DE102021114871A1 - Process for recycling post-consumer packaging waste - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren zum Recycling von post-consumer Verpackungsabfällen, bei dem das zu recylierende Gut in einem Sortierschritt unterschiedlichen Recyclingalternativen zugeordnet wird, die ein mechanisches Recycling, ein chemisches Recycling und eine Konditionierung für eine energetische Verwertung umfassen, und entsprechend verarbeitet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin integrierte Vorrichtungen mit entsprechenden Recyclingalternativen, zwischen denen ein Stoff- und/oder Wärmeaustausch stattfindet. The present invention relates to an integrated method for recycling post-consumer packaging waste, in which the goods to be recycled are assigned to different recycling alternatives in a sorting step, which include mechanical recycling, chemical recycling and conditioning for energetic use, and processed accordingly . The present invention further relates to integrated devices with appropriate recycling alternatives between which an exchange of matter and/or heat takes place.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren zum Recycling von überwiegend flexiblen post-consumer Verpackungsabfällen aus Polyolefinen, bei dem das zu recylierende Gut in einem Sortierschritt unterschiedlichen Recyclingalternativen zugeordnet wird, die ein mechanisches Recycling, ein chemisches Recycling und gegebenenfalls eine Konditionierung für eine hochwertige energetische Verwertung umfassen, und entsprechend verarbeitet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin integrierte Vorrichtungen mit entsprechenden Recyclingalternativen, zwischen denen ein Stoff- und/oder Wärmeaustausch stattfindet.The present invention relates to an integrated process for the recycling of predominantly flexible post-consumer packaging waste made from polyolefins, in which the material to be recycled is assigned to different recycling alternatives in a sorting step, which include mechanical recycling, chemical recycling and, if necessary, conditioning for high-quality energetic use include, and processed accordingly. The present invention further relates to integrated devices with appropriate recycling alternatives between which an exchange of matter and/or heat takes place.
Beschrieben wird demzufolge in einem ersten Aspekt ein integriertes Verfahren zur Verwertung von Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen, das die folgenden Schritte umfasst:
- i) sortieren der Abfälle unter Erhalt einer Polyethylenfraktion und/oder einer Polypropylenfraktion mit einer Reinheit von mindestens 90%, bevorzugt unter Erhalt von mindestens einer LDPE-Fraktion, einer Restpolyolefinfraktion mit einer Reinheit von mindestens 90%, einer Restfraktion und gegebenenfalls einer heizwertreichen Fraktion;
- ii) zuleiten mindestens einer der Polyethylenfraktion und/oder der Polypropylenfraktion zu einer Aufbereitungseinheit, in der die Fraktion einer weiteren Reinigung unterzogen und zu einem Granulat umgesetzt wird;
- iii) zuleiten der Restpolyolefinfraktion zu einer Pyrolyseeinheit, in der die Restpolyolefinfraktion zu einem Pyrolyseöl oder Pyrolysegas umgesetzt wird;
- iv) gegebenenfalls zuleiten der heizwertreichen Fraktion zu einer Ersatzbrennstoff-Konditionierungseinheit, in der die heizwertreiche Fraktion zu einem Ersatzbrennstoff, bevorzugt mit einem Anteil an nativem Kohlenstoff im Bereich von bis zu 20 Gew.-%, konditioniert wird; und gegebenenfalls
- v) zuleiten der Restefraktionen zu einer geeigneten Verwertung,
- i) sorting the waste to obtain a polyethylene fraction and/or a polypropylene fraction with a purity of at least 90%, preferably to obtain at least one LDPE fraction, a residual polyolefin fraction with a purity of at least 90%, a residual fraction and optionally a high-calorific fraction;
- ii) feeding at least one of the polyethylene fraction and/or the polypropylene fraction to a processing unit in which the fraction is subjected to further purification and converted into granules;
- iii) feeding the residual polyolefin fraction to a pyrolysis unit in which the residual polyolefin fraction is converted into a pyrolysis oil or pyrolysis gas;
- iv) optionally feeding the high-calorific fraction to a substitute fuel conditioning unit, in which the high-calorific fraction is conditioned to form a substitute fuel, preferably with a proportion of native carbon in the range of up to 20% by weight; and if necessary
- v) forwarding the residual fractions to a suitable recycling,
Ein „integriertes Verfahren“ ist im Kontext der hier beschriebenen Erfindung ein Verfahren, bei dem alle Verfahrensschritte an einem Ort durchgeführt werden, ohne dass Zwischenprodukte über größere Strecken (mehr als 2 km) transportiert werden müssen.In the context of the invention described here, an “integrated process” is a process in which all process steps are carried out at one location without intermediate products having to be transported over long distances (more than 2 km).
„Ersatzbrennstoff“ bezeichnet Brennstoffe, die anstelle von Primärbrennstoffen wie Kohle oder Erdöl, verwendet werden.“Replacement fuel” means fuels used in place of primary fuels such as coal or petroleum.
„Polyethylenfraktion und/oder Polypropylenfraktion“ bezeichnet jeweils separate Fraktionen von Polyethylen oder Polypropylen, die jeweils zu einem überwiegenden Anteil (z.B. mindestens 90 Gew.-%) aus dem bezeichneten Material gebildet sind."Polyethylene Fraction and/or Polypropylene Fraction" means separate fractions of polyethylene or polypropylene, each of which is formed to a major extent (e.g. at least 90% by weight) from the material referred to.
Wenn in Schritt ii) eine Polyethylenfraktion und eine Polypropylenfraktion verarbeitet werden, wird in diesem Schritt mindestens eine dieser Fraktionen einer weiteren Reinigung unterzogen und zu einem Granulat umgesetzt. Es können auch beide Fraktionen weiteren Reinigung unterzogen und jeweiligen Granulaten umgesetzt werden. Analoges gilt für nachfolgend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen oder Anlagenteile, wenn dort vorgegeben ist, dass „die Fraktion einer weiteren Reinigung unterzogen und zu einem Granulat umgesetzt wird“ oder die Vorrichtung entsprechend ausgelegt ist.If a polyethylene fraction and a polypropylene fraction are processed in step ii), at least one of these fractions is subjected to further purification in this step and converted into granules. Both fractions can also be subjected to further purification and the respective granules can be converted. The same applies to the methods and devices or plant parts described below if it is specified there that "the fraction is subjected to further purification and converted into granules" or the device is designed accordingly.
Im Rahmen des Sortierens wird der in das Verfahren eingebrachte Stoffstrom aus Post Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen demzufolge in mindestens drei Hauptteile aufgeteilt, von denen der erste (die Polyethylenfraktion und/oder Polypropylenfraktion) einem mechanischen Recycling, der zweite (die Polyolefinfraktion) einem chemischen Recycling und der dritte (die Restfraktion) einer geeigneten Verwertung zugeführt wird. Ein gegebenenfalls erzeugter vierter Stoffstrom (eine heizwertreiche Fraktion) kann für eine energetische Verwertung aufbereitet werden.As part of the sorting, the material flow from post-consumer plastic packaging waste introduced into the process is divided into at least three main parts, of which the first (the polyethylene fraction and/or polypropylene fraction) undergoes mechanical recycling, the second (the polyolefin fraction) chemical recycling and the third (the residual fraction) is sent to suitable recycling. A fourth material flow that may be generated (a high-calorific fraction) can be processed for energetic use.
Wird in Schritt i) eine Polyethylenfraktion erzeugt, so handelt es sich dabei bevorzugt um einen Fraktion die zumindest zu 90 Gew.-% aus LDPE besteht. Alternativ oder zusätzlich dazu wird im Rahmen des Verfahrens eine Polypropylenfraktion erzeugt, vorzugsweises mit einer Reinheit von mindestens 90%. Noch weitere Fraktionen, die optional in diesem Schritt erzeugt werden können, sind z.B. LLDPE-Fraktionen oder HDPE Fraktionen. Wenn solche Fraktionen oder eine Polyethylen- oder Polypropylenfraktion im erfindungsgemäßen Verfahren nicht erzeugt werden, werden im Ausgangsmaterial enthaltene Bestandteile aus diesen Materialien der Restpolyolefinfraktion zugeordnet.If a polyethylene fraction is produced in step i), it is preferably a fraction that consists of at least 90% by weight of LDPE. Alternatively or additionally, a polypropylene fraction is produced as part of the process, preferably with a purity of at least 90%. Other fractions that can optionally be generated in this step are, for example, LLDPE fractions or HDPE fractions. If such fractions or a polyethylene or polypropylene fraction are not produced in the process according to the invention, constituents from these materials contained in the starting material are assigned to the residual polyolefin fraction.
Wird im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zu einer Polyethylenfraktion eine Polypropylenfraktion erzeugt, so wird diese bevorzugt einer anschließenden Verpressung zugeführt. Das verpresste Polypropylen kann dann einer Aufbereitung zugeführt werden, die nicht innerhalb des integrierten Verfahrens stattfinden muss. Alternativ kann, wenn die Polypropylenfraktion im Rahmen des integrierten Verfahrens weiterverarbeitet wird, auch die Polyethylenfraktion einer Aufbereitung zugeführt werden, die nicht innerhalb des integrierten Verfahrens stattfinden muss.If in the process according to the invention, in addition to a polyethylene fraction, a polypro generated pylene fraction, this is preferably fed to a subsequent compression. The pressed polypropylene can then be sent to a treatment that does not have to take place within the integrated process. Alternatively, if the polypropylene fraction is further processed as part of the integrated process, the polyethylene fraction can also be processed, which does not have to take place within the integrated process.
Die in Schritt i) generierte Polyethylen- und/oder Polypropylenfraktion, die vorzugsweise eine zu mindestens 90% Gew.-% aus LDPE bestehende Fraktion umfasst, kann weiß, transparent, gemischt restfarbig (d.h. ohne transparente und weiße Anteile) oder anderweitig „farbrein“ sein (z.B. gelb oder blau, bevorzugt mit einem Anteil von mindestens 90 Gew.-% und insbesondere mindestens 95 Gew.-% an Bestandteilen der jeweiligen Farbe), wobei in diesem Kontext ein Material auch dann als „weiß“ angesehen wird, wenn es aus einem Gemisch aus weißen und transparenten Bestandteilen gebildet ist.The polyethylene and/or polypropylene fraction generated in step i), which preferably comprises a fraction consisting of at least 90% by weight of LDPE, can be white, transparent, mixed residual colors (i.e. without transparent and white parts) or otherwise "pure in colour". be (e.g. yellow or blue, preferably with a proportion of at least 90% by weight and in particular at least 95% by weight of components of the respective color), in which context a material is also considered "white" if it is formed from a mixture of white and transparent components.
Zudem kann im Verfahren im Rahmen des Sortierens in i) auch eine weiße, transparente, gemischt restfarbige oder anderweitig farbreine Polyethylenfraktion erzeugt werden die zu mindestens 95 Gew.-% und bevorzugt mindestens 99 Gew.-% aus Polyethylen besteht, welches eindeutig aus Lebensmitteverpackungen stammt.In addition, as part of the sorting in i), a white, transparent, mixed residual color or otherwise pure polyethylene fraction can also be produced in the method, which consists of at least 95% by weight and preferably at least 99% by weight of polyethylene, which clearly comes from food packaging .
Durch das integrierte Verfahren lassen sich im Rahmen des jeweiligen Recyclingschritts nicht zu dem gewünschten Produkt verarbeitbare Anteile in einen der parallelen Recyclingschritte überführen, in dem sie verwertet werden können. Zudem lässt sich Wärme, die beispielsweise als Abwärme im chemischen Recycling in iii) anfällt, für Prozess- und/oder Reinigungsschritte des mechanischen Recyclings, oder für Prozessschritte im Rahmen der Konditionierung der Reststofffraktion zu einem Brennstoff nutzen. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens deutlich verbessert, da ein Transport von Nebenprodukten aus einem der Recyclingschritte (z.B. mechanisches Recycling) über weite Strecken zu einer Anlage, in der ein anderer Recyclingschritt (z.B. chemisches Recycling) durchgeführt wird, entfällt. Entsprechend werden die folgenden Vorteile realisiert:
- Höchste erzielbare Qualität des mechanischen Recyclings, die sich insbesondere durch eine Vorsortierung nach Kunststoffart und Farbe und/oder durch eine zwischenzeitliche Reinigung der Fraktion mittels Heißwäsche realisieren lässt.
- The highest achievable quality of mechanical recycling, which can be achieved in particular by pre-sorting by type of plastic and color and/or by interim cleaning of the fraction using hot washing.
Bei der Sortierung von flexiblen Verpackungen werden häufig auch sehr gut zu recycelnde PP-Kunststoffe (= Polypropylen) in diesen Strömen erfasst. Das Sortierkriterium bei PP ist in Abhängigkeit der Verpackung häufig kritisch. So gelangen z.B. auch viele Schalen oder platt gedrückte Becher in die flexiblen Stoffströme. Die optionale Aussortierung von PP-Kunststoffen trägt diesem Punkt Rechnung. Diese werden aussortiert und gehen dem mechanischen Recycling somit nicht verloren.When sorting flexible packaging, PP plastics (= polypropylene) that are very easy to recycle are often included in these flows. Depending on the packaging, the sorting criterion for PP is often critical. For example, many bowls or flattened cups end up in the flexible material flows. The optional sorting out of PP plastics takes this point into account. These are sorted out and are therefore not lost in mechanical recycling.
Es wird eine maximale Potenzialausschöpfung erreicht, weil nur die Kunststoffe, die sich mechanisch am besten recyceln lassen, mechanisch recycelt werden. Alle Polyolefine, die nicht diesem Qualitätsanspruch genügen, sowie Koppelprodukte des mechanischen Recyclings (z.B. Filterreste der Extrusion) gehen in das chemische Recycling.Maximum exploitation of potential is achieved because only the plastics that can be mechanically recycled best are mechanically recycled. All polyolefins that do not meet this quality requirement, as well as by-products of mechanical recycling (e.g. filter residues from extrusion) are chemically recycled.
Es wird eine optimale Ausbeute an Industriebrennstoff erzielt, da alle verbleibenden Kunststoffe mit Ausnahme von halogenierten Kunststoffen (z.B. PVC) zu einem Industriebrennstoff konfektioniert werden. Ebenfalls werden Restefraktionen aus der Pyrolyse (z.B. Schweröl) diesem Brennstoff zugeführt. Enthaltene Papierbestandteile (z.B. Etiketten), sowie organische Reste durch Restinhalte der Verpackungen werden ebenfalls dieser Fraktion zugeführt. Dadurch kann in dieser Fraktion ein Anteil an nativen Kohlenstoff von bis zu 20% oder mehr, welcher CO2-neutral ist, eingestellt werden. „Nativ“ bezeichnet hier Kohlenstoff, der auf Materialien beruht, die zuvor durch natürliche biologische Prozesse gebildet (bzw. sequestriert) wurden, so dass dieser Kohlenstoff in der CO2-Bilanz der Abfallverbrennung nicht für klimarelevante Emissionen berücksichtigt wird. Vorzugsweise beträgt der Anteil an nativem Kohlenstoff mindestens 5% und insbesondere mindestens 10%.An optimal yield of industrial fuel is achieved since all remaining plastics, with the exception of halogenated plastics (eg PVC), are converted into an industrial fuel. Residual fractions from the pyrolysis (e.g. heavy oil) are also added to this fuel. Paper components contained (e.g. labels) as well as organic residues from the residual contents of the packaging are also fed into this fraction. As a result, a proportion of native carbon of up to 20% or more, which is CO 2 -neutral, can be set in this fraction. “Native” as used herein means carbon derived from materials previously formed (or sequestered) by natural biological processes such that this carbon is not accounted for in the carbon footprint of waste incineration for climate-relevant emissions. The proportion of native carbon is preferably at least 5% and in particular at least 10%.
Das „Pyrolyseöl“ bezeichnet im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung thermische Abbauprodukte von Polyolefinen, die aus diesen durch Erhitzen auf Temperaturen im Bereich von 300 bis 700°C erzeugt werden. Die Pyrolyseöle bezeichnen diejenige Fraktion des Prozesses, die anschließend kondensiert werden können, während einerseits gasförmige Produkte, die unter den Kondensationsbedingungen nicht kondensieren, und im Rahmen der Temperaturbehandlung nicht verdampfbare Reststoffe abgetrennt werden. Diese Reststoffe bilden im Pyrolyseprozess zurückbleibendes Schweröl. Pyrolyseöl enthält als Produkt der Depolymerisation von Polyolefinen ungesättigte Bestandteile, die ihrerseits für eine Umsetzung zu Polymeren genutzt werden können.In the context of the invention described here, “pyrolysis oil” designates thermal decomposition products of polyolefins, which are produced from these by heating to temperatures in the range from 300 to 700°C. The pyrolysis oils refer to that fraction of the process that can then be condensed, while on the one hand gaseous products that do not condense under the condensation conditions and residues that cannot be vaporized as part of the temperature treatment are separated. These residues form heavy oil that remains in the pyrolysis process. As a product of the depolymerization of polyolefins, pyrolysis oil contains unsaturated components, which in turn can be used for conversion to polymers.
Ein „Pyrolysegas“ ist im Kontext der hier beschreiben Anmeldung ein Gas, das beim Erhitzen der Restpolyolefinfraktion unter Ausschluss von Sauerstoff oder unter kontrollierten „sauerstoffarmen“ Verbrennungsbedingungen gebildet wird. Bei Ausschluss von Sauerstoff können aus Polyolefinen durch thermisch induzierte Bindungsspaltungen monomere- oder oligomere Olefine gebildet werden, die nach Aufbereitung erneut zu Polyolefinen umgesetzt werden können. Auf diese Weise können neue Polyolefine gebildet werden, die nahezu die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie die Ausgangspolyolefine. Alternativ kann aus den Polyolefinen durch kontrollierte Verbrennung mit Sauerstoff im Unterschuss Synthesegas (eine Mischung von Kohlenmonoxid und Wasser) erzeugt werden, aus dem über die Gleichgewichtsreaktion CO + H2O → CO2 +H2 unter geeigneten Bedingungen Wasserstoff erzeugt werden kann.In the context of the application described here, a “pyrolysis gas” is a gas that is formed when the residual polyolefin fraction is heated in the absence of oxygen or under controlled “low-oxygen” combustion conditions. at In the absence of oxygen, monomeric or oligomeric olefins can be formed from polyolefins by thermally induced bond cleavages, which can be converted back into polyolefins after processing. In this way, new polyolefins can be formed which have almost the same properties as the starting polyolefins. Alternatively, synthesis gas (a mixture of carbon monoxide and water) can be generated from the polyolefins by controlled combustion with oxygen deficiency, from which hydrogen can be generated under suitable conditions via the equilibrium reaction CO+H 2 O → CO 2 +H 2 .
Wie vorstehend erwähnt kann im integrierten Verfahren Abwärme aus der Pyrolyse für andere Recycling- oder Verwertungskonditionierungsschritte genutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird demnach Abwärme aus der Pyrolyseeinheit zum Heizen von Prozessströmen in der Reinigung oder Umsetzung der Polyethylen- und/oder Polypropylenfraktion zu eine Polyethylen- und/oder Polypropylengranulat in ii) und/oder in der Konditionierung für die Erzeugung eines Ersatzbrennstoffs in iv) verwendet. In der Reinigung/Umsetzung in ii) kann die Abwärme beispielsweise für das Erhitzen des Waschfluids in einer Heißwäsche oder für eine Trocknung vor einer Extrusion genutzt werden. Im Rahmen der Konditionierung zur Erzeugung eines Ersatzbrennstoffs kann die Abwärme beispielsweise für die Trocknung des Brennstoffs, z.B. der Schlämme verwendet werden.As mentioned above, in the integrated process, waste heat from pyrolysis can be used for other recycling or recovery conditioning steps. In a preferred embodiment, waste heat from the pyrolysis unit is therefore used to heat process streams in the purification or conversion of the polyethylene and/or polypropylene fraction into polyethylene and/or polypropylene granules in ii) and/or in the conditioning for the production of a substitute fuel in iv ) used. In the purification/reaction in ii), the waste heat can be used, for example, for heating the washing fluid in a hot wash or for drying before extrusion. As part of the conditioning to produce a substitute fuel, the waste heat can be used, for example, to dry the fuel, e.g. the sludge.
Des Weiteren kann in dem erfindungsgemäßen integrierten Verfahren Abluft aus der mechanischen Aufbereitung als Zuluft für Gasbrenner zur Beheizung der Pyrolyse verwendet werden, oder es können Reststoffe aus dem mechanischen Recycling und der Pyrolyse für die Herstellung hochwertiger Ersatzbrennstoffe verwendet werden.Furthermore, in the integrated process according to the invention, exhaust air from the mechanical treatment can be used as supply air for gas burners for heating the pyrolysis, or residues from the mechanical recycling and the pyrolysis can be used for the production of high-quality substitute fuels.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren können unterschiedliche vorsortierte Fraktionen von flexiblen Post Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen verwendet werden, z.B. Folien (DSD 310 oder ähnlich), PO-Flex (DSD 323-2, oder ähnlich), oder Mischkunststoffe (DSD 350/352, oder ähnlich). Das Verfahren zielt dabei insbesondere auf Fraktionen mit einem Polyolefingehalt von mind. 50% und auf Fraktionen ab, bei denen der Anteil an flexiblen Verpackungen (2D) mind. 50% beträgt.Different pre-sorted fractions of flexible post-consumer plastic packaging waste can be used as the starting material for the process according to the invention, e.g. foils (DSD 310 or similar), PO-Flex (DSD 323-2, or similar), or mixed plastics (DSD 350/352, or similar). The process is aimed in particular at fractions with a polyolefin content of at least 50% and at fractions in which the proportion of flexible packaging (2D) is at least 50%.
Die Angabe „flexibel“ ist im Kontext der hier beschriebenen Erfindung so aufzufassen, dass die Materialien von einem Benutzer leicht geknickt werden können und eine Dicke aufweisen, bei der dies möglich ist. Flexible Verpackungen sind beispielsweise Folien.In the context of the invention described here, the term "flexible" is to be understood as meaning that the materials can be easily bent by a user and have a thickness at which this is possible. Foils are an example of flexible packaging.
Das Sortieren im Schritt i) erfolgt zweckmäßig, indem Ballen von Post Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen mittels Vorzerkleinerer geöffnet und einer weiteren Vorsortierung zugeführt werden. Dabei wird das Material klassiert und optional dichtegetrennt, von Fe- und NE-Metallen befreit (die der Restfraktion zugeordnet und separat verwertet werden) und einer mehrstufigen Nahinfrarot- und Farbsortierung zugeführt. Die Vorsortierung sortiert das Material bedarfsgerecht in verschieden Fraktionen. Für das mechanische Recycling in ii) werden z.B. transparente LDPE Folien und/oder Polypropylen, oder andere Polyolefinpolymere aussortiert. Die verbliebenen Polyolefine werden einer Fraktion für das chemische Recycling in iii) zugeordnet und die restlichen Kunststoffverpackungen, die als Rest aus der Vorsortierung für das mechanische und das chemische Recycling verbeiben, werden gegebenenfalls einer Herstellung von hochwertigen Ersatzbrennstoffen in iv) zugeführt. Anschließend wird das Material auf 20-30 mm nachzerkleinert.The sorting in step i) is expediently carried out by opening bales of post-consumer plastic packaging waste by means of a pre-shredder and feeding them to further pre-sorting. The material is classified and optionally separated by density, freed from ferrous and non-ferrous metals (which are assigned to the residual fraction and recycled separately) and fed to a multi-stage near-infrared and color sorter. The pre-sorting sorts the material into different fractions as required. For example, transparent LDPE films and/or polypropylene or other polyolefin polymers are sorted out for mechanical recycling in ii). The remaining polyolefins are assigned to a fraction for chemical recycling in iii) and the remaining plastic packaging, which remains as a residue from pre-sorting for mechanical and chemical recycling, is optionally sent to a production of high-quality refuse-derived fuels in iv). The material is then re-shredded to 20-30 mm.
Die mechanische Aufbereitung der Polyethylen- und/oder Polypropylenfraktion in ii) erfolgt zweckmäßig dadurch, dass die jeweilige Fraktion oder Fraktionen einer Kaltwäsche (= Wäsche ohne Temperaturzufuhr, in der Regel bei Umgebungstemperatur), gegebenenfalls zusätzlich einer Heißwäsche (= Wäsche bei einer Temperatur von mindestens 60°C, vorzugsweise mit einem alkalischen Waschmedium), einer Extrusion und optional einer anschließenden Dekontamination (= Temperaturbehandlung bei 50 bis 155°C im Vakuum oder Gasstrom) unterzogen wird. Für Details zu einer solchen Verarbeitung wird hier auf die
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Polyethylenfraktion, die im Sortierschritt erhalten und als Ausgangsmaterial für die Verarbeitung in ii) eingesetzt wird, zu mindestens 92 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% und weiter bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% aus LDPE, bevorzugt weißem, transparenten, gemischt restfarbigen oder anderweitig farbreinem LDPE. Ebenso ist es bevorzugt, wenn die im Sortierschritt i) generierte Polypropylenfraktion, die als Ausgangsmaterial für die Verarbeitung in ii) eingesetzt wird, zu mindestens 92 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% und weiter bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% aus Polypropylen, bevorzugt weißem, transparenten, gemischt restfarbigen oder anderweitig farbreinem Polypropylen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es bevorzugt, wenn die Restpolyolefinfraktion für die Verarbeitung in iii) zu mindestens 92 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% und weiter bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% aus Polyolefin besteht.In a preferred embodiment, the polyethylene fraction obtained in the sorting step and used as starting material for processing in ii) consists of at least 92% by weight, in particular at least 95% by weight and more preferably at least 98% by weight made of LDPE, preferably white, transparent, mixed residual color or otherwise color-pure LDPE. It is also preferred if the polypropylene fraction generated in the sorting step i), which is used as the starting material for processing in ii), contains at least 92% by weight, in particular at least 95% by weight and more preferably at least 98% by weight. -% Polypropylene, preferably white, transparent, mixed residual color or otherwise color-pure polypropylene. Alternatively or additionally, it is preferred if the residual polyolefin fraction for processing in iii) consists of at least 92% by weight, in particular at least 95% by weight and more preferably at least 98% by weight of polyolefin.
Generell ist es bevorzugt, wenn die Polymerfraktion, die im Sortierschritt erhalten und als Ausgangsmaterial für die Verarbeitung in ii) eingesetzt wird, zu mindestens 92 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% und weiter bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% aus diesem Polymer, bevorzugt weißem, transparenten, gemischt restfarbigen oder anderweitig farbreinem Polymer besteht.It is generally preferred if the polymer fraction obtained in the sorting step and used as starting material for processing in ii) is at least 92% by weight, in particular at least 95% by weight and more preferably at least 98% by weight. % consists of this polymer, preferably white, transparent, mixed residual color or otherwise color-pure polymer.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein im Rahmen einer Kalt- und/oder Heißwäsche erzeugter Abfallstrom der Ersatzbrennstoff-Konditionierungseinheit zugeleitet. Ein solcher Abfallstrom enthält zu einem überwiegenden Anteil von der Hauptfraktion des Prozessschritts verschiedenes Material, z.B. Papier aus Etiketten.In a preferred embodiment, a waste stream generated as part of a cold and/or hot wash is fed to the refuse-derived fuel conditioning unit. Such a waste stream mainly contains material different from the main fraction of the process step, e.g. paper from labels.
Alternativ oder zusätzlich dazu werden bei der Extrusion und/oder der Dekontamination des mechanischen Recyclings anfallende Filterreste der Pyrolyseeinheit zugeführt werden.As an alternative or in addition to this, filter residues occurring during the extrusion and/or the decontamination of the mechanical recycling are fed to the pyrolysis unit.
Alternativ oder zusätzlich dazu werden im Rahmen des Sortierens halogenierte Kunststoffe aus der Reststofffraktion abgetrennt, bevor diese der Ersatzbrennstoff-Konditionierungseinheit zugeleitet wird. Z.B. kann mittels Nahinfrarotgeräten eine automatische Klaubung durchgeführt werden, bei der PVC zur Chlorabreicherung aus dem Stoffstrom abgetrennt wird.As an alternative or in addition to this, halogenated plastics are separated from the residue fraction during sorting before it is fed to the RDF conditioning unit. For example, near-infrared devices can be used to carry out automatic picking, in which PVC is separated from the material flow to reduce the chlorine content.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine integrierte Vorrichtung zur Verwertung von Post Consumer-Verpackungsabfällen, vorzugweise zur Implementierung eines Verfahrens, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:
- i) einen Anlagenteil zur Sortierung Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen unter Erzeugung einer Polyethylen- und/oder einer Polypropylenfraktion, einer Restpolyolefinfraktion, einer Restfraktion und gegebenenfalls einer heizwertreichen Fraktion, wobei der Anlagenteil ausgelegt ist, um die jeweiligen Fraktionen in einer
Reinheit von mindestens 90% zu erzeugen; - ii) einen Anlagenteil zur Aufbereitung mindestens einer der Polyethylen- und/oder der Polypropylenfraktion, der ausgelegt ist um die Fraktion weiter zu reinigen und zu einem Granulat umzusetzen;
- iii) einen Anlagenteil zur Pyrolyse der Polyolefinfraktion, der ausgelegt ist um diese zu einem Pyrolyseöl oder Pyrolysegas umzusetzen;
- iv) gegebenenfalls einen Anlagenteil zur Konditionierung eines Ersatzbrennstoffs, der ausgelegt ist um die Restfraktion zu einem Ersatzbrennstoff, vorzugsweise mit einem Anteil an aus der Atmosphäre sequestriertem Kohlenstoff im Bereich von bis zu 20 Gew.-%, zu konditionieren,
- i) a part of the plant for sorting consumer plastic packaging waste to produce a polyethylene and/or a polypropylene fraction, a residual polyolefin fraction, a residual fraction and, if applicable, a high-calorific fraction, the plant part being designed to produce the respective fractions with a purity of at least 90% ;
- ii) a plant part for processing at least one of the polyethylene and/or polypropylene fractions, which is designed to further clean the fraction and convert it into granules;
- iii) a plant part for the pyrolysis of the polyolefin fraction, which is designed to convert this to a pyrolysis oil or pyrolysis gas;
- iv) optionally a part of the plant for conditioning a substitute fuel, which is designed to condition the residual fraction into a substitute fuel, preferably with a proportion of carbon sequestered from the atmosphere in the range of up to 20% by weight,
Wenn der Anlagenteil iv) in der integrierten Vorrichtung vorhanden ist, ist der Anlagenteil in iii) fließfähig mit diesem verbunden.When the piece of equipment iv) is present in the integrated device, the piece of equipment in iii) is fluidly connected to it.
Der „Anlagenteil“ bezeichnet in der vorliegenden Beschreibung die jeweiligen Einheiten der Anlagen, in denen die jeweilige Verarbeitung durchgeführt wird.In the present description, the "plant part" refers to the respective units of the plants in which the respective processing is carried out.
Der Anlagenteil in i) kann zur Erzeugung weißer, transparenter, gemischt restfarbiger oder anderweitig farbreiner Polyolefinfraktionen, wie z.B. von LDPE, LLDPE, HDPE oder Polypropylen (PP), genutzt werden oder ausgelegt sein, d.h. in diesem Fall enthält der Anlagenteile eine Sortiervorrichtung die die Materialien nach Farben sortieren kann.The part of the plant in i) can be used or designed to produce white, transparent, mixed residual colored or otherwise pure polyolefin fractions, such as LDPE, LLDPE, HDPE or polypropylene (PP), i.e. in this case the part of the plant contains a sorting device that Sort materials by color.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anlagenteil zur Sortierung der Consumer-Kunststoffverpackungsabfälle so ausgelegt ist, dass eine Polyethylenfraktion und zusätzlich eine Polypropylenfraktion mit einer Reinheit von mindestens 90% erzeugt werden kann; in diesem Fall umfasst die integrierte Vorrichtung zusätzlich bevorzugt einem Anlagenteil zur Verpressung der erzeugten Polypropylenfraktion.According to a preferred embodiment, the part of the plant for sorting the consumer plastic packaging waste is designed in such a way that a polyethylene fraction and, in addition, a polypropylene fraction with a purity of at least 90% can be produced; in this case, the integrated device preferably additionally comprises a plant part for compressing the polypropylene fraction produced.
Umfasst die Aufbereitung in (ii) eine Reinigung, wie eine Heiß- oder Kaltwäsche, und Umsetzung zu einem Granulat, so umfasst der entsprechende Anlagenteil alle Einheiten und ggf. parallel geschalteten Einheiten, in denen Prozessschritte zur Reinigung und Umsetzung zum Granulat durchgeführt werden.If the treatment in (ii) includes cleaning, such as hot or cold washing, and conversion to granules, the corresponding plant section includes all units and possibly parallel units in which process steps for cleaning and conversion to granules are carried out.
Der Anlagenteil zur Umsetzung der Polyolefinfraktion umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen Reaktor, mit dem die Polyolefinfraktion auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 700°C erhitzt werden kann, und eine Kondensationsvorrichtung, in der entstehendes gasförmiges Pyrolyseöl kondensiert werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Anlagenteil zur Umsetzung der Polyolefinfraktion einen Reaktor, der ausgelegt ist um die Polyolefinfraktion unter Sauerstoffmangel Bedingungen zu vergasen (unter Erzeugung von Synthesegas: CO + H2O). Zur Erzeugung von Wasserstoff kann dieser Anlagenteil einen diesem nachgeschalteten Reaktor enthalten, der ausgelegt ist um das Synthesegas in Wasserstoff und Kohlendioxid umzuwandeln. Zusätzlich kann der Anlagenteil in diesem Fall eine Einheit (z.B. eine Gaswäsche) enthalten, in das Kohlendioxid vom erzeugten Wasserstoff abgetrennt werden kann.In a preferred embodiment, the part of the plant for converting the polyolefin fraction comprises a reactor with which the polyolefin fraction can be heated to a temperature in the range from 300 to 700° C., and a condensation device in which the resulting gaseous pyrolysis oil can be condensed. In a further preferred embodiment, the part of the plant for converting the polyolefin fraction comprises a reactor which is designed to gasify the polyolefin fraction under oxygen-deficient conditions (with the production of synthesis gas: CO+H 2 O). To generate hydrogen, this part of the plant can contain a reactor downstream of this, which is designed to convert the synthesis gas into hydrogen and carbon dioxide. In this case, the plant part can additionally contain a unit (eg a gas scrubber) in which the carbon dioxide can be separated from the hydrogen produced.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens einer der Anlagenteile aus (i) bis (iv) aus zwei der mehr Einheiten mit gleicher Jahresleistungsgröße gebildet ist. Z.B. kann ein Anlagenteil zur Sortierung mit einer Jahresleistungsgröße von 150 kt/a aus drei Sortieranlageneinheiten mit einer Jahresleistungsgröße von 50 kt/a gebildet sein, ein Anlagenteil zur Heiß- oder Kaltwäsche im Rahmen des mechanischen Recyclings mit einer Jahresleistungsgröße von 54 tk/a kann aus zwei Einheiten mit einer Jahresleistungsgröße von 27 kt/a gebildet sein, ein Anlagenteil zur mechanischen Aufbereitung eines Vorproduktes zur Pyrolyse mit einer Jahresleistungsgröße von 140 tk/a kann aus zwei Einheiten mit einer Jahresleistungsgröße von 70 kt/a gebildet sein, oder ein Anlagenteil zur mechanischen Aufbereitung für eine Konditionieranlage für Ersatzbrennstoffe mit einer Jahresleistungsgröße von 50 kt/a kann aus zwei Einheiten mit einer Jahresleistungsgröße von 25 kt/a gebildet sein. Über eine solchen Aufbau lassen sich verschiedene Gesamtkapazitäten, z.B. mit einer Gesamtjahresleistung von 100 bis 350 kt/a flexibel realisieren.In a preferred embodiment, at least one of the plant parts from (i) to (iv) is formed from two or more units with the same annual output. For example, a plant section for sorting with an annual capacity of 150 kt/a can be made up of three sorting plant units with an annual capacity of 50 kt/a, a plant section for hot or cold washing as part of mechanical recycling with an annual capacity of 54 tk/a can be made up two units with an annual output of 27 kt/a can be formed, a plant part for the mechanical processing of a preliminary product for pyrolysis with an annual output of 140 tk/a can be formed from two units with an annual output of 70 kt/a, or a plant part for mechanical Processing for a conditioning plant for alternative fuels with an annual output of 50 kt/a can be formed from two units with an annual output of 25 kt/a. With such a structure, different total capacities, e.g. with a total annual output of 100 to 350 kt/a, can be flexibly implemented.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Vorteile des mechanischen und chemischen Recyclings sowie der hochwertigen energetischen Verwertung werden in einer Anlage realisieren, wobei eine Priorisierung 1. in mechanisches Recycling, 2. in chemisches Recycling und 3. in der Herstellung von hochwertigen Ersatzbrennstoffen für die Mitverbrennung in industriellen Feuerungsanlagen zur Energieerzeugung erfolgt.The method according to the invention allows advantages of mechanical and chemical recycling as well as high-quality energy recovery to be realized in a plant, with a prioritization 1. in mechanical recycling, 2. in chemical recycling and 3. in the production of high-quality refuse-derived fuels for co-incineration in industrial combustion plants for energy production takes place.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein integriertes Verfahren zur Verwertung von Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen, das folgende Schritte umfasst:
- i) sortieren der Abfälle unter Erhalt einer Restfraktion, einer heizwertreichen Fraktion und gegebenenfalls einer Polyethylen- und/oder Polypropylenfraktion mit einer
Reinheit von mindestens 90%, bevorzugt unter Erhalt von mindestens einer LDPE-Fraktion; - ii) zuleiten der heizwertreichen Fraktion zu einer Ersatzbrennstoff-Konditionierungseinheit, in der die Restfraktion zu einem Ersatzbrennstoff, bevorzugt mit einem Anteil an nativem Kohlenstoff im Bereich von bis 20 Gew.-%, konditioniert wird,
- iii) zuleiten der Restfraktion in entsprechende Verwertungsverfahren, und gegebenenfalls
- iv) zuleiten mindestens einer der Polyethylen- und/oder Polypropylenfraktion zu einer Aufbereitungseinheit, in der die Fraktion einer weiteren Reinigung unterzogen und zu einem Granulat umgesetzt wird.
- i) sorting the waste to obtain a residual fraction, a high calorific value fraction and optionally a polyethylene and/or polypropylene fraction with a purity of at least 90%, preferably to obtain at least one LDPE fraction;
- ii) feeding the high-calorific fraction to a substitute fuel conditioning unit, in which the residual fraction is conditioned into a substitute fuel, preferably with a proportion of native carbon in the range of up to 20% by weight,
- iii) directing the residual fraction to appropriate recycling processes, and if necessary
- iv) feeding at least one of the polyethylene and/or polypropylene fractions to a processing unit in which the fraction is subjected to further purification and converted into granules.
Zu bevorzugten Ausgestaltungen dieses Verfahren wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem dort beschriebenen Verfahren verweisen.For preferred configurations of this method, reference is made to the above explanations in connection with the method described there.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine integrierte Vorrichtung zur Verwertung von Verpackungsabfällen, vorzugweise zur Implementierung eines Verfahrens, wie vorstehend angegeben, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:
- i) einen Anlagenteil zur Sortierung von Consumer-Kunststoffverpackungsabfällen unter Erzeugung einer heizwertreichen Fraktion, einer Restfraktion und gegebenenfalls einer Polyethylen- und/oder Polypropylenfraktion, wobei der Anlagenteil ausgelegt ist, um die jeweiligen Fraktionen in einer
Reinheit von mindestens 90% zu erzeugen; - ii) gegebenenfalls einen Anlagenteil zur Aufbereitung mindestens einer der Polyethylen-und/oder Polypropylenfraktion, der ausgelegt ist um die Fraktion weiter zu reinigen und zu einem Granulat umzusetzen;
- iii) einem Anlagenteil zur Konditionierung eines Ersatzbrennstoffs, der ausgelegt ist um die heizwertreiche Fraktion zu einem Ersatzbrennstoff, vorzugsweise mit einem Anteil an aus der Atmosphäre sequestriertem Kohlenstoff im Bereich von bis zu 20 Gew.-%, zu konditionieren,
- i) a plant part for the sorting of consumer plastic packaging waste to produce a high-calorific fraction, a residual fraction and optionally a polyethylene and/or polypropylene fraction, the plant part being designed to produce the respective fractions with a purity of at least 90%;
- ii) optionally a part of the plant for processing at least one of the polyethylene and/or polypropylene fractions, which is designed to further clean the fraction and convert it into granules;
- iii) a plant part for conditioning a substitute fuel, which is designed to condition the high-calorific fraction to a substitute fuel, preferably with a proportion of carbon sequestered from the atmosphere in the range of up to 20% by weight,
Zu bevorzugten Ausgestaltungen dieser Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der dort beschriebenen Vorrichtung verweisen.For preferred configurations of this device, reference is made to the above explanations in connection with the device described there.
In
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