[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2023227474A1 - Umsetzung von polyurethan in einem doppelschnecken-extruder - Google Patents

Umsetzung von polyurethan in einem doppelschnecken-extruder Download PDF

Info

Publication number
WO2023227474A1
WO2023227474A1 PCT/EP2023/063455 EP2023063455W WO2023227474A1 WO 2023227474 A1 WO2023227474 A1 WO 2023227474A1 EP 2023063455 W EP2023063455 W EP 2023063455W WO 2023227474 A1 WO2023227474 A1 WO 2023227474A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
zone
extruder
reaction
degassing
reaction mixture
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063455
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Bettinger
Iris FELBAUER
Original Assignee
Neveon Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neveon Germany Gmbh filed Critical Neveon Germany Gmbh
Publication of WO2023227474A1 publication Critical patent/WO2023227474A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/82—Heating or cooling
    • B29B7/823—Temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/76—Venting, drying means; Degassing means
    • B29C48/765—Venting, drying means; Degassing means in the extruder apparatus
    • B29C48/766—Venting, drying means; Degassing means in the extruder apparatus in screw extruders
    • B29C48/767—Venting, drying means; Degassing means in the extruder apparatus in screw extruders through a degassing opening of a barrel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/92—Measuring, controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/84—Venting or degassing ; Removing liquids, e.g. by evaporating components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/84—Venting or degassing ; Removing liquids, e.g. by evaporating components
    • B29B7/845—Venting, degassing or removing evaporated components in devices with rotary stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
    • B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
    • B29C2948/92009—Measured parameter
    • B29C2948/92209—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
    • B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
    • B29C2948/92504—Controlled parameter
    • B29C2948/92704—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2075/00—Use of PU, i.e. polyureas or polyurethanes or derivatives thereof, as moulding material

Definitions

  • the invention relates to a method for implementing a plastic material containing polyurethane in an extruder and a corresponding extruder.
  • polyurethanes Due to their many adjustable properties, polyurethanes are widely used in products used in industry and households. Examples of such products are foams, paints, adhesives, casting compounds, hoses, seals, floor coverings, mattresses, car parts, parts of sports equipment, parts of shoes, and the like.
  • European patent 01976719 B1 describes a process in which a polyurethane resin is hydrolyzed by bringing it into contact with only water at high temperatures.
  • the object of the invention is to provide an improved method.
  • plastic material is understood to mean a material comprising plastic, which ranges from pure plastic to mixtures containing plastic.
  • plastic is used in the usual sense and refers to a synthetically produced substance, for example a substance produced as part of an organic synthesis, such as a polymer produced by polymerization, polyaddition and/or polycondensation from one or more different monomers.
  • Plastics are classified according to a usual classification into thermosets, Thermoplastics, elastomers and thermoplastic elastomers.
  • plastics are polyethylene, polycarbonate, polyacrylic, polymethacrylic, polyacrylamide, polystyrene, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber and ethylene-propylene-diene rubber, as well as polyurethane, where in In particular embodiments it is provided that the plastic material only comprises hydrolyzable plastics, for example in addition to polyurethanes also polyesters, polyamides and/or polycarbonates.
  • Plastics previously used for a technical task, for example produced or chemically processed in the context of mattress production, such as vulcanized natural rubber, is also considered plastic within the scope of the invention, but lignin, i.e. wood, is not.
  • the plastics can, if appropriate depending on their original intended use, contain other substances such as plasticizers, microbicidal substances, antioxidants, stabilizers, for example against UV light, flame retardants, dyes or residues of polymerization initiators.
  • Plastics also include those that are not based on petroleum-based raw materials, but are created from renewable raw materials as part of a concept of sustainability and renewability, either as part of a chemical synthesis or as part of biotechnological or microbiological processes using appropriately designed enzymes or production organisms.
  • the plastic-containing mixtures mentioned at the beginning are either mixtures of pure plastics, or mixtures that also include one or more non-plastics such as metal, ceramic or glass.
  • the plastic or plastics in such mixtures, which also include non-plastics represent the relatively largest proportion, based on mass or volume, for example at least 67%, at least 75%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 98% or at least 99%.
  • polyurethane takes up the largest proportion by mass, preferably more than 60%, for example at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or at least 95%, i.e. represents accordingly represents the predominant main component.
  • discarded polyurethane mattresses often have correspondingly low levels Portions of polyethylene or polypropylene, which usually come from the upholstery materials.
  • the plastic material used in the process contains polyurethane and, if appropriate, one or more hydrolyzable plastics selected from polyesters, polyamides or polycarbonates. or consists of polyurethanes and optionally also polyesters, polyamides or polycarbonates and/or a mixture thereof.
  • the plastic material consists of polyurethane or a polyurethane mixture, or consists of polyurethane and polyester or a polyester mixture, for example polyethylene terephthalate or a polyethylene terephthalate mixture, or consists of a polyurethane / polyolefin composite material, where the polyurethane in the composite preferably has a proportion of at least 50 percent by mass.
  • polyurethane occupies the largest mass fraction, preferably more than 60%, for example at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or at least 95%, i.e. accordingly represents the predominant main component.
  • the plastic material is mattresses or waste from mattress production, with the raw material containing polyurethane as a hydrolyzable component.
  • the polyurethane can in particular be in the form of foam, with the particular advantage of the process being that a starting material with a high volume (namely a foam that can be compressed to a certain extent, but always strives to take up a large volume, and therefore requires appropriately dimensioned first lines and reaction vessels) is implemented in the presence of a comparatively small volume of reaction medium, with a significantly smaller volume resulting after appropriate pressure and heat treatment.
  • a bulky solid, namely a foam is converted into an easier-to-handle form with a significantly higher liquid content and a lower volume, thereby solving a major problem in the polyurethane waste and recycling industry.
  • the reaction mixture can be provided outside the extruder or when fed into the extruder, if necessary with an upstream mixing device.
  • the plastic material can preferably be used in an already comminuted state, especially if it comprises plastic that does not swell in water.
  • Customary comminution processes can be used, for example the plastic material can be cut, torn, grated into flakes, shredded, granulated, ground or pulverized, if necessary after previously lowering the temperature to increase the brittleness.
  • Non-limiting examples of the size of the plastic particles used are about 0.5 cm 3 to 10 cm 3 (0.5 ml to 10 ml), such as about 1 cm 3 to 5 cm 3 , especially for porous or large surface plastic material, or Plastic particles with a diameter, measured at the largest point, of a maximum of approximately 10, 5, 2, 1, 0.5, 0.1, 0.05 or 0.01 millimeters.
  • the reaction mixture is transported via the two extruder screws, compacted and exposed to shear forces in preferably at least three kneading zones.
  • the duration of transport from one end to the other end of the extruder can depend on the length of the extruder, the set rotation speed of the extruder screws and the consistency of the reaction mixture. Examples of durations are 10 minutes to 2 hours, especially 0.4 to 1 hour. If necessary, the rotation speed of the extruder screws can be adjusted in order to increase the residence time in the implementation zone increase if sampling reveals insufficient conversion, or decrease if sufficient conversion is determined.
  • the extruder has a transport zone in which the extruder screws run.
  • a conversion zone - preferably consisting of at least three kneading zones and a return element - and directly or indirectly adjoining the conversion zone, based on the transport direction, at least one degassing zone.
  • the reaction zone has a temperature of 225 °C to 260 °C, in particular 230 °C to 250 °C.
  • Kneading introduces mechanical energy into the reaction mixture, some of which is converted into thermal energy. However, the resulting heat is not sufficient, so appropriate heating elements are provided on the extruder to provide and maintain a desired temperature.
  • An at least partial or complete reaction of the polyurethane takes place within the reaction zone.
  • the reaction zone is directly or indirectly followed by at least one degassing zone in which the temperature is at least equal to or higher than the temperature in the reaction zone.
  • At least one degassing point is provided in the at least one degassing zone, with which components of the reaction mixture transported through the reaction zone, which are gaseous at the temperatures present, can be withdrawn as gas. If necessary, well-known cold traps or vacuum traps can be used at the degassing points. The gaseous components removed can be used separately.
  • the reaction mixture After transport through the extruder, the reaction mixture has a significantly lower volume fraction of solids, possibly no solids, compared to the reaction mixture initially used. Instead, the reaction mixture treated in this way represents a liquid or a liquid with solid components.
  • One goal of the process is advantageously to reduce the volume of the solid used, consisting of the plastic material present as a solid and optionally other solid components. For example, a reduction of up to 95%, up to 90%, or 4 to 50%, such as 5 to 30%, for example 7 to 25% or 10 to 15%, is possible, based on the volume of the solid used. A large reduction is particularly possible with foams.
  • the reaction mixture comprises at least one reaction additive.
  • reaction additives are nitric acid, carboxylic acids, urea and/or biological material. Good implementation can be achieved with nitric acid. However, if a reaction product with a small proportion of nitrogen-containing components is desired, preference is given to other reaction additives, since nitric acid introduces additional nitrogen.
  • mineral acids such as hydrochloric acid or phosphoric acid, or mineral bases such as sodium hydroxide are less preferred, since chlorine, phosphorus and sodium components would be present in the reaction product and could have a detrimental effect in the event of a subsequent pyrolysis or in later uses of the pyrolysis products obtained.
  • carboxylic acids for example in particular linear, saturated monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid or pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid; Dicarboxylic acids such as oxalic acid (ethanedioic acid), malonic acid (propanedioic acid), succinic acid (butanedioic acid), glutaric acid (pentanedioic acid), adipic acid (hexanedioic acid), malic acid (2-hydroxybutanedioic acid), tartaric acid (2,3-dihydroxybutanedioic acid); and tricarboxylic acids such as 3-carboxy-2-oxo-pentanedicarboxylic acid (oxalosuccinic acid), propane-1,2,3-tricarboxylic acid, citric acid (2-hydroxy
  • urea Another possible reaction additive is urea.
  • the proportion of urea in the aqueous medium is, for example, 1 to 45 mass percent, in particular 1 to 20 mass percent, for example 1 to 10 mass percent, such as 1 to 7 mass percent, for example 1 .5 to 5 percent by mass, 1, 5 to 4 percent by mass, 2 to 4 percent by mass, 2.5 to 3.5 percent by mass, or 3 percent by mass, examples of further ranges or further concentrations are 5 to 10 percent by mass, 1 percent by mass, 5 percent by mass, 7.5% by mass and 10% by mass.
  • the reaction mixture can contain in particular 2.5 to 10 percent by mass of urea.
  • the ratio between water containing urea and plastic material containing polyurethane can be, for example, 0.2 ml/g to 5 ml/g, in particular 0.4 ml/g to 5 ml/g.
  • the reaction additive can also be a biological material.
  • biological material is understood to mean plant, animal or microorganism material, for example complete plants or parts of plants such as wood, leaves, stems, roots or seeds, such as gardening waste or cuttings.
  • the biological material is plant material.
  • the biological material is wood, in particular shredded wood, for example in the form of sawdust, wood chips or shredded wood.
  • reaction additives can be used individually or in any mixtures of two or more of the respective aforementioned representatives.
  • Examples of mixing ratios of the plastic material with water on the one hand and at least one reaction additive on the other hand are 2 to 25 liters of plastic material that is at least moistened with 0.08 to 1 liter of water/reaction additive.
  • the water to be used can contain 3 to 50 percent by mass, in particular 4 to 40 percent by mass, for example 4 to 20 percent by mass, of nitric acid, carboxylic acid, a dicarboxylic acid, a tricarboxylic acid and / or urea.
  • the plastic material occupies 55 to 95 percent by volume, in particular 67 to 95 percent by volume and the biological material accordingly occupies 5 to 45 percent by volume, in particular 5 to 33 percent by volume.
  • the biological material can be mixed with the plastic material and then added to the water/reaction additive, or mixed first with water/reaction additive and then with the plastic material, or all three components can be mixed simultaneously.
  • the plastic material and/or the hydrolyzable plastic contained therein is a compressible plastic, in particular a polyurethane foam
  • the specified volumes refer to the uncompressed plastic.
  • the process is carried out, there is essentially no excess pressure in the extruder. Rather, the process is carried out under ambient pressure. There are no special pressure-building or pressure-maintaining devices on the extruder. Current local pressure increases within the extruder due to the kneading processes cannot be ruled out, but it is assumed that a pressure of three bar, in particular two bar, will not be exceeded.
  • the reaction product i.e. the reaction mixture transported through the reaction zone and the at least one degassing zone, has a reduced water content or is anhydrous.
  • the liquid phase and the solids contained can optionally be separated, for example centrifugation or filtration, and optionally the solids obtained can be dried.
  • the same temperature is present in the at least one degassing zone as in the reaction zone.
  • essentially gaseous water is withdrawn via the at least one degassing point.
  • the reaction product contains nitrogen-containing components and products with a higher boiling point.
  • the nitrogen-containing components are usually diamines or their degradation products or reaction products.
  • the at least one degassing zone has a temperature in the range from 265 ° C to 300 ° C, in particular 265 ° C to 280 ° C, with components of the reaction mixture transported through the reaction zone being gaseous at these temperatures via a degassing point , can be removed from the extruder. At these temperatures, gaseous water can be withdrawn from the reaction mixture transported through the reaction zone. At the same time, however, nitrogen-containing components, which are essentially due to the diisocyanates used for polyurethane production, can also be removed.
  • reaction product i.e. the reaction mixture transported through the reaction zone and through the at least one degassing zone
  • pyrolysis for example, and the pyrolysis oils obtained from the pyrolysis are to be subjected to chemical cracking processes in later uses .
  • the components with a higher boiling point remaining in the reaction mixture are polyols and their degradation products and/or conversion products in view of the polyurethane present in the initial reaction mixture.
  • first degassing zone in which the temperature is in the range from 225 ° C to 260 ° C and in which, above a first degassing point, components of the reaction mixture transported through the reaction zone, which are gaseous at these temperatures, can be removed from the extruder are.
  • second degassing zone in which the temperature is in the range from 265 ° C to 300 ° C, in particular 265 ° C to 280 ° C, and in which components of the material additionally transported through the first degassing zone are transported via a second degassing point Reaction mixture can be removed.
  • gaseous water can be drawn off in the first degassing zone, whereas nitrogen-containing components can be drawn off as a gas phase in the second degassing zone. Consequently, the water content and the nitrogen-containing components can be removed separately as a gas phase. This advantageously makes later reuse easier.
  • the mass ratio between water on the one hand and polyurethane or plastic material containing polyurethane on the other hand is not more than 0.6 to 1, in particular not more than 0.5 to 1, for example 0.45 to 1, so that polyurethane or polyurethane-containing plastic material, based on the mass ratio, is present in a significant excess.
  • larger amounts of water are possible, they also lead to a reaction product containing more water. Accordingly, it is not necessary for the plastic material to be suspended in a coherent aqueous medium, but rather it simply needs to be moistened with it. With the aim of a resource-saving circular economy, reducing water consumption represents a significant advantage.
  • the volume ratio between solid and aqueous medium is 100:1 to 5:1, for example 75:1 to 10:1, 30:1 to 20:1, such as about 25:1.
  • the majority of the volume is made up of the plastic material, which merely moistens with a significantly smaller volume of aqueous medium is.
  • 0.05 to 0.2 parts by volume of aqueous medium are provided per volume of polyurethane foam or per volume of solid.
  • the reaction additive is a biological material, in particular a plant material. It was found that with increasing amount of plant material, for example with wood, after appropriate withdrawal of water in the at least one degassing zone, the reaction product develops in the direction of a free-flowing solid, which is, for example, well suited to be transported via screw conveyors. This makes subsequent use, for example transport to and introduction into pyrolysis plants, much easier. The presence of plant material in the reaction mixture accordingly leads to a significant improvement.
  • the mass ratio of plastic material to biological material, in particular plant material can be, for example, 3:1 to 1:1, such as 3:1 to 1.5:1, for example 2:1, especially in mass proportions of one third or more, based on the total mass Free-flowing solids are available from plastic material and biological material, for example 33 to 50 mass percent, in particular 33 to 45 mass percent, such as 34 to 40 mass percent.
  • the reaction mixture obtained at the end of the extruder and previously transported through the reaction zone and the at least one degassing zone can be fed directly or indirectly to pyrolysis.
  • the principle of pyrolysis itself is known and is based on a thermochemical conversion of substances with the exclusion of external oxygen, usually in a temperature range of 150°C to 800°C.
  • the lower limit of the temperature range is The highest temperature present in the reaction zone or the at least one degassing zone is preferred, such as a temperature range of 265 ° C to 800 ° degrees. For example, this is a temperature range of 265 °C to 500 °C or 300 °C to 500 °C.
  • a temperature range is the range from 700 ° C to 800 ° C, in particular from 750 ° C to 800 ° C, which is advantageously suitable for decomposing calcium carbonate present in the plastic material into calcium oxide and carbon dioxide and thus a calcium carbonate-poor or calcium carbonate-free pyrolysis to provide coke as a product of pyrolysis.
  • the pyrolysis treatment is preferred over using the pressure- and heat-treated reaction medium obtained. Assuming that it essentially contains polyols and possibly conversion products, additional cleaning steps or separation steps are required to ensure sufficient quality for their further use. On the other hand, pyrolysis can advantageously obtain polyol monomers which are assumed to have a higher qualitative purity compared to polyols.
  • the reaction product i.e. the reaction mixture transported through the reaction zone and the at least one degassing zone and which is introduced directly or indirectly into a pyrolysis plant
  • the reaction product is a reaction mixture which previously contains gaseous components with a boiling temperature below that in a degassing zone prevailing temperature of 265 ° C to 300 ° C, in particular 265 ° C up to 180 ° C, were partially or completely removed.
  • it is possible to feed such a reaction mixture to pyrolysis which has a lower proportion of nitrogen-containing components or is free of such components. This makes pyrolysis products available, which in turn can be used advantageously.
  • liquid, gaseous and solid pyrolysis products can be obtained during pyrolysis.
  • these are pyrolysis oils, which in turn can be subjected to chemical cracking, in which high proportions of nitrogen-containing components would, however, be disruptive.
  • Pyrolysis gas obtained can be used to generate electricity, with small proportions of nitrogen-containing components reducing the problem of nitrogen oxides.
  • Solid pyrolysis products which represent a type of pyrolysis coke, can be used for various purposes, for example as a replacement for carbon black or as petroleum coke that is also to be converted into electricity, so that lower or missing proportions of nitrogen-containing components are also advantageous here.
  • the invention further relates to an extruder designed as a twin-screw extruder for carrying out a process as described herein, wherein the extruder has a transport zone which comprises a reaction zone - preferably consisting of at least three kneading zones and a return element - and after the reaction zone at least one degassing zone, wherein a temperature of 225 ° C to 260 ° C, in particular 230 ° C to 250 ° C, can be specified in the reaction zone, and a temperature can be specified in the at least one degassing zone which corresponds at least to the temperature in the reaction zone.
  • a transport zone which comprises a reaction zone - preferably consisting of at least three kneading zones and a return element - and after the reaction zone at least one degassing zone, wherein a temperature of 225 ° C to 260 ° C, in particular 230 ° C to 250 ° C, can be specified in the reaction zone, and a temperature can be
  • the extruder has a degassing zone in which the same temperature is present as in the reaction zone.
  • the extruder has a degassing zone in which there is a temperature in the range from 260 ° C to 300 ° C, in particular 265 ° C to 280 ° C, wherein and via at least one degassing point, components of the reaction mixture transported through the reaction zone are gaseous at these temperatures and can be removed from the extruder.
  • first degassing zone in the extruder, in which the temperature is in the range from 225 ° C to 260 ° C and in which components of the reaction mixture transported through the reaction zone, which are gaseous at these temperatures, are removed from the via a first degassing point Extruder can be removed, with a second degassing zone being present after the first degassing zone, in which the temperature is in the range from 265 ° C to 300 ° C, in particular 265 ° C to 280 ° C, and in the upper part there is a second degassing point can be removed from the reaction mixture transported to the first degassing zone.
  • Fig. 2 a schematic representation of an extruder with two degassing zones.
  • a laboratory extruder was used, which was designed as a twin-screw extruder and had three kneading blocks of different lengths.
  • the diameter of the tightly meshing extruder screws was 24 mm and the length was 1.2 m.
  • the extruder had a cooling zone and then nine heating zones that were evenly distributed over its length. Shortly before the exit In the area of the last zone there was a connection for a vacuum suction. Condensates were collected in a cold trap.
  • a metering unit a rotary valve
  • the temperature zones were set to the following values: cooled; 180; 230; 230; 230; 230; 230; 250; 250; 250°C. Initially, essentially undegraded brown foam flakes were ejected.
  • the temperature zones were set to the following values:
  • Example 5 Reaction with adipic acid as a reaction additive in water
  • 1 kg of the polyurethane-containing plastic material was mixed with 50 g of powdered adipic acid and then sprayed and moistened with 200 ml of water. This moistened mixture was added to a metering unit (a rotary valve) above the feed of the extruder, with a dosage of 1 kg/h being set.
  • a metering unit a rotary valve
  • the temperature zones were set to the following values: cooled; 180; 250; 250; 250; 250; 250; 250; 265; 265; 265; 265; °C.
  • the speed of the twin screw was 120 rpm.
  • the heat-treated, degassed and dewatered reaction product at the end of the screw was brown and creamy.
  • the temperature zones were set to the following values: cooled; 180; 250; 250; 250; 250; 250; 250; 265; 265; 265; 265; °C.
  • the speed of the twin screw was 110 rpm.
  • the heat-treated and degassed and dewatered reaction product at the end of the screw was gray-brown creamy.
  • Figure 1 shows a schematic longitudinal section through an extruder 10, which is designed as a twin-screw extruder and accordingly has an extruder screw 14a and an extruder screw 14b.
  • the extruder 10 has a transport zone 12, which is marked in FIG. 1 by a dotted bracket.
  • Extruder screws 14a and 14b run through the transport zone 12, by means of which a reaction mixture can be transported, which can be introduced into the extruder 10 via an insertion device which is not specified in detail and is not given a reference number.
  • a reaction zone 16 and a degassing zone 18 extend within the transport zone 12. In the reaction zone 16, in which there is a temperature of 220 ° C to 260 ° C, a reaction of transported reaction mixture takes place.
  • a degassing zone 18 adjoins the implementation zone 16. This has a degassing point 20, via which components of the reaction mixture transported from the reaction zone, which are gaseous at the temperatures present in the degassing point 20, can be removed.
  • Figure 2 also shows a schematic longitudinal section through an extruder 10, which, however, in contrast to the extruder shown in Figure 1, has a first degassing zone 18a with an associated first degassing point 20a and a second degassing zone 18b with an associated second degassing point 20b.
  • the temperatures in the first degassing zone 20a are equal to or higher than the temperatures in the reaction zone 16, preferably in a range of 225 ° C to 260 ° C. Preferably the temperatures are sufficient to draw off gaseous water.
  • the temperature in the second degassing zone 20b is above the temperature of the first degassing zone 20a, preferably in a range from 265 ° C to 300 ° C, in particular 265 ° C to 280 ° C, and is preferably sufficient to convert nitrogen-containing components into gaseous form to remove form.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung eines ein Polyurethan enthaltenden Kunststoffmaterials in einem als Doppelschnecken-Extruder ausgeführten Extruder, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Reaktionsgemisches, wobei das Reaktionsgemisch - ein als Feststoff vorliegendes und ein Polyurethan enthaltendes Kunststoffmaterial, - Wasser, und - wenigstens ein Reaktionsadditiv, ausgewählt unter Salpetersäure, einer Carbonsäure, einer Dicarbonsäure, insbesondere Adipinsäure, einer Tricarbonsäure, insbesondere Zitronensäure, Harnstoff und/oder einem biologischen Material umfasst, Transportieren des Reaktionsgemisches durch die Transportzone des Extruders, in welcher zwei Extruderschnecken verlaufen, wobei die Transportzone eine Umsetzungszone umfasst, in der eine Temperatur von 225 °C bis 260 °C, insbesondere 230 °C bis zu 250 °C vorliegt, und die Transportzone weiterhin nach der Umsetzungszone wenigstens eine Entgasungszone umfasst, in der mindestens die gleiche Temperatur wie in der Umsetzungszone vorliegt und in der über wenigstens eine Entgasungsstelle Bestandteile des aus der Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind.

Description

UMSETZUNG VON POLYURETHAN IN EINEM DOPPELSCHNECKEN-EXTRUDER
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung eines Polyurethan enthaltenden Kunststoffmaterials in einem Extruder sowie einen entsprechenden Extruder.
Polyurethane finden aufgrund ihrer vielen einstellbaren Eigenschaften weite Verwendung für Produkte, die in der Industrie oder in Haushalten benutzt werden. Beispiele für derartige Produkte sind Schaumstoffe, Lacke, Klebstoffe, Vergussmassen, Schläuche, Dichtungen, Bodenbeläge, Matratzen, Autoteile, Teile von Sportgeräten, Teile von Schuhen, und dergleichen.
Daher fällt ein hoher Anteil an Polyurethan-Abfällen an, wenn die entsprechenden Produkte beschädigt werden oder das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben.
In der Vergangenheit wurden daher Versuche unternommen, Polyurethane einem Recycling zuzuführen. Das europäische Patent 01976719 B1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren, bei dem ein Polyurethan harz durch Inkontaktbringen mit nu r Wasser bei hohen Temperaturen hydrolysiert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Rahmen der Erfindung wird unter Kunststoffmaterial ein Kunststoff umfassendes Material verstanden, das von einem reinen Kunststoff bis hin zu kunststoffhaltigen Gemischen reicht. Der Begriff „Kunststoff“ wird im üblichen Sinn verwendet und bezeichnet einen synthetisch hergestellten Stoff, beispielsweise einen im Rahmen einer organischen Synthese hergestellten Stoff, etwa ein durch Polymerisation, Polyaddition und/oder Polykondensation aus einem oder mehreren unterschiedlichen Monomeren hergestelltes Polymer. Kunststoffe werden gemäß einer üblichen Einteilung in Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere und thermoplastische Elastomere eingeteilt. Bekannte Beispiele für Kunststoffe sind Polyethylen, Polycarbonat, Polyacryl, Polymethacryl, Polyacrylamid, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Butadien-Kautschuk und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, sowie Polyurethan, wobei in besonderen Ausführungsformen vorgesehen ist, dass das Kunst- stoffmaterial als Kunststoffe nur hydrolysierbare Kunststoffe umfasst, beispielsweise neben Polyurethanen auch Polyester, Polyamide und/oder Polycarbonate. Vorher für eine technische Aufgabe verwendeter, beispielsweise im Rahmen einer Matratzenherstellung angefallener oder chemisch bearbeiteter, etwa vulkanisierter Naturkautschuk, gilt im Rahmen der Erfindung ebenfalls als Kunststoff, Lignin, also Holz, jedoch nicht. Die Kunststoffe können, gegebenenfalls in Abhängigkeit von deren ursprünglichem Verwendungszweck, weitere Substanzen wie beispielsweise Weichmacher, mikrobizide Substanzen, Antioxidantien, Stabilisatoren, beispielsweise gegenüber UV-Ucht, Flammschutzmittel, Farbstoffe oder Reste von Polymerisationsinitiatoren enthalten. Kunststoffe umfassen auch solche, die nicht auf Ausgangsprodukten auf Erdölbasis beruhen, sondern die im Rahmen eines Konzepts der Nachhaltigkeit und der Erneuerbarkeit aus nachwachsenden Rohstoffen entstehen, entweder im Rahmen einer chemischen Synthese oder im Rahmen biotechnologischer oder mikrobiologischer Verfahren durch entsprechend gestaltete Enzyme oder Produktionsorganismen. Die eingangs genannten kunststoff haltigen Gemische sind entweder Gemische aus reinen Kunststoffen, oder Gemische, die auch ein oder mehrere Nicht-Kunststoffe wie etwa Metall, Keramik oder Glas, umfassen. Vorzugsweise stellen der oder die Kunststoffe in solchen Gemischen, die auch Nicht-Kunststoffe umfassen, den relativ größten Anteil, bezogen auf Masse oder Volumen dar, beispielsweise wenigstens 67%, wenigstens 75 %, wenigstens 80 %, wenigstens 90 %, wenigstens 95 %, wenigstens 98 % oder wenigstens 99%. Vorzugsweise befinden sich in dem Kunststoff material, insbesondere auch zur Vermeidung von Schäden an den Extruderschnecken, keine Nicht-Kunststoffe, wobei Verfahren zu deren Verringerung dem Fachmann bekannt sind und beispielsweise manuelles Entfernen von Nicht-Kunststoff, magnetisches Entfernen magnetischer Metalle oder Metalllegierungen, oder das Trennen von Kunststoffen und gegebenenfalls anderen Materialien ähnlicher Dichte aufgrund von Dichteunterschieden von Materialien unter- schiedlicher Dichten, etwa über Windsichten oder Rütel- oder Vibrationsvorrichtungen umfassen. Innerhalb des Kunststoffmaterials nimmt Polyurethan den größten Massen- anteil ein, vorzugsweise mehr als 60 %, beispielsweise mindestens 65 %, mindestens 70 %, mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 %, oder mindestens 95 %, stellt also dementsprechend den überwiegenden Hauptbestandteil dar. Beispielsweise weisen ausrangierte Polyurethan-Matratzen häufig entsprechende geringe Anteile an Polyethylen oder Polypropylen auf, die üblicherweise von den Bezugsstoffen herrühren.
Das im Verfahren verwendete Kunststoffmaterial enthält Polyurethan und gegebenenfalls weiterhin einen oder mehrere hydrolysierbare Kunststoffe, ausgewählt unter Polyestern, Polyamiden oder Polycarbonaten. oder besteht aus Polyurethanen und gegebenenfalls weiterhin Polyestern, Polyamiden oder Polycarbonaten und/oder einem Gemisch daraus. Gemäß einer besonderen Ausführungsform besteht das Kunststoffmaterial aus Poly- urethan oder einem Polyurethan-Gemisch, oder besteht aus Polyurethan sowie Polyester oder einem Polyester-Gemisch, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder einem Polyethylenterephthalat-Gemisch, oder besteht aus einem Polyurethan-/Polyolefin- Kompositmaterial, wobei das Polyurethan in dem Komposit vorzugsweise einen Anteil von wenigstens 50 Massenprozent aufweist. Innerhalb der hydrolysierbaren Kunststoffe nimmt Polyurethan den größten Massenanteil ein, vorzugsweise mehr als 60 %, beispielsweise mindestens 65 %, mindestens 70 %, mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 %, oder mindestens 95 %, stellt also dementsprechend den Ober- wiegenden Hauptbestandteil dar. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff- material um Matratzen oder Abfälle aus der Matratzenherstellung, wobei das Rohstoff- material als einen hydrolysierbaren Bestandteil Polyurethan enthält. Das Polyurethan kann dabei insbesondere als Schaumstoff vorliegen, wobei im Rahmen des Verfahrens der besondere Vorteil auftritt, dass ein Ausgangsmaterial mit hohem Volumen (nämlich ein Schaumstoff, der sich zwar in bestimmtem Maße komprimieren lässt, jedoch immer bestrebt ist, ein großes Volumen einzunehmen, und daher entsprechend dimensionierte erste Leitungen und Reaktionsgefäße erfordert) in Gegenwart eines vergleichsweise geringen Volumens an Reaktionsmedium umgesetzt wird, wobei nach entsprechender Druck- und Hitzebehandlung ein deutlich geringeres Volumen resultiert. Im Wesentlichen wird also ein sperriger Feststoff, nämlich ein Schaumstoff, in eine leichter handhabbare Form mit deutlich höherem Flüssigkeitsanteil und mit geringerem Volumen überführt und damit ein wesentliches Problem der Polyurethan-Abfall- und Recyclingwirtschaft gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung eines ein Polyurethan enthaltenden Kunststoffmaterials in einem als Doppelschnecken-Extruder ausgeführten Extruder, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Reaktionsgemisches, wobei das Reaktionsgemisch ein als Feststoff vorliegendes und ein Polyurethan enthaltendes Kunststoffmaterial, Wasser, und wenigstens ein Reaktionsadditiv, ausgewählt unter Salpetersäure, einer Carbonsäure, einer Dicarbonsäure, insbesondere Adipinsäure, einer Tricarbonsäure, insbesondere Zitronensäure, Harnstoff und/oder einem biologischen Material umfasst, Transportieren des Reaktionsgemisches durch die Transportzone des Extruders, in welcher zwei Extruderschnecken verlaufen, wobei die Transportzone eine Umsetzungszone - vorzugsweise bestehend aus mindestens drei Knetzonen und einem Rückführelement - umfasst, in der eine Temperatur von 225 °C bis 260 °C, insbesondere 230 °C bis zu 250 °C, wie 235 °C bis 250 °C oder 240 °C bis 250 °C oder 240 °C bis 255 °C vorliegt, und die Transportzone weiterhin nach der Umsetzungszone wenigstens eine Entgasungszone umfasst, in der mindestens die gleiche Temperatur wie in der Umsetzungszone vorliegt und in der über wenigstens eine Entgasungsstelle Bestandteile des aus der Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind.
Das Bereitstellen des Reaktionsgemisches kann außerhalb des Extruders erfolgen oder beim Einspeisen in den Extruder, gegebenenfalls mit einer vorgeschalteten Misch- vorrichtung.
Für eine verbesserte Umsetzung kann das Kunststoffmaterial vorzugsweise in bereits zerkleinertem Zustand eingesetzt werden , insbesondere wenn es in Wasser nicht quellbaren Kunststoff umfasst. Dabei können fachübliche Zerkleinerungsverfahren verwendet werden, beispielsweise kann das Kunststoffmaterial zerschnitten, zerrissen, in Flocken geraspelt, geschreddert, granuliert, zermahlen oder pulverisiert werden, gegebenenfalls nach vorheriger Temperaturabsenkung zur Erhöhung der Sprödigkeit. Nichtlimitierende Beispiele für die Größe der verwendeten Kunststoffpartikel sind etwa 0,5 cm3 bis 10 cm3 (0,5 ml bis 10 ml), wie etwa 1 cm3 bis 5 cm3, insbesondere für poröses oder eine große Oberfläche aufweisendes Kunststoffmaterial, oder Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser, gemessen an der größten Stelle, von maximal etwa 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,1 , 0,05 oder 0,01 Millimeter.
Ober die beiden Extruderechnecken wird das Reaktionsgemisch transportiert, verdichtet und Scherkräften in vorzugsweise mindestens drei Knetzonen ausgesetzt. Vorzugsweise befindet sich am Ende einer zweiten Knetzone ein Rückführelement, das den Füllgrad und die Verweilzeit im Extruder maßgeblich steuert. Die Dauer des Transports von einem Ende bis zum anderen Ende des Extruders kann von der Länge des Extruders, der eingestellten Rotationsgeschwindigkeit der Extruderschnecken und der Konsistenz des Reaktionsgemisches abhängen. Beispiele für Dauern sind 10 Minuten bis 2 Stunden, insbesondere 0,4 bis 1 Stunde. Gegebenenfalls kann die Rotationsgeschwindigkeit der Extruderschnecken angepasst werden, um eine Verweildauer in der Umsetzungszone zu erhöhen, falls eine Probenahme eine unzureichende Umsetzung ergibt, oder zu verringern, falls eine ausreichende Umsetzung ermittelt wird.
Der Extruder weist eine Transportzone auf, in der die Extruderschnecken verlaufen. Innerhalb der Transportzone befinden sich eine Umsetzungszone - vorzugsweise bestehend aus mindestens drei Knetzonen und einem Rückführelement - und direkt oder indirekt an die Umsetzungszone anschließend, bezogen auf die Transportrichtung, wenigstens eine Entgasungszone. In der Umsetzungszone liegt eine Temperatur von 225 °C bis 260 °C vor, insbesondere 230 °C bis 250 °C. Durch die Extruderschnecken wird das Reaktionsgemisch transportiert, verdichet und dabei geknetet. Durch das Kneten wird mechanische Energie in das Reaktionsgemisch eingetragen, die zum Teil in Wärmeenergie umgesetzt wird. Jedoch ist die dabei entstehende Wärme nicht ausreichend, sodass am Extruder entsprechende Heizelemente vorgesehen sind, um eine gewünschte Temperatur bereitzustellen und zu halten. Innerhalb der Umsetzungszone erfolgt eine zumindest teilweise oder vollständig ablaufende Umsetzung des Polyurethans.
An die Umsetzungszone schließt sich direkt oder indirekt wenigstens eine Entgasungs- zone an, in der die Temperatur mindestens der Temperatur in der Umsetzungszone entspricht oder höher ist. In der wenigstens einen Entgasungszone ist wenigstens eine Entgasungsstelle vorgesehen, mit der Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei den vorliegenden Temperaturen gasförmig sind, als Gas abgezogen werden können. An den Entgasungsstellen können erforder- lichenfalls fachbekannte Kühlfallen oder Vakuumfallen zum Einsatz kommen. Die entnommenen gasförmigen Bestandteile können einer getrennten Verwendung zugeführt werden.
Nach dem Transport durch den Extruder weist das Reaktionsgemisch im Vergleich zum anfänglich eingesetzten Reaktionsgemisch einen wesentlich geringeren Volumenanteil an Feststoffen auf, gegebenenfalls keine Feststoffe. Statdessen stellt das derart behandelte Reaktionsgemisch eine Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit Feststoffanteilen dar. Vorteilhaft wird dadurch als ein Ziel des Verfahrens die Verringerung des Volumens des eingesetzten Feststoffes, bestehend aus dem als Feststoff vorliegenden Kunststoff- material und gegebenenfalls weiterer Feststoffanteile, erreicht. Beispielsweise ist eine Verringerung auf bis zu 95 %, bis zu 90 %, oder 4 bis 50%, wie etwa 5 bis 30 %, beispielsweise 7 bis 25 % oder 10 bis 15 % möglich, bezogen auf das Volumen des eingesetzten Feststoffs. Eine hohe Verringerung ist insbesondere bei Schaumstoffen möglich.
Zur Unterstützung der Umsetzung umfasst das Reaktionsgemisch wenigstens ein Reaktionsadditiv. Nicht-beschränkende Beispiele für Reaktionsadditive sind Salpeter- säure, Carbonsäuren, Harnstoff und/oder biologisches Material. Mit Salpetersäure lässt sich eine gute Umsetzung erreichen. Falls jedoch ein Umsetzungsprodukt mit geringem Anteil an stickstoffhaltigen Bestandteilen gewünscht ist, so wird anderen Reaktionsadditiven der Vorzug gegeben, da mit Salpetersäure ein zusätzlicher Stickstoff- eintrag erfolgt. Generell sind Mineralsäuren wie Salzsäure oder Phosphorsäure, oder mineralische Basen wie Natriumhydroxid weniger bevorzugt, da damit Chlor-, Phosphor- und Natriumbestandteile im Umsetzungsprodukt vorlegen würden und sich im Falle einer nachgeschalteten Pyrolyse oder bei späteren Verwendungen der erhaltenen Pyrolyse- produkte nachteilig auswirken könnten. Alternative Reaktionsadditive, mit denen sich eine gute Umsetzung erreichen lässt, sind hingegen Carbonsäuren, beispielsweise insbesondere lineare, gesättigte Monocarbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure oder Pentansäure, Hexansäure, Heptansäure; Dicarbonsäuren wie Oxalsäure (Ethandisäure), Malonsäure (Propandisäure), Bernsteinsäure (Butandisäure), Glutarsäure (Pentandisäure), Adipinsäure (Hexandisäure), Äpfelsäure (2- Hydroxybutandisäure), Weinsäure (2,3-Dihydroxybutandisäure); und Tricarbonsäuren wie 3-Carboxy-2-oxo-pentandicarbonsäure (Oxalbernsteinsäure), Propan-1 ,2,3-tricarbon- säure, Zitronensäure (2-Hydroxypropan-1 ,2,3-tricarbonsäure) und Isozitronensäure (1- Hydroxypropan-1 ,2,3-tricarbonsäure). Ein weiteres mögliches Reaktionsadditiv stellt Harnstoff dar. Bezogen auf die Gesamtmasse des wässrigen Mediums beträgt der Anteil des Harnstoffs im wässrigen Medium beispielsweise 1 bis 45 Massenprozent, insbesondere 1 bis 20 Massenprozent, beispielsweise 1 bis 10 Massenprozent, wie beispielsweise 1 bis 7 Massenprozent, beispielsweise 1 ,5 bis 5 Massenprozent, 1 ,5 bis 4 Massenprozent, 2 bis 4 Massenprozent, 2,5 bis 3,5 Massenprozent, oder 3 Massenprozent, Beispiele für weitere Bereiche oder weitere Konzentrationen sind 5 bis 10 Massenprozent, 1 Massenprozent, 5 Massenprozent, 7,5 Massenprozent und 10 Massenprozent. Bevorzugt unter dem Gesichtspunkt des Verhältnisses zwischen einzusetzender Menge an Harnstoff und erreichtem Abbaugrad von Polyurethan ist ein Bereich zwischen 1 Massenprozent und 10 Massenprozent, beispielsweise 2,5 bis 10 Massenprozent, 2 Massenprozent bis 7,5 Massenprozent, wie etwa 3 Massenprozent bis 5 Massenprozent. Das Reaktionsgemisch kann insbesondere 2,5 bis 10 Massenprozent Harnstoff enthalten. Das Verhältnis zwischen Harnstoff enthaltendem Wasser und Polyurethan enthaltendem Kunststoffmaterial kann beispielsweise 0,2 ml/g bis 5 ml/g, insbesondere 0.4 ml/g bis 5 ml/g betragen.
Das Reaktionsadditiv kann weiterhin ein biologisches Material sein. Unter biologischem Material wird im Rahmen der Erfindung Pflanzen-, Tier- oder Mikroorganismenmaterial verstanden, beispielsweise komplete Pflanzen oder Pflanzenteile wie etwa Holz, Bläter, Stängel, Wurzeln oder Samen, wie etwa Gärtnereiabfälle oder Mähgut. Vorzugsweise handelt es sich bei dem biologischen Material um Pflanzenmaterial. Gemäß einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem biologischen Material um Holz, insbesondere um zerkleinertes Holz, beispielsweise in Form von Sägespänen, Holz- schnitzeln oder geschreddertem Holz.
Die vorgenannten Reaktionsadditive können einzelnen oder in beliebigen Gemischen zweier oder mehrerer der jeweiligen vorgenannten Vertreter verwendet werden.
Beispiele für Mischungsverhältnisse des Kunststoffmaterials einerseits mit Wasser sowie wenigstens einem Reaktionsadditiv andererseits sind 2 bis 25 Liter Kunststoffmaterial, das mit 0.08 bis 1 Liter Wasser/Reaktionsadditiv wenigstens befeuchtet ist. Das zu verwendende Wasser kann 3 bis 50 Massenprozent, insbesondere 4 bis 40 Massen- prozent, beispielsweise 4 bis 20 Massenprozent Salpetersäure, Carbonsäure, einer Dicarbonsäure, einer Tricarbonsäure und/oder Harnstoff aufweisen, Im Falle der Beimischung eines biologischen Materials kann vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial 55 bis 95 Volumenprozent, insbesondere 67 bis 95 Volumenprozent einnimmt und das biologische Material entsprechend 5 bis 45 Volumenprozent, insbesondere 5 bis 33 Volumenprozent. Das biologische Material kann mit dem Kunststoffmaterial vermischt werden und anschließend dem Wasser/Reaktionsadditiv zugegeben werden, oder zunächst mit Wasser/Reaktionsadditiv und anschließend mit dem Kunststoffmaterial vermischt werden, oder alle drei Komponenten können gleichzeitig vermischt werden.
Sofern es sich bei dem Kunststoffmaterial und/oder dem darin enthaltenen hydrolysier- baren Kunststoff um einen komprimierbaren Kunststoff, insbesondere einen Polyurethan- Schaumstoff handelt, beziehen sich die angegebenen Volumina auf den unkomprimierten Kunststoff. Beim Durchföhren des Verfahrens liegt im Extruder im Wesentlichen kein Überdruck vor. Das Verfahren wird vielmehr unter Umgebungsdruck durchgeführt. Spezielle druck- aufbauende oder druckhaltende Vorrichtungen am Extruder sind nicht vorgesehen. Momentane lokale Druckerhöhungen innerhalb des Extruders aufgrund der Knetvorgänge sind nicht auszuschließen, jedoch wird davon ausgegangen, dass ein Druck von drei Bar, insbesondere zwei Bar nicht überschritten wird.
Angesichts der in der wenigstens einen Entgasungszone vorliegenden Temperatur, die mindestens der Temperatur der Umsetzungszone entspricht, lässt sich an deren wenigstens einer Entgasungsstelle zumindest Wasser als Gasphase abziehen. Dementsprechend weist das Umsetzungsprodukt, also das durch die Umsetzungszone und die wenigstens eine Entgasungszone transportierte Reaktionsgemisch, einen verringerten Wasseranteil auf oder ist wasserfrei.
Aus dem Umsetzungsprodukt, also dem durch die Transportzone und durch die wenigstens eine Entgasungszone transportierten Reaktionsgemisch, können optional die flüssige Phase und die enthaltenen Feststoffe getrennt werden, beispielsweise Zentrifugation oder Filtration, und optional die erhaltenen Feststoffe getrocknet werden.
In einer Ausführungsform liegt in der wenigstens einen Entgasungszone die gleiche Temperatur vor wie in der Umsetzungszone. In diesem Fall wird über die wenigstens eine Entgasungsstelle im Wesentlichen gasförmiges Wasser abgezogen. Das Umsetzungsprodukt enthält in diesem Fall stickstoffhaltige Bestandteil und Produkte mit höherer Siedetemperatur. Bei den stickstoffhaltigen Bestandteilen handelt es sich üblicherweise um Diamine oder deren Abbauprodukte oder Reaktionsprodukte.
In einer Ausführungsform liegt in der wenigstens einen Entgasungszone eine Temperatur im Bereich von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C vor, wobei über eine Entgasungsstelle Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind. Bei diesen Temperaturen kann gasförmiges Wasser aus dem durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisch abgezogen werden. Zusammen damit können jedoch auch stickstoffhaltige Bestandteile, die im Wesentlichen auf die für die Polyurethanherstellung verwendeten Diisocyanate zurückzuführen sind, abgezogen werden. Insbesondere wurde festgestellt, dass bei einer Temperatur in der Entgasungszone von 265 °C bis zu 280 °C Diaminotoluole über die Entgasungsstelle in gasförmiger Form aus dem Reaktionsgemisch abgezogen werden konnten. Die Verringerung des Stickstoffanteils ist vorteilhaft, wenn das Umsetzungsprodukt, also das durch die Umsetzungszone und durch die wenigstens eine Entgasungszone transportierte Reaktionsgemisch, im Anschluss zum Beispiel einer Pyrolyse unterzogen werden soll und die aus der Pyrolyse erhaltenen Pyrolyseöle in späteren Verwendungen chemischen Cracking-Prozessen unterworfen werden sollen. Ohne auf eine Theorie festgelegt sein zu wollen, wird angenommen, dass die dann im Reaktionsgemische verbleibenden Bestandteilen mit höherer Siedetemperatur dabei angesichts des im anfänglich eingesetzten Reaktionsgemisch vorliegenden Polyurethans um Polyole und deren Abbauprodukte und/oder Umbauprodukte handelt.
In einer Ausführungsform liegt eine erste Entgasungszone vor, in der die Temperatur im Bereich von 225 °C bis 260 °C liegt und in der Ober eine erste Entgasungsstelle Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind. Weiterhin liegt nach der ersten Entgasungszone eine zweite Entgasungszone vor, in der die Temperatur im Bereich von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C liegt und in der über eine zweite Entgasungsstelle Bestandteile des zusätzlich durch die erste Entgasungszone transportierten Reaktionsgemisches entnehmbar sind. In diesem Fall lässt sich in der erstens Entgasungszone gasförmiges Wasser abziehen, wohingegen in der zweiten Entgasungszone stickstoffhaltige Bestandteile als Gasphase abziehbar sind. Folglich können der Wasseranteil und die stickstoffhaltigen Bestandteile getrennt voneinander als Gasphase entfernt werden. Vorteilhaft wird dadurch eine spätere Wiederverwendung erleichtert.
Es kann vorgesehen sein, dass im Reaktionsgemisch das Massenverhältnis zwischen Wasser einerseits und Polyurethan oder Polyurethan enthaltendem Kunststoffmaterial andererseits nicht mehr als 0,6 zu 1 beträgt, insbesondere nicht mehr als 0,5 zu 1 , beispielsweise 0,45 zu 1 , so dass Polyurethan oder Polyurethan enthaltendes Kunststoffmaterial, bezogen auf die Massenverhältnisse, in deutlichem Überschuss vorliegt. Größere Mengen an Wasser sind zwar möglich, führen jedoch auch zu einem wasserhaltigeren Umsetzungsprodukt. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, dass das Kunststoffmaterial in einem zusammenhängenden wässrigen Medium suspendiert ist, sondern es braucht lediglich damit befeuchtet sein. Mit dem Ziel einer ressourcen- schonenden Kreislaufwirtschaft stellt die Verringerung von Wasserverbrauch einen wesentlichen Vorteil dar. Gemäß einer Ausführungsform beträgt in dem Reaktionsgemisch für den Extruder das Volumenverhältnis zwischen Feststoff und wässrigem Medium 100:1 bis 5:1 , beispielsweise 75:1 bis 10:1, 30:1 bis 20:1 , wie etwa 25:1 . Insofern ist es ersichtlich, dass nicht überwiegend ein wässriges Medium vorliegt, in welchem das Kunststoffmaterial als Feststoff (und gegebenenfalls noch weitere Feststoffe) suspendiert ist, sondern vielmehr der überwiegende Volumenanteil vom Kunststoffmaterial gestellt wird, welches mit einem deutlich geringeren Volumen an wässrigem Medium lediglich befeuchtet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass pro Volumenanteil Polyurethan-Schaumstoff oder pro Volumenanteil Feststoff 0,05 bis 0,2 Volumenanteile an wässrigem Medium vorgesehen sind. Dementsprechend liegt zu Beginn der Umsetzung lediglich ein mit wässrigem Medium befeuchtetes Kunststoffmaterial im Reaktionsgemisch vor, also im Wesentlichen ein mit dem Reaktionsmedium befeuchteter Feststoff, wobei mit fort- schreitendem Transport in Transportrichtung durch die Umsetzung Feststoff mit hohem Volumenbedarf in eine flüssige Phase mit geringerem Volumenbedarf überführt wird.
In einer besonderen Ausführungsform ist das Reaktionsadditiv ein biologisches Material, insbesondere ein Pflanzenmaterial. Es wurde festgestellt, dass mit zunehmender Menge an Pflanzenmaterial, beispielsweise mit Holz, nach entsprechendem Abzug von Wasser in der wenigstens einen Entgasungszone das Umsetzungsprodukt sich in Richtung eines rieselfähigen Feststoff entwickelt, der beispielsweise gut geeignet ist, um über Förderschnecken transportiert zu werden. Eine nachfolgende Verwendung, beispiels- weise der Transport zu und die Einbringung in Pyrolyseanlagen wird dadurch wesentlich erleichtert. Das Vorhandensein von Pflanzenmaterial im Reaktionsgemisch führt dementsprechend zu einer wesentlichen Verbesserung. Das Massenverhältnis von Kunststoffmaterial zu biologischem Material, insbesondere Pflanzenmaterial, kann beispielsweise 3:1 bis 1:1, wie etwa 3:1 bis 1,5:1 betragen, beispielsweise 2:1, Insbesondere bei Massenanteilen ab einem Drittel, bezogen auf die Gesamtmasse aus Kunststoffmaterial und biologischen Material, beispielsweise 33 bis 50 Massenprozent, insbesondere 33 bis 45 Massenprozent, wie beispielsweise 34 bis 40 Massenprozent sind gut rieselfähige Feststoffe erhältlich.
Das am Ende des Extruders erhaltene und zuvor durch die Umsetzungszone und die wenigstens eine Entgasungszone transportierte Reaktionsgemisch kann direkt oder indirekt einer Pyrolyse zugeführt werden. Das Prinzip der Pyrolyse an sich ist bekannt und beruht auf einer thermochemischen Umwandlung von Stoffen unter Ausschluss von externem Sauerstoff, üblicherweise in einen Temperaturbereich von 150°C bis 800 °C. Im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens wird als Untergrenze des Temperatur- bereichs die höchste in der Umsetzungszone oder der wenigstens einen Entgasungszone vorliegende Temperatur bevorzugt, wie etwa ein Temperaturbereich von 265 °C bis 800 °Grad. Beispielsweise handelt es sich um einen Temperaturbereich von 265 °C bis 500 °C oder 300 °C bis 500 °C. Ein weiteres Beispiel für einen Temperaturbereich ist der Bereich von 700 °C bis 800 °C, insbesondere von 750 °C bis 800 °C, der vorteilhaft dazu geeignet ist, im Kunststoffmaterial vorhandenes Calciumcarbonat in Calciumoxid und Kohlendioxid zu zersetzen und somit einen Calciumcarbonat-armen oder Calciumcarbonat-freien Pyrolyse Koks als Produkt der Pyrolyse bereitzustellen. Die Pyrolysebehandlung ist gegenüber einer Verwendung des erhaltenen druck- und hitzebehandelten Reaktionsmediums bevorzugt. In der Annahme, dass darin im Wesentlichen Polyole sowie gegebenenfalls Umbauprodukte vorhanden sind, erfordert zur Sicherstellung einer ausreichenden Qualität für deren weitere Verwendung zusätzliche Reinigungsschritte oder Trennungsschritte. Hingegen können bei einer Pyrolyse vorteilhaft Monomere der Polyole erhalten werden, bei denen eine höhere qualitative Reinheit im Vergleich mit Polyolen angenommen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Umsetzungsprodukt, also dem durch die Umsetzungszone und die mindestens einen Entgasungszone transportierten Reaktionsgemisch, das direkt oder indirekt in eine Pyrolyseanlage eingeleitet wird, um ein Reaktionsgemisch, dem zuvor gasförmige Bestandteilen mit einer Siedetemperatur unterhalb der in einer Entgasungszone vorherrschenden Temperatur von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis zu 180 °C, teilweise oder ganz entzogen wurden. Insbesondere ist es gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen möglich, ein derartiges Reaktionsgemisch einer Pyrolyse zuzuführen, welches einen geringeren Anteil von stickstoffhaltigen Bestandteilen aufweist oder frei ist von solchen Bestandteilen. Dadurch werden Pyrolyseprodukte bereitstellbar, die ihrerseits vorteilhaft weiterverwendet werden können. Insbesondere können bei der Pyrolyse flüssige, gasförmige und feste Pyrolyseprodukte erhalten werden. Hinsichtlich der flüssigen Produkte handelt es sich um Pyrolyseöle, die ihrerseits einem chemischen Cracking zugeführt werden können, bei dem hohe Anteile stickstoffhaltiger Komponenten jedoch störend wären. Erhaltenes Pyrolysegas kann zur Verstromung dienen, wobei geringe Anteile stickstoffhaltiger Komponenten die Problematik entstehender Stickoxide verringert. Feste Pyrolyseprodukte, die eine Art von Pyrolysekoks darstellen, können verschiedenen Verwendungen zugeführt werden, beispielweise als Ersatz für Carbon Black oder als ebenfalls zu verstromender Petrolkoks, sodass auch hier geringere oder fehlende Anteile stickstoffhaltiger Komponenten vorteilhaft sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen als Doppelschnecken-Extruder ausgeführten Extruder zur Durchführung eines Verfahrens wie hierin beschrieben, wobei der Extruder eine Transportzone aufweist, die eine Umsetzungszone - vorzugsweise bestehend aus mindestens drei Knetzonen und einem Rückführelement - und nach der Umsetzungszone wenigstens eine Entgasungszone umfasst, wobei in der Umsetzungszone eine Temperatur von 225 °C bis 260 °C, insbesondere 230 °C bis 250 °C vorgebbar ist, und in der wenigstens einen Entgasungszone eine Temperatur vorgebbar ist, die mindestens der Temperatur in der Umsetzungszone entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Extruder eine Entgasungszone auf, in der die gleiche Temperatur wie in der Umsetzungszone vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Extruder eine Entgasungszone auf, in der eine Temperatur im Bereich von 260 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C vorliegt, wobei und über wenigstens eine Entgasungsstelle Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform liegt im Extruder eine erste Entgasungszone vor, in der die Temperatur im Bereich von 225 °C bis 260 °C liegt und in der über eine erste Entgasungsstelle Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind, wobei nach der ersten Entgasungszone eine zweite Entgasungszone vorliegt, in der die Temperatur im Bereich von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C liegt und In der Ober eine zweite Entgasungsstelle Bestandteile des zusätzlich durch die erste Entgasungszone transportierten Reaktionsgemisches entnehmbar sind.
Auf implizite Offenbarungen hinsichtlich der Vorrichtung, die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemacht wurden, und umgekehrt wird Bezug genommen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, In der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Figuren - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Schnitdarstellung eines Extruders mit einer Entgasungszone,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Extruders mit zwei Entgasungszonen.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch, nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und zeigen lediglich wesentliche Komponenten.
Beispiele
Beispiel 1 : Extruder
In einem Pilotversuch wurde ein Labor- Extruder verwendet, der als Doppelschnecken- Extruder ausgeführt war und drei unterschiedlich lange Knet-Blöcke aufwies. Der Durchmesser der dichtkämmenden Extruderschnecken betrug 24 mm, die Länge betrug 1,2 m. Der Extruder wies eine Kühlzone und nachfolgend neun Heizzonen auf, die gleichmäßig über dessen Länge verteilt waren. Kurz vor dem Ausgang Im Bereich der letzten Zone befand sich ein Anschluss für eine Vakuumsabsaugung. Kondensate wurden in einer Kühlfalle gesammelt.
Beispiel 2: Bereitstellung eines Reaktionsgemisches
Eine Polyurethan-Matratze wurde einschließlich ihres Bezugs mittels eines Schredders zerkleinert und das geschredderte Material in kleine Kügelchen kompaktiert . 1 kg dieses Polyurethan enthaltenden Kunststoff materials wurden mit 200 ml Wasser und 200 ml 53- prozentiger Salpetersäure besprüht und befeuchtet. Diese befeuchtete Mischung wurde in ein Dosieraggregat (eine Zellradschleuse) über dem Einzug des Extruders gegeben, wobei eine Dosierung von 1 kg/h eingestellt war.
Beispiel 3: Umsetzung 1
Die Temperaturzonen wurden auf folgende Werte gestellt: gekühlt; 180; 230; 230; 230; 230; 230; 250; 250; 250°C. Hierbei wurden zunächst im Wesentlichen nicht abgebaute braune Schaumflocken ausgestoßen.
Beispiel 4: Umsetzung 2
Die Temperaturzonen wurden auf folgende Werte gestellt:
Gekühlt; 180; 250; 250; 250; 230; 230; 250; 250; 250 °C
Hierbei wurde eine weiche schwarze pastöse Masse erhalten, die sehr weich war.
Beispiel 5: Umsetzung mit Adipinsäure als Reaktionsadditiv im Wasser
1 kg des Polyurethan enthaltenden Kunststoffmaterials wurden mit 50 g pulverförmiger Adipinsäure vermischt und dann mit 200 ml Wasser besprüht und befeuchtet. Diese befeuchtete Mischung wurde in ein Dosieraggregat (eine Zellradschleuse) über dem Einzug des Extruders gegeben, wobei eine Dosierung von 1 kg/h eingestellt war.
Die Temperaturzonen wurden auf folgende Werte gestellt: gekühlt; 180; 250; 250; 250; 250; 265; 265; 265; 265; °C.
Die Drehzahl der Doppelschnecke betrug 120 rpm.
Das hitzebehandelte, entgaste und entwässerte Umsetzungsprodukt am Ende der Schnecke war braun cremig.
In der Kühlfalle wurden braune Ablagerungen aufgefangen, die sich nach analytischer Untersuchung als Diamine herausstellten,
Beispiel 6: Umsetzung mit 3%iger Wasser-Harnstoff lösung
1 kg des Polyurethan enthaltenden Kunststoffmaterials wurden mit 400 g 3%iger Wasser- Harnstofflösung besprüht und befeuchtet. Diese befeuchtete Mischung wurde in ein Dosieraggregat (eine Zellradschleuse) über dem Einzug des Extruders gegeben, wobei eine Dosierung von 1 kg/h eingestellt war.
Die Temperaturzonen wurden auf folgende Werte gestellt: gekühlt; 180; 250; 250; 250; 250; 265; 265; 265; 265; °C.
Die Drehzahl der Doppelschnecke betrug 110 rpm. Das hitzebehandelte und entgaste und entwässerte Umsetzungsprodukt am Ende der Schnecke war graubraun cremig.
In der Kühlfalle wurden braune Ablagerungen aufgefangen, die sich nach analytischer Untersuchung als Diamine herausstellten.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Extruder 10, der als Doppelschnecken- Extruder ausgeführt ist und dementsprechend über eine Extruderschnecke 14a und einen Extruderschnecke 14b verfügt. Der Extruder 10 weist eine Transportzone 12 auf, die der Figur 1 durch eine punktierte Klammer gekennzeichnet ist. Durch die Transportzone 12 verlaufen Extruderschnecken 14a und 14b, mittels derer ein Reaktionsgemisch, das über eine nicht näher ausgeführte und ohne Bezugszeichen angegebene Einfallvorrichtung, in den Extruder 10 einbringbar ist, transportierbar ist. Innerhalb der Transportzone 12 erstreckt sich eine Umsetzungszone 16 sowie eine Entgasungszone 18. In der Umsetzungszone 16 in der eine Temperatur von 220 °C bis 260 °C vorliegt, erfolgt eine Umsetzung von transportiertem Reaktionsgemisches. An die Umsetzungszone 16 schließt sich eine Entgasungszone 18 an. Diese weist eine Entgasungsstelle 20 auf, über die Bestandteile des aus der Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei den in der Entgasungsstelle 20 vorliegenden Temperaturen gasförmig sind, entnommen werden können.
Figur 2 zeigt ebenfalls einen schematischen Längsschnitt durch einen Extruder 10, der jedoch im Gegensatz zu dem in Figur 1 gezeigten Extruder eine erste Entgasungszone 18a mit einer zugehörigen ersten Entgasungsstelle 20a sowie eine zweite Entgasungszone 18b mit einer zugehörigen zweiten Entgasungsstelle 20b aufweist. Die Temperaturen in der ersten Entgasungszone 20a sind gleich oder höher als die Temperaturen in der Umsetzungszone 16, vorzugsweise in einem Bereich von 225 °C bis 260 °C. Vorzugsweise sind die Temperaturen ausreichend, um gasförmiges Wasser abzuziehen. Die Temperatur in der zweiten Entgasungszone 20b liegt über der Temperatur der ersten Entgasungszone 20a, , vorzugsweise in einem Bereich von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C, und sind vorzugsweise ausreichen, um Stickstoff haltige Bestandteile in gasförmiger Form abzuziehen. Bezugszeichenliste
10 Extruder
12 Transportzone
14a, b Extruderschnecke
16 Umsetzungszone
18 Entgasungszone
18a erste Entgasungszone
18b zweite Entgasungszone
20 Entgasungsstelle
20a erste Entgasungsstelle
20b zweite Entgasungsstelle

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Umsetzung eines ein Polyurethan enthaltenden Kunststoffmaterials in einem als Doppelschnecken-Extruder ausgeführten Extruder, umfassend folgende Schrite:
Bereitetellen eines Reaktionsgemisches, wobei das Reaktionsgemisch
- ein als Feststoff vorliegendes und ein Polyurethan enthaltendes Kunststoffmaterial,
- Wasser, und
- wenigstens ein Reaktionsadditiv, ausgewählt unter Salpetersäure, einer Carbonsäure, einer Dicarbonsäure, insbesondere Adipinsäure, einer Tricarbonsäure, insbesondere Zitronensäure, Harnstoff und/oder einem biologischen Material umfasst,
Wansportieren des Reaktionsgemisches durch die Transportzone des Extruders, in welcher zwei Extruderschnecken verlaufen, wobei die Transportzone eine Umsetzungszone umfasst, in der eine Temperatur von 225 °C bis 260 °C, insbesondere 230 °C bis zu 250 °C vorliegt, und die Transportzone weiterhin nach der Umsetzungszone wenigstens eine Entgasungszone umfasst, in der mindestens die gleiche Temperatur wie in der Umsetzungszone vorliegt und in der über wenigstens eine Entgasungsstelle Bestandteile des aus der Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind, Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Entgasungszone die gleiche Temperatur wie in der Umsetzungszone vorliegt, Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Entgasungszone eine Temperatur im Bereich von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C vorliegt und über wenigstens eine Entgasungsstelle Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Entgasungszone vorliegt, in der die Temperatur im Bereich von 225 °C bis 260 °C liegt und in der über eine erste Entgasungsstelle Bestandteile des durch die Umsetzungszone transportierten Reaktionsgemisches, die bei diesen Temperaturen gasförmig sind, aus dem Extruder entnehmbar sind, und nach der ersten Entgasungszone eine zweite Entgasungszone vorliegt, in der die Temperatur im Bereich von 265 °C bis 300 °C, insbesondere 265 °C bis 280 °C liegt und in der über eine zweite Entgasungssteile Bestandteile des zusätzlich durch die erste Entgasungszone transportierten Reaktionsgemisches entnehmbar sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsgemisch das Massenverhältnis zwischen Wasser einerseits und Polyurethan oder Polyurethan enthaltendem Kunststoffmaterial andererseits nicht mehr als 0,6 zu 1 beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis zwischen Feststoff und 100:1 bis 5:1 beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsadditiv ein biologisches Material ist, insbesondere ein Pflanzenmaterial ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das am Ende des Extruders erhaltene und zuvor durch die Umsetzungszone und die wenigstens eine Entgasungszone transportierte Reaktionsgemisch direkt oder indirekt einer Pyrolyse zugeführt wird. Als Doppelschnecken- Extruder ausgeführter Extruder (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (10) eine Transportzone (12) mit zwei darin verlaufenden Extruderschnecken (14a, 14b) aufweist, die eine Umsetzungszone (16) und nach der Umsetzungszone (16) wenigstens eine Entgasungszone (18) umfasst, wobei in der Umsetzungszone (16) eine Temperatur von 225 °C bis 260 °C, insbesondere 230 °C bis 250 °C vorgebbar ist. und in der wenigstens einen Entgasungszone (18) eine Temperatur vorgebbar ist, die mindestens der Temperatur in der Umsetzungszone entspricht.
PCT/EP2023/063455 2022-05-26 2023-05-19 Umsetzung von polyurethan in einem doppelschnecken-extruder WO2023227474A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022113375.3A DE102022113375A1 (de) 2022-05-26 2022-05-26 Umsetzung von Polyurethan in einem Extruder
DE102022113375.3 2022-05-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023227474A1 true WO2023227474A1 (de) 2023-11-30

Family

ID=86657248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/063455 WO2023227474A1 (de) 2022-05-26 2023-05-19 Umsetzung von polyurethan in einem doppelschnecken-extruder

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022113375A1 (de)
WO (1) WO2023227474A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5565161A (en) * 1991-12-13 1996-10-15 Exxon Chemical Patents Inc. Process for producing a functionalized thermoplastic polymer
US5908894A (en) * 1996-11-21 1999-06-01 Basf Aktiengesellschaft Thermoplastic polyurethanes and their preparation
JP2001098077A (ja) * 1999-07-23 2001-04-10 Kuraray Co Ltd エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂の製造方法及びペレットの製造方法
JP2012166354A (ja) * 2011-02-09 2012-09-06 Fujifilm Corp ポリエステルフィルム及びその製造方法、太陽電池用バックシート、並びに太陽電池モジュール
US20130113134A1 (en) * 2010-07-14 2013-05-09 Bayer Intellectual Property Gmbh Apparatus and process for producing products from pigment-containing polymer mixtures
US20140158195A1 (en) * 2011-08-25 2014-06-12 Fujifilm Corporation Biaxially stretched polyester film, method of producing same, and solar cell module
EP3808532A1 (de) * 2019-10-15 2021-04-21 LANXESS Corporation Recycling von gegossenem polyurethan

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2909577B2 (ja) 1993-10-29 1999-06-23 トヨタ自動車株式会社 樹脂廃材の再生方法及び装置
US7780562B2 (en) 2006-01-09 2010-08-24 General Electric Company Hybrid vehicle and method of assembling same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5565161A (en) * 1991-12-13 1996-10-15 Exxon Chemical Patents Inc. Process for producing a functionalized thermoplastic polymer
US5908894A (en) * 1996-11-21 1999-06-01 Basf Aktiengesellschaft Thermoplastic polyurethanes and their preparation
JP2001098077A (ja) * 1999-07-23 2001-04-10 Kuraray Co Ltd エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂の製造方法及びペレットの製造方法
US20130113134A1 (en) * 2010-07-14 2013-05-09 Bayer Intellectual Property Gmbh Apparatus and process for producing products from pigment-containing polymer mixtures
JP2012166354A (ja) * 2011-02-09 2012-09-06 Fujifilm Corp ポリエステルフィルム及びその製造方法、太陽電池用バックシート、並びに太陽電池モジュール
US20140158195A1 (en) * 2011-08-25 2014-06-12 Fujifilm Corporation Biaxially stretched polyester film, method of producing same, and solar cell module
EP3808532A1 (de) * 2019-10-15 2021-04-21 LANXESS Corporation Recycling von gegossenem polyurethan

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022113375A1 (de) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19705280C1 (de) Faserverstärktes Kunststoff-Formteil und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0105167B1 (de) Verfahren zum kontinuierlichen glykolytischen Hochtemperatur-Abbau von Polyurethankunststoffabfällen in Schneckenmaschinen
DE102004034039A1 (de) Extrusionsverfahren und Extruder für zellulosehaltiges Material
DE69312861T2 (de) Extrusion von Polymeren in festem Zustand zur Herstellung von Pulver
DE19955844A1 (de) Pellets aus gepresster Biomasse
DE102012002098A1 (de) Hydrothermale Karbonisierung von Kunststoffmaterial
WO2022074184A1 (de) Verfahren zur herstellung einer polyolkomposition enthaltend aus polyurethan-abfällen freigesetzte polyole
EP3412754A1 (de) Feinkohleeinsatz für einen festbettdruckvergaser
WO2023227474A1 (de) Umsetzung von polyurethan in einem doppelschnecken-extruder
DE102006042161A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von fossiler und nativer Organik aus organischen Stoffgemischen
EP0589155A1 (de) Anaerobe Behandlung stark fetthaltiger Substanzen
DE4017089C2 (de)
DE102014215627A1 (de) Verbundwerkstoff sowie Formteil aus diesem
DE19650103A1 (de) Verfahren zur Aufbereitung von Abfall
DE102004042659A1 (de) Brennstoffformkörper, insbesondere Spelzen enthaltend, sowie Verfahren zu dessen Herstellung
WO2023227473A1 (de) Umsetzung von polyurethan in einem sich verjüngenden reaktor
EP0271628A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Veredelungsproduktes aus Klärschlämmen
EP1419114B1 (de) Verfahren zur behandlung von schlamm
DE102022002721A1 (de) Verfahren zum Einsatz von Biokohle bei der Herrstellung von Beton mit einer verbesserten CO2-Bilanz
DE2264924A1 (de) Verfahren zur erzeugung eines gasgemisches
DE102017206190A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Biogasanlage und zur Nutzung von Gülle
EP0192807A2 (de) Verfahren zur Herstellung reaktiver, kohlenstoffreicher Presslinge
WO1999025790A1 (de) Verfahren zur herstellung von synthesegas oder flüssigen kohlenwasserstoffen aus nachwachsenden, zellulosehaltigen roh- oder abfallstoffen
DE102007004145A1 (de) Verfahren zur Entsorgung energiehaltiger Abfallstoffe und Verfahren zur Herstellung von Formlingen
DE4234786C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Formaktivkohle aus durch Verkokung von Altholz gewonnener Holzkohle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23727989

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)