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Dokumentenidentifikation DE19536351A1 03.04.1997
Titel Verfahren und Anlage zur mechanischen Feinstmahlung von thermoplastischen Kunststoffen
Anmelder Bruno Fechner GmbH & Co. KG, 46238 Bottrop, DE
Erfinder Wehland, Peter, 45891 Gelsenkirchen, DE
Vertreter Schulte, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 45219 Essen
DE-Anmeldedatum 29.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536351
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse B29B 9/02
Zusammenfassung Ein weitgehender Aufschluß von Kunststoffverpackungsmüll und dabei auch vor allem von thermoplastischen Kunststoffen wird möglich, indem die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen zunächst bei über 100°C in Teilchen von unter 10 mm agglomeriert werden. Dieses agglomerierte Material wird dann einer Abkühlung und Aushärtung unterzogen, um dann bei hohen Luftturbulenzen zwischen Mahl- und Prallplatten auf < 1 mm zermahlen zu werden. Durch die Luftturbulenzen und kurzzeitigen Stößen bzw. kurze Wege wird dabei eine Produkterwärmung soweit reduziert, daß es nicht zu nachteiligen Anbackungen bzw. Klebeeffekten kommen kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Zerkleinern von Kunststoffen, insbesondere Verpackungsmüll und dabei vor allem von thermoplastischen Kunststoffen auf eine blasfähige Teilchengröße, indem die Kunststoffe zunächst kleingeschnitten, dann oder dabei durch Wärme zu transportfähigen Teilchen zusammengebacken, klassiert und verarbeitet, insbesondere in den Hochofen als Schwerölersatz eingeblasen werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Shredder für Kunststoffmüll, einem Erwärmungsofen und Klassierern.

Es ist bekannt, auch als Folie anfallenden Kunststoffverpackungsmüll mit Hilfe von Shreddern und ähnlichen Zerkleinerungseinrichtungen zu zerkleinern, um ihn dann besser transportieren, vor allem aber auch weiterverarbeiten zu können. So wird dieses Material im Rahmen von Recyclingmaßnahmen durch entsprechende Weiterverarbeitung soweit aufgeschlossen, daß anschließend ein Rohstoff vorliegt, der eine Endverarbeitung zuläßt. Dabei ist allerdings in der Regel nur eine Weiterverarbeitung zu weniger wertvollen Waren und Gegenständen möglich. Darüberhinaus ist es bekannt, kleingeschnittenen Kunststoffmüll zu einem Granulat zu formen, daß dann als Schwerölersatz in einen Hochofen eingeblasen werden kann. Kleingeschnittene Plastikteilchen werden zwischen sich drehenden Scheiben durch Reibungswärme zu maximal 5 mm großen Kügelchen "verbacken" (DE-Z-VDI-Nachrichten vom 19.08. 1994). Nachteilig ist allerdings, daß nur eine entsprechende Einblasung möglich ist, wenn die zerkleinerten, d. h. zerschnittenen Teilchen anschließend granuliert werden, wobei 5 mm eine Größenordnung ist, die den späteren Aufschluß im Hochofen aber vor allem auch in anderen Bereichen erheblich erschwert. Nach Aussagen der Fachwelt, insbesondere der Firma Klöckner Stahl GmbH in der o.g. Veröffentlichung sowie in der dazugehörigen Patentanmeldung ist eine weitere mechanische Zerkleinerung oder gar Feinzermahlung von Kunststoffen unmöglich, da dieses Material bei der feinen Zermahlung aufgrund der Produkterwärmung in den Plastizitätsbereich gelangt und klebrige Eigenschaften annimmt. Von daher wird mit einer Körnung von 1-10 mm vorzugsweise 5-10 mm gearbeitet und die damit verbundenen Nachteile in Kauf genommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststoff, vor allem Verpackungsmüll aus thermoplastischem Kunststoff soweit aufzuschließen, daß eine Weiterverwendung, insbesondere ein Vergasen einwandfrei möglich wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen bei +100°C zu Teilchen < 10 mm agglomeriert und dann nach dem Abkühlen und Aushärten bei hohen Luftturbulenzen zwischen Mahl- und Prallplatten auf < 1 mm zermahlen werden.

Überraschend hat sich herausgestellt, daß bei einer derartigen Vorbereitung der kleingeschnittenen Kunststoffteilchen und der Zermahlung unter den beschriebenen Bedingungen ein Endprodukt zu erreichen ist, daß unter 1 mm Teilchengröße liegt. Eine solche Feinheit galt bisher als nicht erreichbar, weil durch die Produkterwärmung ein Verkleben des Materials unumgänglich ist. Aufgrund der beschriebenen Vorgehensweise erfolgt aber eine so minimale Produkterwärmung, daß eine einwandfreie Zermahlung möglich ist. Damit wird ein Produkt zur Verfügung gestellt, daß sich sowohl für den weiteren Transport wie für die weitere Verarbeitung bestens eignet. Es ist soweit aufgeschlossen, daß es nicht nur im Hochofen als Schwerölersatz einsetzbar ist, sondern auch in anderen Bereichen und zum Recyceln zu neuem Kunststoff.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kunststoffteilchen in den Luftturbulenzen von einer Mahl- und Prallplatte zur anderen Mahl- und Prallplatte mit nur sehr kurzzeitigen Stößen geführt werden. Aufgrund dieser besonderen Verfahrensführung ist sichergestellt, daß nur eine minimale Produkterwärmung auftritt, wodurch die im Grundsatz vorhandenen klebenden Eigenschaften nicht aktiviert werden können. Vielmehr bleibt das Produkt in einem Temperaturbereich, der eine gleichmäßige und weitgehende Zerkleinerung des agglomerierten Materials ermöglicht, so daß der gewünschte weitgehende Aufschluß auf < 1 mm sichergestellt ist.

Für eine Wirksamkeit des gesamten Verfahrens ist es wichtig, daß es auch bereits der erste Schritt des Verfahrens, d. h. das Zerschneiden gleichmäßig erfolgt. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Kunststoffe vor dem Zerschneiden aufgelockert werden. Dadurch ist jeweils von der Gesamtmenge her gesehen eine wünschenswerte Gleichmäßigkeit des Zerkleinerungsprozesses erreicht.

Ein für die weitere Zermahlung wichtiges Zusammenballen der einzelnen zerschnittenen Teilchen wird dadurch möglich, daß die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen bei 120-140°C agglomeriert werden. Die einzelnen Kunststoffteilchen werden gezielt aufgeweicht und nicht verflüssigt, so daß sich keine Kugeln in dem Sinne ergeben, sondern Agglomerate, die dann für die nachfolgende Zermahlung zur Verfügung stehen, wobei es sich in der Regel um zwei getrennte Arbeitsschritte handelt, da nach dem Agglomerieren zunächst eine Abkühlung und Aushärtung erfolgen soll.

Bezüglich der beim Zermahlen auftretenden Produkterwärmung ist eine Begrenzung dadurch begünstigt, daß die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen von 1-10 mm vorzugsweise 3-4 mm agglomeriert und/oder bei 3-4 mm abgesiebt und anschließend der Zermahlung unterzogen werden. Die Begrenzung des Kornspektrums bzw. der Teilchengröße wirkt bei der nachfolgenden Zermahlung der Produkterwärmung entgegen, so daß in aller Regel auch ein zwischengeschalteter Absiebvorgang bzgl. des Gesamterfolges lohnend ist. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kunststoffteilchen zwischen den einzelnen Schritten abgesiebt werden und daß der Überlauf jeweils zurückgeführt wird.

Einerseits um eine unnötige Zerkleinerung zu vermeiden und andererseits um ein weitgehend gleichmäßiges Korn bzw. um eine entsprechende Teilchengröße beim Zermahlen als Ausgangsprodukt vorzugeben, ist vorgesehen, daß die Kunststoffteilchen nach dem Abkühlen und Aushärten zunächst aufgelockert und abgesiebt und dann gemahlen werden.

Wichtig ist gemäß der weiter vorn erläuterten Schritte, daß die von den einzelnen Partikeln ausgeführten Stöße kurz sind, weshalb die Mahl- und Prallplatten erfindungsgemäß zweckmäßig so angeordnet werden, daß die Agglomerate nur kurze Flugwege im Turbulenzluftstrom zurücklegen können. Durch entsprechend geringere Energie ist auch die auftretende Produktwärme entsprechend in Grenzen gehalten. Insgesamt gesehen ist damit ein Verfahren zur Verfügung gestellt, daß auch bei problematischen und aufgrund Wärmeentwicklung zum Anbacken neigenden Kunststoffen eine gleichmäßige und sichere Zerkleinerung ermöglicht und sicherstellt.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anlage, die über einen Shredder zur Zerkleinerung bzw. zum Zerschneiden des Kunststoffmülls, einen Erwärmungsofen und über Klassierer verfügt. Dabei ist der Erwärmungsofen mit einer Heizung ausgerüstet, die ein Agglomerieren des zerschnittenen Materials erzielend einstellbar und fahrbar ist. Darüberhinaus ist dem Erwärmungsofen eine Kühlstrecke und eine Spezialmühle mit Luftturbulenzen erzeugendem Turborotor und einer Vielzahl von Mahl- und Prallplatten nachgeordnet. Eine solche Anlage ermöglicht das gleichmäßige und gezielte Agglomerieren der vorher zerschnittenen Kunststoffteile sowie deren Abkühlung und Aushärtung und anschließende Zermahlung. Dabei kann die Anlage komplett an einem Ort installiert sein. Denkbar ist es aber auch, daß die Schritte Zerkleinern und Agglomerieren sowie Aushärten zusammengefaßt einem Standort zugeordnet sind, während das Mahlen an einem anderen Standort vorgenommen wird. Dies hängt letztlich von den Gegebenheiten und von der Weiterverwendung des entsprechenden Materials ab. Dabei kann die Kühlstrecke natürlich auch ein Förderband oder gar ein sonstiges Transportmittel sein. Wichtig ist die Spezialmühle, die unter Berücksichtigung der Verfahrensschritte eine Mahlung des agglomerierten Materials unter minimaler Produkterwärmung ermöglicht.

Weiter vom ist erläutert worden, daß im Erwärmungsofen das Agglomerieren erfolgt. Eine die den Werkstoff insbesondere berücksichtigende Verfahrensweise ist möglich, wenn der Erwärmungsofen mit einer über Heizluft betriebenen Heizung ausgerüstet ist. Vorteilhaft kann so auch die Größe der Agglomerate relativ genau eingestellt werden, wobei weiter vorne erläutert worden ist, daß eine Teilchengröße von 3-4 mm besonders günstig für den weiteren Prozeß ist.

Die Zermahlung erfolgt bei geringer Produkterwärmung, wobei dies bei besonders problematischen Stoffen dadurch begünstigt werden kann, daß die Spezialmühle über einen Turbo-Rotor mit mehreren Mahlebenen und über einen Anschluß für gekühlte Luft verfügt, so daß ein gewisser Kühleffekt auch über mehrere Mahlebenen während des Zermahlens gezielt herbeigeführt wird. Außerdem können die "Flugwege" durch die eng nebeneinander liegenden Mahlebenen klein gehalten werden.

Die die Produkterwärmung reduzierenden bzw. gering haltenden kurzzeitigen Stöße und Bewegungen der einzelnen Teilchen können insbesondere dadurch gewährleistet und eingehalten werden, daß die Malebenen des Turborotors und/oder die Mahl- und Prallplatten einen engen, kurzzeitige Stöße ergebenden Abstand während angeordnet sind. Denkbar ist es dabei letztlich, den Abstand veränderbar zu machen, doch wird dies in aller Regel nicht erforderlich sein, weil mehr oder weniger immer das gleiche Ausgangsprodukt zum Einsatz kommt, das ja letztlich durch die vorhergehenden Verfahrensschritte weitgehen vergleichmäßigt ist.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren und eine Anlage geschaffen sind, die eine Aufmahlung von Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff bis zu einer Grenze möglich machen, die nach Auffassung der Fachwelt bisher nicht möglich war, nämlich unter 1 mm. Damit wird ein Produkt geschaffen, daß sich für die Weiterverarbeitung beispielsweise auch zum Einblasen in den Hochofen bestens eignet, weil es durch die vorhergehende Zermahlung weitgehend aufgeschlossen werden konnte. Die einzelnen Verfahrensschritte sichern dabei diesen Erfolg vor allem dadurch, daß durch die gezielten Verfahrensschritte und auch durch die besonders ausgebildete Anlage eine Produkterwärmung soweit vermieden werden kann, daß es nicht zu den schädlichen Anbackungen bzw. Klebeeffekten kommt. Genau dies ist aber aufgrund der bisherigen Erfahrungen der Fachwelt das Problem gewesen, das eine entsprechend weitgehende Aufmahlung von Kunststoffen unmöglich machte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema und

Fig. 2 eine Spezialmühle in vereinfachter Darstellung.

Fig. 1 zeigt das vereinfachte Verfahrensschema einer Zerkleinerungsanlage 1, wobei das Material zunächst einmal zwischengelagert und dann gleichmäßig einem Erwärmungsofen 2 zugeführt wird. In diesem Erwärmungsofen 2 erfolgte eine Agglomerierung des Ausgangsmaterials, daß vorher zerkleinert, d. h. genauer gesagt zerschnitten worden ist.

Das gezielt agglomerierte Kunststoffmaterial verläßt den Erwärmungsofen 2 und wird auf einem nachgeschalteten Klassierer in Überlauf und Durchlauf getrennt, wobei der Überlauf über den Rückführförderer 4 wieder dem Erwärmungsofen 2 zugeführt wird.

Durch das Agglomerieren im Erwärmungsofen 2, der hier durch eine externe Heizung 5, d. h. durch Warmluft mit der notwendigen Wärme versorgt wird, erhält man Teilchengrößen von 1-10 mm, vorzugsweise 3-4 mm, wobei dieses Material zunächst über eine Kühlstrecke 6 geführt wird. Das bereits abgekühlte und ausgehärtete Material wird dann erst dem Klassierer 3 zugeführt, wobei eine endgültige Aushärtung in der weitergehenden Kühlstrecke 6a erfolgen kann. Die notwendige Abkühlung und Aushärtung kann bei Umgebungstemperatur erfolgen.

Das entsprechend abgekühlte und ausgehärtete Kunststoffmaterial wird dann einer Spezialmühle 10 zugeführt. Diese Spezialmühle ist als Vertikalmühle ausgeführt und mit einem Turborotor 11 ausgerüstet. Dieser Turborotor 11 verfügt über beispielsweise 5 voneinander getrennte Mahlebenen 17, 18. Weiter sind im Bereich der Vertikalmühle bzw. der Spezialmühle 10 eine Vielzahl von Mahl- und Prallplatten 12, 13, 14 vorgesehen, um auf diese Art und Weise den notwendigen Zerkleinerungs- bzw. Mahleffekte zu garantieren.

Der Spezialmühle 10 nachgeordnet ist ein Klassierer 15, um ggf. den Überlauf erneut in die Spezialmühle 10 zurückzuführen. Das entsprechend den Klassierer 15passierende Mahlgut dagegen ist für weitere Aufbereitungs- oder Verwertungsprozesse geeignet und bedarf einer weiteren Behandlung in aller Regel nicht.

Bei besonders problematischen Kunststoffmaterialen kann es zweckmäßig sein, der Spezialmühle 10 über den Anschluß 16 Kaltluft zuzuführen, um so die Produkttemperatur weiter nach unten hin zu beeinflussen.

Die Spezialmühle 10 ist in Fig. 2 näher wiedergegeben, wobei dort auch die einzelnen Mahlebenen 17, 18 und auch die Mahl- und Prallplatten 12, 13, 14 angedeutet sind. Das gesamte Aggregat ist einem entsprechenden Gestell zugeordnet, um es ggf. auch veränderlich einsetzen zu können.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum mechanischen Zerkleinern von Kunststoffen, insbesondere Verpackungsmüll und dabei vor allem von thermoplastischen Kunststoffen auf eine blasfähige Teilchengröße, indem die Kunststoffe zunächst kleingeschnitten, dann oder dabei durch Wärme zu transportfähigen Teilchen zusammengebacken, klassiert und verarbeitet, insbesondere in den Hochofen als Schwerölersatz eingeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen bei +100°C zu Teilchen mit < 10 mm agglomeriert und dann nach dem Abkühlen und Aushärten bei hohen Luftturbulenzen zwischen Mahl- und Prallplatten auf < 1 mm zermahlen werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteilchen in den Luftturbulenzen von einer Mahl- und Prallplatte zur anderen Mahl- und Prallplatte mit nur sehr kurzzeitigen Stößen geführt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe vor dem Zerschneiden aufgelockert werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen bei 120-140°C agglomeriert werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleingeschnittenen Kunststoffteilchen auf Teilchen von 1-10 mm, vorzugsweise 3-4 mm agglomeriert und/oder bei 3-4 m abgesiebt und anschließend der Zermahlung unterzogen werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteilchen zwischen den einzelnen Schritten abgesiebt werden und daß der Überlauf jeweils zurückgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteilchen nach dem Abkühlen und Aushärten zunächst aufgelockert und abgesiebt und dann gemahlen werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahl- und Prallplatten so angeordnet werden, daß die Agglomerate nur kurze Flugwege im Turbulenzluftstrom zurücklegen können.
  9. 9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und Anspruch 2 - Anspruch 8, mit einem Shredder für Kunststoffmüll, einem Erwärmungsofen (2) und Klassierern (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmungsofen (2) mit einer Heizung (5) ausgerüstet ist, die ein Agglomerieren des zerschnittenen Materials erzielend einstellbar und fahrbar ist und daß diesem eine Kühlstrecke (6) und eine Spezialmühle (10) mit Luftturbulenzen erzeugendem Turbo-Rotor (11) und einer Vielzahl von Mahl- und Prallplatten (12, 13, 14) nachgeordnet ist.
  10. 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmungsofen (2) mit einer über Heizluft betriebenen Heizung (5) ausgerüstet ist.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spezialmühle (10) über einen Turbo-Rotor (11) mit mehreren Mahlebenen (17, 18) und über einen Anschluß (16) für gekühlte Luft verfügt.
  12. 12. Anlage nach Anspruch 9-Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlebenen (17, 18) des Turbo-Rotors (11) und/oder die Mahl- und Prallplatten (12, 13, 14) einen engen, kurzzeitige Stöße ergebenden Abstand während angeordnet sind.






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