierlich in einen Zersetzungsofen eingeführt werden, um die Hochpolymere bei ihrem Lauf durch den Ofen zu zersetzen, und daß die so erzeugten Gase dann in gasförmiger und/oder flüssiger Form als Brennstoff gewonnen werden.

6. Vorrichtung zum Umsetzen von Hochpolymeren in brennbare Stoffe, gekennzeichnet durch einen Extruder mit Zylinder, Schnecken- oder Schraubenwelle und Heizeinrichtung, einen Zersetzungsofen zur Aufnahme der im Extruder geschmolzenen hohen Polymere und zum Zersetzen dieser Masse in Gase, sowie eine Gas-Sante!leitung zum Abziehen der Gase aus dem Ofen.

7. Verfahren zum Umsetzen von Hochpolymeren in brennbare Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hochpolymere zunächst in einen Extruder bestehend aus Zylin- . der, Schrauben- oder Schneckenwelle und einer Heizeinrichtung gibt, um die Hochpolymere innerhalb des Extruders zu schmelzen, und daß die geschmolzenen Hochpolymere dann in einen Raum mit verringertem Druck überführt werden, um die Hochpolymere dort in Gase zu zersetzen.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An-

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spruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß dem den Raum mit verringertem Innendruck darstellenden Tank eine Drehpumpe zur. Einstellung des Drucks in diesem Tank zugeschaltet ist, und daß die erhaltenen Gase in einem weiteren Tank gesammelt werden.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Zersetzung der Hochpolymere erzeugten Gase in eine Brennkammer zur Verbrennung geleitet werden, und daß die erhaltene Wärmeenergie wieder gewonnen wird.

10. Verfahren zum Umsetzen von Hochpolymeren in Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hochpolymere zunächst in einen Extruder mit Zylinder, Schrauben- oder Schneckenwelle und Heizeinrichtung führt, um die Hochpolymere dort zu schmelzen, daß man die geschmolzenen Hochpolymere dann in einen zweiten Zylinder führt, in welchem ein Kolben in Verbindung mit einem Nadelventil wirkt, wodurch die Hochpolymere unter vermindertem Druck in Gase umgesetzt werden.

11. Vorrichtung zum Umsetzen von Hochpolymeren in Brennstoffe, gekennzeichnet durch einen Extruder mit Zylinder, Schrauben- oder Schneckenwelle und Heizeinrichtung, einen zweiten Zylinder zum Zersetzen der geschmolzenen Hochpolymere unter verringertem Druck in Gase, wobei in diesem zweiten Zylinder ein Kolben beweglich angeordnet ist, ein Nadelventil in Wirkverbindung mit dem Kolben zum wiederholten öffnen und Schließen des Zugangs zu dem zweiten Zylinder, und einen Tank zur Aufnahme der durch Zersetzung der Hoch polymere entstandenen Gase.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zersetzung der Hochpolymere entstandenen Gase einem Brenner oder dgl. zur Wiedergewinnung der in den Gasen enthaltenen Energie zugeführt werden.

1^. Verfahren zum Umsetzen von Hochpolymeren in Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochpolymere in einen Extruder bestehend aus Zylinder, Schraubenoder Schnekenwelle und einer Heizeinrichtung eingeführt werden, um die Hochpolymere zu schmelzen, daß die Schmelze dann durch eine Heizleitung in einer Heizkammer geführt wird, um die Schmelze dort in Gase und/ oder Flüssigkeiten zu zersetzen, un-d daß die so entstandenen Gase und/oder Flüssigkeiten in die Heizkammer eingeblasen und dort verbrannt werden, wodurch die Heizleitung ihrerseits beheizt wird.

14. Vorrichtung zum Umsetzen von Hochpolymeren in Brennstoffe, gekennzeichnet durch einen Extruder mit Zylinder, Schnecken- oder Schraubenwelle und Heizeinrichtung, eine Heizleitung in einem Ofen oder einer Brennkammer zum Zersetzen der geschmolzenen Hochpolymere in Gase oder Flüssigkeiten und einen Brenner, der die durch Zersetzung entstandenen Gase oder Flüssigkeiten in den Ofen bläst und dort verbrennt.

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