Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. DE000019641743 - Verfahren zur Gewinnung von flüssigen Brennstoffen aus Polyolefine-Abfällen

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung flüssiger Brennstoffe aus Polyolefine-Abfällen, die zunächst in Anwesenheit von Katalysatoren, die Metallsilicate enthalten, thermisch aufbereitet und anschließend einer Destillation unterzogen werden.
Aus dem polnischen Patent Nr. 149 887 ist ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Stoffen aus dem ataktischen Polypropylen bekannt, bei dem der Rohstoff dem thermischen Abbau in einem Temperaturbereich zwischen 180°C bis 340°C unterzogen wird, wobei erhitzte Luft in das Reaktionssystem eingeführt wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 577 279 A1 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Polymerisaten bekannt geworden, bei dem der thermische Zerfall der Polyolefine, des Polyvinylchlorides und des Äthylen-Polyterephtalates in einem Temperaturbereich zwischen 300°C und 600°C und dem Strom eines sauerstofffreien Heißgases im Beisein eines Katalysators in Form des zeolithischen Tones, des amorphen Aluminiumsilicates, des Quarzes, des Aluminiums, des Zirkons, der Asche und des Kalziumoxides erfolgt. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, spezielle Fluidalreaktoren zu verwenden. Die gewonnenen Produkte sind durch eine beachtliche Streuung der Molekulargewichte gekennzeichnet.
Aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 4 584 421 ist ein Verfahren thermischer Zersetzung von Polyolefine-Abfällen bekannt, das in der allmählichen Erwärmung der Reaktionsmasse bis auf Temperaturen zwischen 440°C und 470°C in Anwesenheit von Katalysatoren besteht. Bei dieser Temperatur erhält man flüchtige Produkte, die anschließend mit einer Temperatur zwischen 350°C und 470° C einem Katalysator zugeführt werden, wodurch Kohlenwasserstoffe mit einer breiten Streuung der Molekulargewichte entstehen. Der Katalysator enthält Verbindungen aus der Gruppe, die aus Aluminium-Eisenoxiden, Kieselsäure und Eisenoxid sowie Zeolithen besteht.
Die Produkte der mit Hilfe der bisher bekannten Verfahren erhalten werden, sind durch die weite Streuung der Molekulargewichte gekennzeichnet.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem sich Polyolefine-Abfälle in optimalerer Weise als bisher in flüssige Treibstoffe umwandeln lassen.
Es wurde gefunden, daß sich diese Aufgabe in einfacher Weise dadurch lösen läßt, daß als Katalysatoren Schwermetallsilicate verwendet werden, daß pro 100 Gewichtsanteile Polyolefine-Abfälle 1 bis 30 Gewichtsanteile der Schwermetallsilicat-Katalysatoren eingesetzt werden, und daß die passend zerkleinerten Polyolefine-Abfälle in Anwesenheit des Katalysators auf eine Temperatur zwischen 180°C bis 620°C vorzugsweise bis zur Produktumwandlung erhitzt werden.
Ein besonders günstiger Verlauf der Reaktion wird gemäß Anspruch 2 im Bereich der Temperaturen zwischen 300°C bis 450°C erreicht.
Es wurde gefunden, daß der Umwandlungsprozeß am günstigsten verläuft, wenn gemäß der Ansprüche 3-11 Katalysatoren mit Schwermetallsilicaten zum Einsatz kommen, die beispielsweise gemäß Anspruch 3 Fe (III)- Silicate gemäß Anspruch 4 Co (II)-Silicate, gemäß Anspruch 5 Ni (II)-Silicate oder gemäß Anspruch 6 Mn (II)-Silicate, gemäß Anspruch 7 Cr (III)- Silicate, oder gemäß Anspruch 8 Cu (II)-Silicate, oder aber gemäß der Ansprüche 9 und 10 Zn (II)-Silicate bzw. Cd (II)-Silicate enthalten.
Von Vorteil ist, wenn gemäß Anspruch 11 als Katalysator eine Mischung aus zwei oder mehreren der zuvor benannten Katalysatoren verwendet wird.
Besonders günstig verläuft der Prozeß, wenn der Katalysator gemäß Anspruch 13 in einer Menge von 5 bis 10 Gewichtsprozent pro 100 Gewichtsprozent der Polyolefine-Abfälle eingesetzt wird.
In einem bevorzugten Verfahren wird der Katalysator in amorpher Form eingesetzt.
In allen Fällen sind die verwendeten Katalysatoren recycelbar und mehrfach verwendbar.
Die erfindungsgemäße Gewinnung flüssiger Brennstoffe aus Polyolefine- Abfällen kann mit einer periodischen vorzugsweise aber mit einer kontinuierlichen Durchführung der Verfahren erreicht werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich verbrauchtes Abfall- Polyäthylen, Polypropylen, Polyisobutylen, Polystyrol, Natur- oder Kunstkautschuk in flüssige Brennstoffe verwandeln.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zerkleinerte Polyolefine- Rohstoffe mit einer bestimmten Menge des Katalysators in einen vorgewärmten Reaktor, ausgestattet mit einem Rührwerk und einem Kühler, eingeführt. Der Inhalt des Reaktors wird geschmolzen und anschließend bis auf die erforderliche Prozeß-Temperatur aufgewärmt. Die Dämpfe des Produktes werden in einem Kühler kondensiert und anschließend in einer Destillationssäule getrennt.
Im Ergebnis erhält man auf eine kontrollierbare Weise flüssige niedrigmolekulare Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffgehalten zwischen C4 bis C20 mit einem erheblichen Isomerisierungsgrad. Im Gegensatz zu den petrochemischen Produkten enthalten die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkte keinen Schwefel und keine Schwermetalle. Es ergeben sich wertvolle Rohstoffe für die Herstellung von hochklopffesten Treibstoffen für Benzinmotoren sowie von umweltfreundlichen Heizölen.
Mit den Verfahren nach der Erfindung lassen sich zugleich zuverlässige Methoden der Entsorgung von Polyolefine-Abfällen ermöglichen, die wegen ihrer Beständigkeit lästige Abfälle sind und die Umwelt verschmutzen.
Beispiel 1
In einen vorgewärmten Reaktor, ausgestattet mit einem Rührwerk, einem Einlauf- und einem Auslaufstutzen, verbunden mit einem Kühler und einer Einfüllöffnung mit einem Dosierventil werden 180 kg des Polyolefine-Rohstoffes, bestehend aus Verschnitten der PE-Folie und geschnittenen Polypropylenprofilen eingeführt, dazu werden nach dem Schmelzen 15 kg Ni (II)-Silicat zugegeben und anschließend auf die Temperatur von 380°C erwärmt, die bis zum Aufhören der Produktverdampfung aufrechterhalten wird. Nach der Kondensatbildung und Abkühlung der Dämpfe hat man 179 kg des ölartigen Produktes erhalten, dessen physikalischen Eigenschaften in der nachstehenden Tabelle Nr. 1 und die Ergebnisse der chemischen Analyse in der Tabelle Nr. 2 aufgeführt sind. Tabelle Nr. 1 Physikalische Eigenschaften des Produktes EigenschaftWert@Dichte0,786@Flammpunkt (°C)max. 20@Viskosität bei 80°C (mm2/s)1,5l@Heizwert (kJ/kg)42,120@Tabelle Nr. 2 Produktzusammensetzung ElementGehalt (% mol.)@Kohle85,51@Wasserstoff14,13@StickstoffSpuren@SchwefelSpuren@ChlorSpuren@MetalleSpuren
Das beim erfindungsgemäßen Abbau der Polyolefine erhaltene Produkt wird danach einer Trennung mittels einer fraktionierten Destillation unterzogen, deren Verlauf in der Tabelle Nr. 3 dargestellt ist. Siedenverlauf des ProduktesSiedenverlauf des Produktes Beispiel 2
In einem Zylinderreaktor mit dem Fassungsvermögen von 9 m3, ausgestattet mit einem automatisierten Heiz- und Kühlsystem, einem Rührwerk, einer Einlauföffnung verbunden mit einem Dosiersystem für den Polyolefine-Rohstoff und mit einem Katalysator-Dosiersystem sowie einer Auslauföffnung, verbunden mit einem Kühler wurden so viele zerkleinerte Produktionsabfälle von Polyäthylen, Polypropylen und Polystyrol eingeführt, daß sie nach dem Schmelzen 85% des Fassungsvermögens des Reaktors ausgefüllt haben. Zu der geschmolzenen Masse wurden 5,5% ihres Gewichtes von Fe (III)-Silicat hinzugegeben und der Inhalt des Reaktors wurde auf die Temperatur von 390°C erwärmt, die beim eingeschaltenen Rührwerk aufrechterhalten wurde. Während der Verdampfung des Reaktionsproduktes wurde durch das Dosierventil der Polyolefine-Rohstoff bei der Aufrechterhaltung des Füllstandes des Reaktors im Bereich von 80 bis 85% zugegeben.
Nach der Kondensatbildung und Abkühlung der entstandenen Dämpfe erhielt man das Produkt, das nach ASTM D2892 unter Druck im Podbielniak- Gerät Modell Hyper Col Serie 3800 destilliert wurde, was folgende Fraktionen ergab:
- bis 170°C 32,3% Vol. /Benzinfraktion/ - von 170°C bis 300°C 24,6% Vol. /Diesel N-I/ - von 300°C bis 350°C 10,4% Vol. Diesel N-2/ - Rest über 350°C 29,7% Vol. - Verluste 3,0%Vol.
Der Gesamtanteil der Kraftstoff-Fraktionen im Produkt beträgt 67,3 Vol.%. Es ist höher als der Gehalt dieser Fraktionen im Erdöl.
Die Benzinfraktion wies eine Oktanzahl von 86 auf.
Die Dieselfraktion (170°C bis 300°C) wies sehr gute Niedertemperatureigenschaften/Trübungstemperatur und Blockierungstemperatur eines kalten Filters CFPP = (-45°C)/ und auch einen sehr hohen Wert der Cetanzahl = 65 auf.
Der Destillationsrest hat den Charakter des Paraffinwachses und er enthält vor allem höhere Paraffinkohlenwasserstoffe. Bei den Destillationsversuchen dieser Fraktion wurde festgestellt, daß im Bereich der Temperaturen zwischen 350°C und 450°C über 90 Vol.% destilliert werden. Zugleich wurde die Möglichkeit bestätigt, diese Fraktion zur Wiederverarbeitung auf die Art nach der Erfindung zwecks Erhalt von Kraftstoff-Fraktionen weiterleiten zu lassen.
1. Verfahren zur Gewinnung flüssiger Brennstoffe aus Polyolefine-Abfällen, die zunächst in Anwesenheit von Katalysatoren, die Metallsilicate enthalten, thermisch behandelt und anschließend einer Destillation unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren Schwermetallsilicate verwendet werden, daß pro 100 Gewichtsanteile Polyolefine-Abfällen 1 bis 30 Gewichtsanteile eines Schwermetallsilicat-Katalysator eingesetzt werden, und daß die passend zerkleinerten Polyolefine-Abfälle in Anwesenheit des Katalysators auf eine Temperatur zwischen 180°C bis 620°C vorzugsweise bis zur Produktumwandlung erhitzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktumwandlung in einem Temperaturbereich zwischen 300° C bis 450° C erfolgt. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Fe (III)-Silicat verwendet wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Co (II)-Silicat verwendet wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Ni (II)-Silicat verwendet wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Mn (II)-Silicat verwendet wird. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Cr (III)-Silicat verwendet wird. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Cu (II)-Silicat verwendet wird. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Zn (II)-Silicat verwendet wird. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Cd (II)-Silicat verwendet wird. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine Mischung aus zwei oder mehreren der Katalysatoren nach den Ansprüchen 3 bis 10 verwendet wird. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in amorpher Form eingesetzt wird. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in einer Menge 5 bis 10% Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteilen der Polyolefine-Abfälle verwendet wird. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator recycelbar und mehrfach verwendbar ist. 15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchgeführt wird.