DE69807961T2

DE69807961T2 - Verfahren zur Aufarbeitung von Metall/Kunststoff-Verbundabfällen durch thermische Zersetzung

Info

Publication number: DE69807961T2
Application number: DE69807961T
Authority: DE
Inventors: Kouji Kozuka; Takeyuki Naitou; Ryoji Nakano
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: EP0863216B1; DE69807961D1; EP0863216A3; EP0863216A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von Verbundabfallmaterial, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Behandlungsverfahren für Verbundabfallmaterial bzw. zusammengesetzte Abfälle zur Rückgewinnung von Metallen aus einem Produktabfallmaterial, das aus einer Vielzahl von Materialien gebildet ist, und die sich zusammensetzen aus eisenhaltigem Material, nicht eisenhaltigem Material und nicht metallischem Material wie beispielsweise einem Plastik.
In letzter Zeit werden viele Produkte, wie beispielsweise Hausgeräte und elektronische Vorrichtungen, aus Verbundmaterial bzw. zusammengesetztem Material gefertigt, die Plastikmaterialien und verschiedene Arten von Metallen aufweisen, woraus sich eine Schwierigkeit beim Trennen der verschiedenen Materialien ergibt, wenn sie Abfall sind. Dies hat ernstliche Auswirkungen auf die Umwelt. Ein Verfahren zum manuellen Zerlegen eines Produktes und nachfolgender Rückgewinnung von wertvollen Teilen, wie beispielsweise Metallen, ist bekannt. Jedoch weil bei diesem Verfahren die meisten der Trenn- und Rückgewinnungsarbeitsgänge manuell durchgeführt werden, resultiert es in einer derart schlechten Effizienz, dass es nur auf solche Produkte anwendbar ist, in denen große Mengen von Metall vorliegen, wie beispielsweise bei Automobilen.
Im Gegensatz dazu werden bei Hausgeräten und elektrischen Geräten bzw. Vorrichtungen, in denen eine große Menge an Plastikmaterial vorliegt und Metallteile nur in relativ kleiner Menge enthalten sind, solche Teile allgemein nicht zurückgewonnen.
Bei herkömmlichen Abfallmaterialbehandlungsverfahren wird das Abfallmaterial durch einen Schredder bzw. Zerkleinerer zerkleinert, und die zerkleinerten Stücke des Plastikmaterials werden mit Metallteilen gemischt.
Wie zuvor erwähnt, gilbt es derzeit kein Verfahren für das einfache Behandeln von Abfallmaterialien, wie beispielsweise elektronischen Geräten. Eine Option, die in Erwägung gezogen wurde, ist das Zerkleinern von Abfallgeräten nach einem Gefrieren. Jedoch wird dieses Verfahren nicht genutzt, da der Prozess zu komplex ist, um praktikabel zu sein. Bei einem herkömmlichen Fließ- bzw. Wirbelbettvergasungsofen verbleibt, wenn beispielsweise eine Eisenplatte mit einer Größe von ungefähr 10 cm im Quadrat im behandelten Material vorliegt, nach dem Vergasen von verbrennbaren Materialien das Eisen im Fließ- bzw. Wirbelbett und muss aus dem Ofen zusammen mit dem Fließbettsand entfernt werden. Das nicht verbrennbare Material und der Sand werden dann durch Vibration getrennt und der Sand wird in den Vergasungsofen zurückgeführt und das nicht verbrennbare Material wird ausgegeben.
Um nicht verbrennbares Material von einer großen Größe auszustoßen bzw. abzugeben, ist es notwendig, dass ein Auslass eines Vergasungsofens groß gemacht wird und daher wird die Menge des entfernten Sandes groß und ein Wärmeverlust innerhalb des Ofens wird groß, wenn die Menge des Sandes groß wird. Wenn der Wärmeverlust übermäßig wird, wird das erzeugte Gas im Vergasungsofen verbrannt, um eine Wärmevergasung zu erhalten. Jedoch ist in diesem Fall eine Unterstützung der Vergasung durch Verbrennen eines zusätzlichen Brennstoffs notwendig.
Des Weiteren, wenn die Verbrennungsrate innerhalb des Vergasungsofens erhöht wird, werden die Metalle oxidiert. Um Metalle, die im Verbrennungsofen vorliegen, ohne Oxidation zu entfernen, ist es nötig, die Größe der Metalle für die Behandlung zu begrenzen.
Folglich kann ein Produkt, wie beispielsweise ein Kühlschrank, nicht in einem herkömmlichen Wirbelbettvergasungsofen behandelt werden, ohne vorher zerkleinert zu werden.
Des Weiteren verbleiben bei einem herkömmlichen Vergasungsofen, sogar wenn ein nicht verbrennbares Material wie beispielsweise Metall, auf eine kleine Größe zerkleinert wird, beispielsweise auf 10 cm im Quadrat, jegliche Verunreinigung, die in das Abfallmaterial eingemischt sind, auf dem Boden des Ofens, wodurch die Fluidisierung bzw. die Verwirbelung verhindert wird, so dass es nötig ist, den Ofensand oft zusammen mit jeglichen Verunreinigungen zu entfernen.
Folglich wird ein Wärmeverlust aus dem Vergasungsofen ziemlich groß und die Temperatur in dem Vergasungsofen wird auf einen solchen Grad gesenkt, dass die Vergasung nur unter Nutzung von einem zusätzlichen Brennstoff durchgeführt werden kann.
Es wird ferner die Aufmerksamkeit gelenkt auf US-A-4,784,603 und US-A- 4,789,332, die beide auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von flüchtigen Verunreinigungen aus einem Schrottmetall gerichtet sind. Ein Verfahren wird in einem Ofen durchgeführt, der auf einer relativ konstanten Temperatur gehalten wird und eine erste Zone hat, in welcher flüchtige Stoffe, die auf der Oberfläche eines Metalls enthalten sind, verdampft werden und eine zweite Zone, in welcher Kohlenstoff, der auf der Oberfläche des Metalls enthalten ist, pyrolisiert wird. Der Ofen hat auch einen Förderer bzw. Fördermittel zum Transportieren von Metall durch ihn hindurch mit einer spezifizierten Geschwindigkeit. Das Verfahren weist die Schritte des Verdampfens und Fluidisierens oder ausreichenden Verdampfens der flüchtigen Stoffe auf zum Erzeugen von Rauch bzw. Dämpfen, die nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, und zwar ohne das Metall zu oxidieren. Die Kohlenwasserstoffdämpfe werden dann zum Erzeugen eines heißen Gases verbrannt, das in den Ofen rezirkuliert wird, so dass es neu einkommendes Schrottmetall kontaktieren kann.
Des Weiteren offenbart US-A-4,548,651 ein Verfahren für die Rückgewinnung von Alt- bzw. Schrottmetall, das mit verbrennbaren Wasserstoffen kontaminiert ist, und zwar durch Verdampfen der verbrennbaren Wasserstoffe, die das Metall kontaminieren, und zwar in einem Brennofen, um so teilweise nicht verbrannte Dämpfe im Brennofen zu erzeugen. Die Dämpfe werden vom Metall getrennt, während das Metall aus dem Brennofen ausgegeben wird, und die abgetrennten Dämpfe werden dann zu Wärmeerzeugungsmitteln transportiert, die darin gesichert sind. Die Dämpfe werden in den Wärmeerzeugungsmitteln durch die Flamme der Brennmittel verbrannt, um so heiße Gase vorzusehen, die in dem Brennofen zum Zweck des Durchführens des zuvor erwähnten Verdampfungsschrittes rezirkuliert werden.
Die EP-A-0 651 064 A1 offenbart eine Vorrichtung für die Vorbehandlung von elektronischem Abfall bzw. Altlasten, die einen Rollzylinder mit einer Wurmschraube darin aufweist, und zwar ausgestattet mit Eingängen und Ausgängen für thermisches Austauschfluid und zu behandelnden elektronischen Schrott; des Weiteren offenbart sie einen Ofen, der eine solche Vorrichtung aufweist, und ferner Eingangs- und Ausgangsluftbarrieren aufweist; ferner einen Kühlschrank, der solch eine Vorrichtung aufweist; sowie einen Prozess für die Vorbehandlung von elektronischem Schrott, und zwar unter Nutzung eines solchen Ofens und Kühlschranks.
Ferner wird Dokument DD 65799 erwähnt, das auf ein automatisches Sortieren von festen Gegenständen von unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gerichtet ist. Zusätzlich wird DD 31283 erwähnt, welches eine Vorrichtung für das Tempern bzw. Glühen vom Durchgangstyp von Werkstücken oder Komponenten in einer Schutzgasatmosphäre offenbart.
Des Weiteren wird JP-A-09170034 erwähnt, welches auf ein Verfahren zur Rückgewinnung von Metall aus Abfall gerichtet ist, und zwar durch direktes Kontaktieren von Plastik/Metallverbundabfall mit einem Wärmemedium, vorzugsweise in einer sich bewegenden Schicht und vorzugsweise Granulat, wie beispielsweise ein Siliziumsand.
Die Aufmerksamkeit wird auch gelenkt auf EP-A-0 451 323, welches ein Verfahren für das Vorwärmen von Alteisen gemischt mit Plastik, Gummi und Harz offenbart, d. h. mit organischen Materialien und welches gedacht ist für elektrische Öfen, insbesondere elektrische Bogenöfen. Das Verfahren weist die Schritte des Umwandelns des Plastiks, Gummis oder Harzes oder ähnlicher Materialien von organischer Natur auf, die im Alteisen vorliegen, um sie vorteilhaft über einen Weg zu eliminieren, der thermische Energie erzeugen kann, die nutzbar ist für das Vorwärmen des zu schmelzenden Altmetalls, wobei der Weg aus einer Pyrolyse in einer Umgebung besteht, die sowohl mit dem zu schmelzenden Alteisen als auch mit den organischen Materialien beliefert wird, wobei das Ganze vor der Pyrolyse geschreddet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anlage oder Vorrichtung nach Anspruch 5 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht unter Berücksichtigung der zuvor erwähnten herkömmlichen Techniken und es ist ein Ziel der Erfindung ein Verfahren zum Behandeln eines zusammengesetzten Abfallmaterials vorzusehen, das einfach und effektiv Metalle zurückgewinnen kann und einen Materialzyklus der Metalle durchführt, falls ein Produkt eine große Menge an Plastik enthält.
Zum Erreichen des zuvor erwähnten Ziels wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Behandeln eines zusammengesetzten Abfallmaterials nach Anspruch 1 vorgesehen, das einen Schritt des Trennens und Zurückgewinnens von Metallen nach dem thermischen Behandeln des zusammengesetzten Abfallmaterials bei einer hohen Temperatur aufweist, um so insgesamt oder teilweise das zusammengesetzte Abfallmaterial zu zerlegen, und dann das direkte in Kontakt bringen des zusammengesetzten Abfallmaterials mit einem Hochtemperaturgas in einem nicht oxidierenden Zustand oder in einem Zustand, bei dem nur geringe Sauerstoffmengen vorhanden sind.
Beim zuvor erwähnten Behandlungsverfahren wird das zusammengesetzte Abfallmaterial unter hoher Temperatur zersetzt und Metalle werden dann herausgetrennt unter Verwendung einer vibrierenden Siebmaschine. Die Wärmebehandlung wird durchgeführt bei einer Temperatur von 500ºC bis 900ºC. Wenn jedoch erwünscht ist, dass ein schmelzbares Metall wie Aluminium geschmolzen wird, ist es bevorzugt, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700ºC bis 800ºC durchgeführt wird, und wenn es erwünscht ist, das Aluminium zurückzugewinnen, ist es bevorzugt, die Wärmebehandlung bei einer Temperatur gleich oder weniger als 700ºC, vorzugsweise bei einer Temperatur gleich oder weniger als 650ºC durchzuführen. Wie zuvor erwähnt, da die Plastikmaterialien vergast werden, können zurückbleibende Metalle leicht herausgetrennt und zurückgewonnen werden.
Gas, welches bei der Behandlung erzeugt wird, kann in eine Verbrennungsvorrichtung oder eine Vergasungsschmelzvorrichtung zum Behandeln des Abfallmaterials in einem anderen System eingeführt werden, und ein Teil des erzeugten Gases wird für das Erzeugen eines Hochtemperaturgases genutzt, indem es direkt in Kontakt mit dem zusammengesetzten Abfallmaterial gebracht wird.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Metalle getrennt und zurückgewonnen werden durch Zerkleinern oder feines Zerkleinern des thermisch behandelten zusammengesetzten Abfallmaterials, und das Zerkleinern oder Feinzerkleinern wird durch Pressen des thermisch behandelten zusammengesetzten Abfallmaterials durchgeführt. Es ist bevorzugt, dass ein solches Pressen unter einem warmen Zustand durchgeführt wird, was geringe Zugstärken des Metalls vorsieht, und ferner kann das Feinzerkleinern durch Zerschneiden durchgeführt werden.
Beim zuvor erwähnten Behandlungsverfahren kann ein schmelzbares Metall geschmolzen und abgetrennt werden.
Wie zuvor erwähnt, bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Behandeln eines zusammengesetzten Abfallmaterials in großen Mengen, und zwar durch vorangehendes Vergasen eines verbrennbaren Materials, wie beispielsweise Plastik, in einem Vergasungsofen, durch Auswählen eines Metallteils und Abtrennen und Zurückgewinnen des Metalls vorzugsweise durch Pressen und Feinzerkleinern unter einem warmen Zustand, und noch bevorzugter bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Behandeln eines Produkts, das eine große Menge an Plastik aufweist, und zwar zu niedrigen Kosten, um dadurch leicht jegliche Metalle zurückzugewinnen.
Bei weggeworfenen Hausgeräten, wie beispielsweise Kühlschränken, ist Plastik und ein thermisch isolierendes Material an einer Eisenplatte mit einem Haftungsmaterial befestigt, so dass es schwer ist, diese Materialien von der Eisenplatte durch ein Zerkleinerungsverfahren vollständig abzutrennen und des Weiteren können sie nicht vollständig manuell entfernt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung, da weggeworfene Hausgeräte zuerst thermisch behandelt werden und jegliche Haftmaterialien vergast werden, verbleiben karbonische Materialien in der Eisenplatte und jegliches Abfallmaterial kann leicht herausgetrennt werden.
Als nächstes wird die Erfindung detailliert beschrieben. Zuerst wird eine Vergasung von Plastik beschrieben. Es ist bekannt, dass normalerweise Plastikmaterialien thermisch zersetzt werden und vergast werden, wenn sie auf eine Temperatur auf gleich oder mehr als 200 bis 450ºC erwärmt werden.
In jüngster Zeit wird ein Prozess als Gegenmaßnahme gegen eine Dioxinerzeugung verwendet, wobei ein zusammengesetzten Abfallmaterial zuerst in einem Vergasungsofen vergast wird, und zwar mit dem erzeugten Gas eingeleitet in einen Schmelzofen, so dass eine nachfolgende Vergasung bei einer Temperatur von ungefähr 1300 bis 1400ºC stattfinden kann.
Die Erfindung kann ein Gas nutzen mit einer Temperatur von 600 bis 800ºC. Zusätzlich kann die gleiche Behandlung durchgeführt werden durch vorsehen eines atmosphärischen Ofens in einem nicht oxidierenden Zustand oder mit nur einer geringen Menge von Sauerstoff (was nicht einen Vakuumzustand umfasst), der vorliegt, und zwar unter Nutzung des Abgases in der vorliegenden Verbrennungsvorrichtung.
Normalerweise sind verschiedene Arten von Plastikmaterialien in einem gesammelten zusammengesetzten Abfallmaterial enthalten, was unterschiedliche Temperaturen für die Vergasung erforderlich macht. Ferner ist die Gaskomponente größer, je höher die Zersetzungstemperatur ist. Des Weiteren wird zusammen mit der Vergasungsbehandlung der Plastikmaterialien zum Schmelzen und Trennen von schmelzbaren Metallen, wie beispielsweise Aluminium und Schwermetallen, und ferner zum Zweck der Vermeidung der Erzeugung von Klinker innerhalb dem Ofen eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 500 bis 900ºC durchgeführt. Jedoch, wie zuvor erwähnt, wenn es erwünscht ist, das Aluminium zu schmelzen, wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700 bis 800ºC durchgeführt, und wenn es erwünscht ist, das Aluminium zurückzugewinnen, wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur gleich oder weniger als 700ºC durchgeführt, und vorzugsweise bei einer Temperatur gleich oder weniger als 680ºC. Wenn zumindest eine kleine Menge an Sauerstoff vorliegt, kann bei einer Temperatur von 700ºC eine Oxidation kaum fortschreiten. Insbesondere im Fall von Kupferverdrahtung, wenn die Temperatur gleich oder mehr als 700ºC wird, ist eine Oxidation fortgeschritten und der Draht wird brüchig, sogar wenn eine Sauerstoffmenge von sowenig wie 5% vorliegt.
Das Hochtemperaturgas als eine Wärmequelle für die Wärmebehandlung wird durch ein Verfahren erhalten, das ein Gas im Vergasungsofen nutzt, das kaum jeglichen Sauerstoff enthält und durch thermischen Austausch des Verbrennungsabgases mit dem Verbrennungsabgas mit einer hohen Temperatur, so dass es als ein Hochtemperaturgas genutzt werden kann, und ferner ein Verfahren der Nutzung des Abgases, das nur eine kleine Sauerstoffmenge enthält, und das Verbrennen des Gases, das durch die Wärmebehandlung erzeugt wird, um es als Hochtemperaturgas zu nutzen.
Insbesondere im Fall der Nutzung eines wenig Sauerstoff enthaltenden Abgases, wenn das erzeugte Gas schnell mit dem im Abgas enthaltenen Restsauerstoff reagieren soll, ist es von Vorteil, dass das Abgas für das Verwirbeln bzw. Umschichten genutzt werden kann.
Da es ein Hauptziel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist, Metalle im Kühlschrank in einem nicht oxidierten Zustand zurückzugewinnen, ist es notwendig, dass jegliche im Abgas enthaltene Sauerstoffkomponente mit dem erzeugten Gas reagiert, bevor sie das Metall erreicht und aufgebraucht wird. Ferner erzeugt die Reaktion des erzeugten Gases mit nur einer geringen Sauerstoffmenge Wärme, die für die Vergasung oder Verschwielung erforderlich ist, so dass die Vergasung gleichmäßig bzw. glatt durchgeführt werden kann. Demgemäß ist es wünschenswert, dass das erzeugte Gas ausreichend verrührt wird.
Ferner wenn das verbrennbare Material vergast ist, verbleibt karbonisches Material, jedoch ist klar, dass ein Verfahren zum Ausblasen des karbonischen Materials weg vom Metall durch das Abgas, das Ausstoßen bzw. Abgeben heraus aus der Wärmebehandlungskammer, und das Verbrennen und Behandeln desselben zu einem späteren Schritt vorteilhafter ist, als ein Verfahren, das das thermisch behandelte Metall aus der Wärmebehandlungskammer nimmt, das karbonische Material durch Auswahl unter einem Luftstrom abtrennt und das abgetrennte karbonische Material zu einem späteren Schritt behandelt.
Des Weiteren wird im Fall des Herausnehmens des thermisch behandelten Metalls aus der vorliegenden Wärmebehandlungskammer, falls das Metall bei einer Temperatur von 600ºC gegen Umgebungsluft ausgesetzt wird, eine Oxidation vorangetrieben. Als eine Gegenmaßnahme hierfür ist es bevorzugt, das erzeugte Gas, das in der vorliegenden Wärmebehandlungskammer verbleibt, auszustoßen nachdem die Wärmebehandlung abgeschlossen ist und das Abgas mit einer geringen Sauerstoffmenge zu nutzen, um so eine Explosion zu verhindern, sogar wenn Umgebungsluft in die Wärmebehandlungskammer eintritt. Da das Abgas eine geringe Temperatur von ungefähr 200ºC hat, kann das Abgas das thermisch behandelte Metall auf eine Temperatur kühlen, bei der eine Oxidation nicht gefördert wird, sogar wenn das Metall gegen Umgebungsluft ausgesetzt wird.
Als nächstes wird in der Folge das Abtrennen und Rückgewinnen des Metalls beschrieben. Das zusammengesetzte Abfallmaterial ist in einen Zustand gebracht, in dem es leicht durch Verschwielung bzw. Vergasung zersetzt werden kann, und die Zersetzung und das Auswählen (Auswahl durch Sieb) kann unter Nutzung einer Vibrationssiebvorrichtung durchgeführt werden. Durch Nutzen der Vibrationssiebvorrichtung können Gegenstände, die durch aus einem schmelzbaren Material gefertigte Schrauben gehalten werden, Gegenstände, die durch ein Klebe- bzw. Haftmaterial befestigt sind, und Gegenstände, die durch Plastikklammern befestigt sind, abgetrennt und zurückgewonnen werden. Da Plastikmaterialien oft durch Schrauben montiert werden, kann ein Abtrennen durch das Vibrationssieb folgend auf die Wärmebehandlung leicht durchgeführt werden.
Die verbleibenden Metalle werden abgetrennt und zurückgewonnen so wie sie sind, wenn sie leicht zerlegt werden können. Weiter können sie durch eine bekannte Zerkleinerungsvorrichtung zerkleinert werden. Da jedoch viele Produkte nicht leicht zu zerlegen sind, und zwar aufgrund einer komplexen Kombination von verschiedenen Metallarten, ist ts wünschenswert, dass diese verbleibenden Metalle durch eine Müllpresse komprimiert werden, um sie leichter schneiden zu können, wobei danach diese Metalle geschnitten und fein zerkleinert werden können.
Bei der herkömmlichen Schertypzerkleinerungsvorrichtung oder Stoßtypzerkleinerungsvorrichtung werden, wenn unterschiedliche Metalle vorliegen, "Umgebungsphänomene" erzeugt zum Zeitpunkt des Zerkleinerns, und es ist schwer die Metalle zu einer späteren Stufe zu trennen und auszuwählen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ferner den Schritt des Schneidens und feinen Zerkleinerns von Metall auf eine Größe von beispielsweise 0,1 mm bis 10 mm und das Abtrennen und Rückgewinnen des Metalls auf, und zwar ohne das "Umgebungsphänomen" zu erzeugen, und zwar als Verfahren zur Verbesserung des zuvor erwähnten Prozesses.
Als erstes wird das verbleibende Metall in eine Müllpresse benachbart zum Wärmebehandlungsofen gegeben, während eine Hitze in der Wärmebehandlungskammer beibehalten wird, und zwar mit dem Warmpressen durchgeführt in einem Zustand, in dem vorzugsweise die Zugfestigkeit des Metalls auf ungefähr die Hälfte seiner Festigkeit bei Raumtemperatur abgesenkt ist, und bei einer Temperatur von 350 bis 550ºC, so dass das Metall nicht wesentlich oxidiert, um so einen Block zu erzeugen. Indem das Pressen bei einer warmen Temperatur durchgeführt wird, kann die für das Pressen erforderliche Energie reduziert werden, so dass die Betriebskosten minimiert werden können. Nach dem Bilden wird der Block mit einer Feinzerkleinerungsvorrichtung behandelt.
Eine bekannte Feinzerkleinerungsvorrichtung kann genutzt werden. Ein Abtrennen und Auswählen von Metallen kann durch beispielsweise Nutzung der folgenden Zerkleinerungsvorrichtung vom Schneidetyp ermöglicht werden.
Solch eine Feinzerkleinerungsvorrichtung besteht aus einem Schneider, einem Teil zum Tragen des Schneiders und einem Gehäuse zum Umgeben derselben. Der gepresste Block (Arbeitsstück) wird eingeführt und gedreht oder befestigt, um dadurch den Block in Abschälstücke von der Größe von beispielsweise 0,1 bis 10 mm fein zu zerkleinern. Die Größe der Stücke kann ausgewählt sein entsprechend einer Größe des genutzten Schneiders und einer Zuführgeschwindigkeit für den Schneider.
Die fein zerkleinerten Stücke werden zu einer Außenseite der Vorrichtung durch einen Förderer ausgegeben, der an rechten und linken Teilen oder einem unteren Teil des Rotors angeordnet ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: direktes in Kontakt bringen des zusammengesetzten Abfallmaterials, das teilweise aufgelöst oder nicht aufgelöst ist, mit einem Hochtemperaturgas, das wenig oder keinen Sauerstoff enthält und thermisches Behandeln des zusammengesetzten Abfallmaterials unter einer Hochtemperaturatmosphäre, und nachfolgend zum thermischen Behandeln, Abtrennen und Rückgewinnung der Metalle aus dem thermisch behandelten zusammengesetzten Abfallmaterial.
In dem Verfahren kann das Metall durch Zerlegen und Auswählen bzw. Aussortieren des zusammengesetzten Abfallmaterials unter Nutzung einer vibrierenden Siebmaschine abgetrennt und zurückgewonnen werden. Ein Gas, das beim Schritt des thermischen Behandelns erzeugt wird, kann in eine Verbrennungsvorrichtung oder eine Vergasungsschmelzvorrichtung zum Behandeln eines Abfallmaterials in einem anderen System eingeführt werden. Ein Teil des erzeugten Gases kann genutzt werden für das Erzeugen des Hochtemperaturgases, das direkt in Kontakt mit dem Abfallmaterial gebracht wird. Der Schritt des Abtrennens und Rückgewinnens des Metalls kann den Schritt des Pressens, Zerschneidens und Pulverisierens des thermisch behandelten Metalls bei einer warmen Temperatur aufweisen. Metall im Abfallmaterial mit einem geringen Schmelzpunkt kann geschmolzen und abgetrennt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Anlage zum Behandeln eines Abfallmaterials aus einem Verbundmaterial bzw. zusammengesetzten Material vor, das Plastik und Metall aufweist. Die Anlage ist in Anspruch 5 definiert und weist Folgendes auf: eine Wärmebehandlungskammer mit einem schließbaren Gaseinlass, einem schließbaren Gasauslass, einer schließbaren Materialladeöffnung und einer schließbaren Materialabgabeöffnung; einen Gasdurchlass für das Einführen eines Hochtemperaturgases, das wenig oder keinen Sauerstoff enthält und zwar erzeugt durch einen Gasgenerator, durch den schließbaren Gaseinlass in die Wärmebehandlungskammer; und ein Spülgasversorgungsmittel für das Zuliefern eines Spülgases in die Wärmebehandlungskammer zum Unterdrücken einer Verbrennung des Abfallmaterials in der Wärmebehandlungskammer.
Die Anläge der vorliegenden Erfindung kann eine vordere Spülkammer aufweisen, die zwischen dem schließbaren Gaseinlass und einer ersten Abtrennung bzw. Teilung gebildet ist, die im Gasdurchlass angeordnet ist, und eine hintere Spülkammer, die zwischen dem schließbaren Gasauslass und einer zweiten Abtrennung gebildet ist, die in einer Leitung angeordnet ist, die mit dem schließbaren Gasauslass verbunden ist.
Bei der Anlage der vorliegenden Erfindung können die Spülgasversorgungsmittel ein erstes Ventil aufweisen, durch welches das Spülgas in die Wärmebehandlungskammer eingeleitet wird, ein zweites Ventil, durch welches das Spülgas in die vordere Spülkammer eingeleitet wird, und ein drittes Ventil, durch welches das Spülgas in die hintere Spülkammer eingeleitet wird. Der schließbare Gaseinlass und die erste Abtrennung können als eine erste Doppeltür ausgebildet sein zum Trennen der Wärmebehandlungskammer vom Gasgenerator. Der schließbare Gasauslass und die zweite Abtrennung bilden eine zweite Doppeltür zum Trennen der Wärmebehandlungskammer vom äußeren Teil der Wärmebehandlungskammer. Die zweite Doppeltür bildet sowohl die schließbare Materialladeöffnung als auch die schließbare Materialabgabe- bzw. -ausstoßöffnung.
Bei der Anlage der vorliegenden Erfindung kann der Gasgenerator ein Vergasungs- bzw. Schwelofen sein unter Nutzung eines Wirbelbettofens und das Spülgas ist vorteilhafter Weise N&sub2; oder ein inertes Gas.
Die Fig. 1(a) und (b) zeigen die Struktur eines Vergasungsschmelzofens mit einer Wärmebehandlungskammer zur Realisierung eines Behandlungsverfahrens gemäß der Erfindung. Fig. 1(a) ist eine schematische Ansicht für den Fall, dass das Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung für einen Vergasungsschmelzofen angewandt wird, und Fig. 1(b) ist eine teilweise schematische Ansicht für den Fall der Nutzung des gesamten Gases, das im Vergasungsofen erzeugt wird.
Fig. 2(a) bis 2(f) sind schematische Ansichten, die den Betrieb einer Wärmebehandlungskammer für das Realisieren des Behandlungsverfahrens gemäß der Erfindung erklären.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht für den Fall, dass das Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung bei einer Verbrennungsanlage angewandt wird.
Als nächstes wird die Erfindung in der Folge unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1(a) ist eine schematische Ansicht für den Fall, dass ein Teil des Schwel- bzw. Vergasungsgases genutzt wird, das in einem Schwel- bzw. Vergasungsofen erzeugt wird, und Fig. 1(b) ist eine teilweise schematische Ansicht, für den Fall, dass das Gesamte des Gases genutzt wird.
In den Fig. 1(a) und (b) bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Vergasungsofen, das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Wirbelbett, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Wärmebehandlungskammer, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine vordere Spülkammer, das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine hintere Spülkammer, das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein zusammengesetztes Abfallmaterial, das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Einleitdurchlass für ein Inertgas, um zu verhindern, dass das Gas oder das Abgas anormal verbrennt, das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Schmelzofen, und die Bezugssymbole G&sub1;-G&sub4; bezeichnen eine Doppeltür für das Abschotten der Wärmebehandlungskammer.
Weggeworfene Hausgeräte, elektronische Geräte und andere Abfallmaterialien 6 werden in die Wärmebehandlungskammer 3 platziert, die zu einem Teil gehört der wenig Sauerstoff im Vergasungsofen 1 hat, und zwar nach dem Pressen oder in einer integralen Konfiguration so wie sie sind, oder nachdem sie teilweise zerlegt wurden. Die Wärmebehandlungskammer 3 kann an einen Atmosphärenofen angebracht sein, der wenig oder keinen Sauerstoff enthält, oder an einen Drehbrennofen oder einen Teil mit wenig Sauerstoff in einer Verbrennungsvorrichtung.
Fig. 2(a) bis 2(f) sind Ansichten für das Erklären eines Betriebs der Wärmebehandlungskammer zur thermischen Behandlung des zusammengesetzten Abfallmaterials.
In den Fig. 2(a) bis 2(f) ist ein Einlassdurchlass 7 für das Füllen eines N&sub2;- Gases oder inerten Gases zum Ausschließen von Sauerstoff, so dass das Abgas im Vergasungsofen 1 nicht anomal verbrannt wird, in der Wärmebehandlungskammer 3 vorgesehen. Des Weiteren ist die Wärmebehandlungskammer 3 mit der Doppeltür G&sub1;-G&sub4; zum Trennen zwischen einem äußeren Teil und der Wärmebehandlungskammer und zwischen der Wärmebehandlungskammer und dem Verbrenner bzw. der Verbrennungsvorrichtung 1 versehen und zwar zum Zweck des Vermeidens, dass Sauerstoff in den Ofen eintritt. Die Bezugssymbole V&sub1;-V&sub3; bezeichnen ein Schaltventil.
Bezugnehmend auf die Fig. 2(a) bis 2(f) wird in der Folge eine Betriebsprozedur für die Wärmebehandlung des Abfallmaterials beschrieben. Zuerst werden die Tore bzw. das Tor G&sub1;-G&sub4; geschlossen und ein Inertgas wird in die Wärmebehandlungskammer 3 und die vordere Spülkammer 4 aus dem Einleitdurchlass 7 eingeführt, so dass das N&sub2;-Gas oder das Abgas nicht durch Öffnen von V&sub1; und V&sub2; anormal verbrannt werden (Fig. 2(a)). Als nächstes wird das Abfallmaterial 6 in die Wärmebehandlungskammer 3 durch Öffnen von G&sub1; und G&sub4; eingeführt und zwar mit Einleiten von N&sub2;-Gas durch die vordere Spülkammer 4 (Fig. 2(b)). Zu diesem Zeitpunkt ist ausreichend Sorgfalt erforderlich, so dass die Luft nicht im Abfallmaterial eingeschlossen bzw. gehalten wird (wenn Luft gespeichert ist, wird das Abfallmaterial zum Zeitpunkt des Eintritts des Gases anormal verbrannt).
Wenn das Abfallmaterial 6 eingeführt ist, werden alle G&sub1; bis G&sub4; geschlossen, alle V&sub1; bis V&sub3; geöffnet, wobei alle die Kammern 3 bis 5, die zwischen den Doppeltüren angeordnet sind, mit N&sub2;-Gas oder Abgas unter einem Druck höher als der des Verbrenners und des Atmosphärendrucks gespült werden, und es wird Sorge getragen, dass keine anormale Verbrennung zu einem Zeitpunkt des Einleitens des Verbrennungsgases (Fig. 2(c)) zugelassen wird. Nachdem die Wärmebehandlungskammer 3 mit N&sub2;-Gas oder Abgas gefüllt ist, werden die Türen G&sub2; und G&sub3; der Leitung, die mit dem Vergasungsofen oder der Verbrennungsanlage verbunden ist, langsam geöffnet und ein heißer Luftzug bestehend aus einer reduzierenden Atmosphäre wird in die Wärmebehandlungskammer eingeführt (Fig. 2(d)). Zu diesem Zeitpunkt wird der Luftzug zugeführt, wie es die Umstände erfordern, so dass die Temperatur der Wärmebehandlundskammer 500 bis 900ºC wird. Das eingeführte Gas wird unter Luftzufuhr verbrannt, so dass die Temperatur erhöht werden kann. Ferner kann zur Vermeidung des Ansammelns von Staub oder Teer, die mit dem Gas eingeführt werden, eine Neigung im Einführungsteil vorgesehen sein.
Die Temperatur wird für eine angemessene Zeit gehalten, wodurch eine Plastikkomponente, die im Abfallmaterial enthalten ist, vergast wird.
Unter dem im Produkt enthaltenen Metall werden Aluminium, Blei, Silizium, Kadmium und Zink, die eine geringe Schmelztemperatur haben, geschmolzen und aus dem Abfallmaterial abgetrennt. Ein Aufnahmetisch für das geschmolzene Metall kann darunter vorgesehen sein.
Ferner können Metallteile, die durch aus Plastik gefertigte Schrauben befestigt sind, Metallteile, die durch Klebe- bzw. Haftmaterialien befestigt sind, oder gelötete Metallteile leicht durch Erwärmen zerlegt bzw. zersetzt werden.
Des Weiteren werden bei Hausgeräten, beispielsweise im Fall eines Kühlschranks, die vierfache Menge des Kühlschrankfreons in einem wärmeisolierenden Material zum Aufschäumen zusätzlich zum Kühlmittelfreon genutzt.
Beim herkömmlichen Verfahren des Zerlegens und Behandelns des Kühlschranks wird das Kühlmittelfreon vor dem Zerkleinern entfernt, jedoch wird zum Zeitpunkt des Zerlegens ausgestoßenes Freon des Freons das im Wärmeisoliermaterial enthalten ist, durch Aktivkohle zusammen mit Umgebungsluft absorbiert, dekarboriert und verflüssigt, so dass es zurückgewonnen werden kann, und das Freon, das im zerkleinerten Wärmeisoliermaterial enthalten ist, wird fein zerkleinert oder zum Entlüften komprimiert und weiter gepresst und gekühlt, um es zu verflüssigen und zurückzugewinnen. Zur weiteren Zersetzung des verflüssigten Freons bei einer hohen Temperatur zum Vermeiden, dass das Freon in die Umgebungsluft abgegeben wird, ist ein komplexer Prozess erforderlich und die Betriebskosten erhöhen sich.
Im Vergleich dazu kann mit dem Wärmebehandlungsverfahren der Erfindung das vergaste Freon mit einem Grad gleich oder mehr zu 99,9% zu einer späteren Stufe zusammen mit anderen erzeugten Gasen zersetzt werden, beispielsweise bei 800ºC einer Verbrennungstemperatur und zwei Sekunden einer Lager- bzw. Verweilzeit in einem Hochtemperaturbehandlungsteil (THE 7TH WASTE MATERIAL SOCIETY RESEARCH RESULT JOURNAL REPORT, 1996, page 933, OSAKA CITY OR THE LIKE).
Beispielsweise kann ein Verbrennungs- und Behandlungsverfahren, wie beispielsweise ein Einleiten des erzeugten Gases in eine Verbrennungskammer in einem benachbarten Verbrenner bzw. einer benachbarten Verbrennungsvorrichtung, angewandt werden. Des Weiteren kann die Struktur derart gefertigt sein, dass die Verbrennungskammer hinter der vorliegenden Wärmebehandlung vorgesehen wird, wobei das erzeugte Gas dort verbrannt wird und das Verbrennungsgas in die Verbrennungsgasbehandlungsvorrichtung hinter der Verbrennungskammer der benachbarten Verbrennungsvorrichtung eingeleitet wird.
Falls die Vergasungsschmelzausrichtung zu einer späteren Stufe vorgesehen wird, kann das in der vorliegenden Wärmebehandlungskammer erzeugte Gas in die Schmelzvorrichtung zum Verbrennen eingeleitet werden. In der benachbarten Vergasungsschmelzeinrichtung wird das in der Wärmebehandlungskammer erzeugte Gas bei einer hohen Temperatur von 1300 bis 1400ºC im Schmelzofen zu einer leichten Luft verbrannt. Es ist ein Vorteil dieser Vergasungsschmelzeinrichtung, dass eine hohe Temperatur von 1300 bis 1400ºC erreicht wird und dass der Staub verbrannt wird, der im Gas enthalten ist, das in der Wärmebehandlungskammer erzeugt wird.
In der vorliegenden Wärmebehandlungskammer erzeugter Kohlenstoff kann auch innerhalb des Schmelzofens verbrannt werden, und wenn eine Siliziumoxidkomponente vorliegt, kann diese ebenso geschmolzen werden. Ferner ist es vorteilhaft, dass unter hohen Temperaturen von 1300 bis 1400ºC kein Dioxin erzeugt wird, und jegliches Freon kann im Wesentlichen vollständig mit einem Grad von gleich oder mehr zu 99,99% zersetzt werden.
Des Weiteren reagiert das Freon, das im Verbrennungsofen und im Schmelzofen thermisch zersetzt wurde, mit Ca, das im Abfallmaterial enthalten ist oder zusätzlich hinzugefügt wird, um so zu CaF zu werden, wodurch es nicht mehr schädlich ist. Das durch das Zersetzen der Plastikmaterialien erzeugte Gas wird für das Verbrennen im Verbrennungsofen oder im Schmelzofen verwendet, und es kann thermisch als eine Wärmequelle für das Erzeugen von Elektrizität, das Schmelzen von Schlacke oder dergleichen recyclet werden.
Wie zuvor erwähnt, ist das zuvor erwähnte Behandlungsverfahren umweltfreundlich und erfordert geringe Kosten.
Nach Abschluss des Vergasens werden die Türen G&sub2; und G&sub3; der Leitung, die mit dem Vergasungsofen oder der Verbrennungsvorrichtung verbunden ist, bis zu einem Zustand geschlossen, in dem sie leicht geöffnet sind, das N&sub2;-Gas oder das Abgas werden in die Wärmebehandlungskammer 3 und die Spülkammern 4 und 5 durch Öffnen von V&sub1;-V&sub3; gespült und die Temperatur des restlichen Metalls wird auf ungefähr 500ºC gleichzeitig zum Ausstoßen bzw. Ausgeben des erzeugten Gases innerhalb der Wärmebehandlungskammer zum Vergasungsofen (Fig. 2E) abgekühlt. Der vorliegende Betrieb wird durchgeführt zum Zweck des Vermeidens einer anormalen Verbrennung des erzeugten Gases aufgrund einer Beimischung von Sauerstoff und zum Minimieren der Oxidation des restlichen Metalls. Nachdem das Ersetzen des Gases innerhalb der Wärmebehandlungskammer 3 vollständig abgeschlossen ist, werden die Türen G&sub2; und G&sub3; des Vergasungsofenendes geschlossen und als nächstes werden die Türen G&sub1; und G&sub4;, die gegen Umgebungsluft geschlossen sind, langsam geöffnet (Fig. 2F). Aus dem Abfallmaterial werden Metalle mit guter Qualität erzeugt, die einen hohen Schmelzpunkt haben und welche nicht durch diese Abfolge von Arbeitsschritten oxidiert sind.
Fig. 3 ist eine schematische Gesamtansicht für den Fall, dass das Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung auf einen herkömmlichen Verbrenner bzw. eine Verbrennungsvorrichtung angewandt wird. In diesem Fall sind die vordere Spülkammer und die hintere Spülkammer vor und hinter der Wärmebehandlungskammer auf die gleiche Weise, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, vorgesehen zum Vermeiden einer anormalen Verbrennung.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Verbrennungsvorrichtung und die Wärmebehandlungskammer 3 gewinnt die Wärme des Abgases im Verbrenner bzw. der Verbrennungsvorrichtung 10 durch einen Wärmetauscher 11 zurück, und das Abgas wird durch ein Druckgebläse 14 eingeleitet.
Demgemäß wird die Wärmebehandlungskammer 3 auf einer Temperatur von 500 bis 900ºC gehalten und behält den Zustand einer kleinen Menge an Sauerstoff bei und Plastikmaterial, das im Abfallmaterial darinnen enthalten ist, wird vergast und thermisch behandelt. Das erzeugte Gas wird in die Verbrennungsvorrichtung 10 eingeleitet und verbrannt.
Durch diese Struktur wird nur nicht oxidiertes Metall von guter Qualität aus dem Abfallmaterial herausgenommen, wie in Fig. 1 gezeigt.
Dann kann das thermisch behandelte Abfallmaterial geeignet durch eine Siebauswahl, Zerkleinern und Feinzerkleinern nach einem Pressen, wie zuvor erwähnt, behandelt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Abfallmaterial durch Vergasen von Plastikmaterialien in einer ersten Prozessstufe leicht behandelt werden.
Ferner, da die Behandlung unter einer reduzierenden Atmosphäre mit wenig oder keinem Sauerstoff durchgeführt wird, kann nicht oxidiertes Metall guter Qualität erhalten werden, so dass das Metall recyclet werden kann. Das resultierende Produkt mit einer nicht definierten Form kann geschnitten und fein zerkleinert werden durch Pressen des thermisch behandelten Restmetalls, um es so zu einem Block zu formen, wodurch ein Effekt erreicht wird, dass das "Umgebungsphänomen" nicht bewirkt wird, und eine Rückgewinnung oder Abtrennung von verschiedenen Metallen kann leicht durchgeführt werden.
Eine Energieeinsparung wird durch Verwendung von Warmpressen erreicht.
Wie zuvor erwähnt, können gemäß der vorliegenden Erfindung Abfallmaterialien aus Haushaltsgeräten und elektronischen Geräten leicht behandelt werden, was bei einem herkömmlichen Behandlungsverfahren schwierig ist, wodurch nutzbare Metalle erhalten werden, die in diesen Produkten genutzt werden und zurückzugewinnen sind. Des Weiteren können Plastikmaterialien, die herkömmlicher Weise schwer zu behandeln und zu recyclen sind, in eine preiswerte Energie durch Vergasung gewandelt werden, so dass das thermische Recyclen durchgeführt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln eines zusammengesetzten Abfallmaterials einschließlich von Plastik und Metall, das die folgenden Schritte aufweist:

Einbringen des zusammengesetzten Abfallmaterials, das sich in einer integralen Konfiguration befindet oder nach dem Pressen oder teilweise Zerlegen desselben, was Zerquetschen, Schredden oder andere Zerkleinerung ausschließt, in eine Wärmebehandlungskammer (3) mit einem schließbaren Gaseinlass (G&sub2;), einem schließbaren Gasauslass (G&sub1;), einer schließbaren Materialladeöffnung und einer schließbaren Materialausstossöffnung,

Kontaktieren des zusammengesetzten Abfallmaterials direkt mit einem Hochtemperaturabgas durch den schließbaren Gaseinlas (G&sub2;) oder mit einem Hochtemperaturabgas durch Verbrennen unter einer Luftzufuhr in der Wärmebehandlungskammer (3), wobei das Hochtemperaturgas wenig oder keinen Sauerstoff enthält, und thermisches Behandeln des zusammengesetzten Abfallmaterials unter einer Hochtemperaturatmosphäre bei 500 bis 900ºC zum Vergasen des Plastiks im Abfallmaterial,

Verbrennen eines Teils eines Gases, das im Schritt des thermischen Behandelns erzeugt wurde, und zwar für das Erzeugen von zumindest einem Teil des Hochtemperaturgases, und

Trennen und Rückgewinnung des Metalls unter einem warmen Zustand aus dem thermisch behandelten zusammengesetzten Abfallmaterial.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiter den Schritt des Ausblasens von karbonischem bzw. kohlenstoffhaltigem Material aufweist, das zurückbleibt, wenn Plastikmaterial vom Metall vergast wird, und zwar durch ein Abgas eines Ofens (1, 10) und/oder der Wärmebehandlungskammer (3) für das Erzeugen des Hochtemperaturgases.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das im Schritt des thermischen Behandelns erzeugte Gas durch den schließbaren Gasauslass (G&sub1;) in eine Verbrennungsvorrichtung (10) oder eine Vergasungsschmelzvorrichtung (1) eingeführt wird für das Behandeln eines Abfallmaterials in einem anderen System.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das im Schritt des thermischen Behandelns erzeugte Gas durch den schließbaren Gasauslass (G&sub1;) in eine Verbrennungskammer eingeführt wird.

5. Anlage zum Behandeln eines zusammengesetzten Abfallmaterials, das Plastik und Metall umfaßt, wobei die Anlage folgendes aufweist:

eine Wärmebehandlungskammer (3) mit einem schließbaren Gaseinlaß (G&sub2;), einem schließbaren Gasauslass (G&sub1;), einer schließbaren Materialladeöffnung, einer schließbaren Materialausstoßöffnung und einem Gasdurchlas, der mit dem schließbaren Gaseinlaß (G&sub2;) in Verbindung ist, um das zusammengesetzte Abfallmaterial, das sich in einer integralen Konfiguration oder teilweise zerlegt in der Wärmebehandlungskammer (3) befindet, in direktem Kontakt mit einem Hochtemperaturabgas bei 500 bis 900ºC zu bringen, das wenig oder keinen Sauerstoff enthält, und zwar erzeugt durch einen Ofen (1, 10) und/oder in der Wärmebehandlungskammer (3),

Mittel für das Ausblasen von karbonischem bzw. kohlenstoffhaltigem Material, das zurückbleibt, wenn verbrennbares Material vom Metall durch ein Abgas vergast wird,

eine Verbrennungskammer, in welcher ein Gas, das in der Wärmebehandlungskammer (3) erzeugt wird, verbrannt wird, und

Spülgaszufuhrmittel (7) für das Liefern eines Spülgases in die Wärmebehandlungskammer zur Unterdrückung des Verbrennens in der Wärmebehandlungskammer.