NL2032491B1 - Werkwijze voor het verwerken van afvaldelen met een hoog gehalte aan hardkunststofschuim - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het verwerken van afvaldelen met een hoog gehalte aan hardkunststofschuim 5 Bij een werkwijze voor het verwerken van hard kunststof schuim wordt het kunststof schuim eerst in een inerte omgeving gebracht, waar deze vervolgens wordt verkleind en verpulverd. Hierbij worden vrijkomende metalen en overige vervuilingen gescheiden van het kunststof schuim. De inerte omgeving wordt geconditioneerd middels 10 warmtewisselaren tot minimaal 30—90 °C, middels koelsproeitorens tot een relatieve luchtvochtigheid kleiner dan 30%. Hierbij komen meer dan 95% van de aanwezige drijfgassen vrij uit het kunststof schuim en deze worden afgevangen en gecondenseerd tot vloeistoffen in een cryogene condensator. Het resulterende kunststofschuimpoeder met deeltjesgrootte van 100—500 micrometer wordt vervolgens geperst tot briketten van 15 6—10 cm doorsnede, en een dichtheid van 250—450 kg/m3, of wordt verder verkleind tot een poeder met een deeltjesgrootte kleiner dan 50 micrometer. Dit poeder wordt vervolgens vermengd met een laag viskeuze polyolblend en onder 80—150 bar geïnjecteerd in een productie—installatie voor PU—isolatie. In de schuimkop vermengt de suspensie zich met de polyolen en isocyanaten, waarmee PU—isolatiemateriaal 20 opgeschuimd met gerecycled kunststofschuimpoeder wordt vervaardigd.

Description

Werkwijze voor het verwerken van afvaldelen met een hoog gehalte aan hardkunststofschuim

BESCHRIJVING:

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor recyclen van afvaldelen met een hoog gehalte aan hardkunststofschuim, in het bijzonder hardkunststofschuimdelen van polyurethaan (PU), tot nieuwe grondstoffen.

Stand van de techniek

Recyclen van producten wordt steeds meer aangemoedigd door overheden en instanties. Hiertoe dient voor oude materialen een methode van verwerken tot herbruikbare grondstoffen te worden ontwikkeld en voor deze grondstoffen nieuwe toepassingen en verwerkingsmethoden te worden bedacht. EPS en XPS recycletechnieken zijn bekend en worden reeds toegepast, PUR en PIR recycletechnieken zijn op laboratoriumschaal bekend, maar zijn op dit moment technisch-economisch niet haalbaar op industriële schaal.

Samenvatting van de uitvinding

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze om afvaldelen van hardkunststofschuim in de vorm van productieafval, montageafval of end-of-life afval op een duurzame manier te recyclen tot grondstof of nieuw product. De werkwijze volgens de uitvinding is hiertoe gekenmerkt door: - het verkleinen van de hardkunststofschuimdelen tot deeltjes met een grootte van maximaal 500 um in een luchtdicht afgesloten ruimte waarin een atmosfeer aanwezig is met een zuurstofgehalte van maximaal 10%, - het tijdens het verkleinen op een temperatuur van minimaal 30 °C houden van de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer, en

- het afvangen van tijdens het verkleinen vrijkomende gassen door deze cryogeen te condenseren.

Het is voor de installatie kritiek om meer dan 95% van de aanwezige drijfgassen in het kunststofschuim vrij te laten komen en af te vangen. Om dit te kunnen bereiken dienen de hardkunststofschuimdelen voldoende verkleind te worden en dient de atmosfeer te worden geconditioneerd op de wijze zoals aangegeven. Het is van groot belang voor het efficiënt vrijkomen van drijfgassen uit de schuimen dat de concentratie in de atmosfeer zo laag mogelijk wordt gehouden. Vanwege de aanwezigheid van pentanen en schadelijke drijfgassen in het hardkunststofschuim zoals CFK-11, HCFK- 141b en HFK's vindt het verwerkingsproces plaats in een gesloten ruimte waarin een stikstof atmosfeer aanwezig is met een laag zuurstofgehalte.

Cryogene condensatie is een bekende techniek, waarbij met name vloeibare stikstof gebruikt wordt, om vluchtige organische stof (VOS) in een uitlaatgasstroom te condenseren en te bevriezen. Gecondenseerde en bevroren VOS- deeltjes worden verwijderd om een schone gasstroom achter te laten voor afvoer naar de atmosfeer. Deze technologie is met name geschikt voor afvalstromen met een laag debiet die oplosmiddelen bevatten met een laag kook-/vriespunt. De teruggewonnen

VOS-deeltjes kannen worden hergebruikt.

Om de aanwezige drijfgassen in het kunststofschuim beter vrij te laten komen, worden de hardkunststofschuimdelen bij voorkeur verkleind tot deeltjes met een grootte van maximaal 250 um. Om de hardkunststofschuimdelen efficiënt te verkleinen gebeurt dit bij voorkeur in twee stappen.

Om de aanwezige drijfgassen in het kunststofschuim nog beter vrij te laten komen, wordt tijdens het verkleinen de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer bij voorkeur op een temperatuur van minimaal 40 °C gehouden wordt. Bij voorkeur is deze temperatuur maximaal 90 °C.

Om het verkleinen en vrijmaken van drijfgassen nog efficiënter te laten verlopen, wordt tijdens het verkleinen bij voorkeur een relatieve luchtvochtigheid van de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer aangehouden van minder dan 30%.

De relatieve luchtvochtigheid wordt bij voorkeur gecreëerd met behulp van koelsproeitorens welke in een deelstroom van de atmosfeer condensatie forceren door het te koelen tot onder 12 °C.

De temperatuur van ten minste 30 °C wordt bij voorkeur aangehouden met behulp van een stofresistente warmtewisselaar die de balans bewaakt tussen de koeling van sproeitorens, natuurlijk warmteverlies en de stijging in temperatuur door het verwerken van hardkunststofschuim.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat na het verder verkleinen van de hardkunststofschuimdelen in de tweede shredder de hardkunststofschuimdelen nog verder verkleind worden tot poeder en daarvan PU-poeder wordt gemengd et een polyolblend in een verhouding van maximaal 65% PU poeder, en minimaal 35% polyolblend, vervolgens de resulterende 0 suspensie in beweging wordt gehouden en wordt verwarmd tot minimaal 40°C, daarna de suspensie naar schuimkoppen van een productie-installatie voor isolatiemateriaal wordt gebracht, waar de suspensie wordt vermengd met polyolblend en isocyanaat.

Voor het volgens deze werkwijze met gerecycled kunststof poeder produceren van PU- isolatiemateriaal is minder brandvertrager, minder polyolblend en minder isocyanaat nodig dan bij de bekende productiewijze waarbij geen gerecyclede materialen gebruikt wordt.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat na het verder verkleinen van de hardkunststofschuimdelen in de tweede shredder de hardkunststofschuimdelen middels compressie tot brikketten van 6- 10 cm doorsnede worden gecomprimeerd, zonder gebruik van verklevende middelen.

Hierbij wordt een gewicht van meer dan 200 kg/m3 behaald. Briketten zijn geschikt voor transport en vanwege de hoge zuiverheid geschikt voor chemische conversie.

Beknopte omschrijving van de tekeningen

Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding. Hierbij toont:

Figuur | een schematische voorstelling van een werkwijze volgens de uitvinding;

Figuur 2 een voorbeeld van de eerste shredder;

Figuur 3 een voorbeeld van de tweede shredder;

Figuur 4 de werking van een inrichting voor het afvangen van drijfgassen;

Figuur 5 een zig-zag shifter voor het scheiden van materialen met dichtheden die niet veel van elkaar verschillen;

Figuur 6 een kruisslagmolen voor het tot fijne poeder vermalen van de hardkunststof delen; en

Figuur 7 een schematische voorstelling van een fabricagemethode voor het vervaardigen van PU-isolatiemateriaal.

Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen

In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding schematisch weergegeven. Van afvaldelen 1 in de vorm van prodactieafval, montageafval of end-of-life afval met een hoog gehalte aan hardkunststofschuim, worden in stap I van de werkwijze de hardkunststofschuimen geanalyseerd en in stap II van de werkwijze gesorteerd in afzonderlijke batches 3 afhankelijk van oorsprong en chemische bestandsdelen, zoals PUR, PIR, EPS, XPS. Vervolgens worden de batches 3 afzonderlijk verwerkt.

Vanwege de aanwezigheid van pentanen en schadelijke drijfgassen zoals

CFK-11, HCFK-141b en HFK’s in hardkunststofschuim wordt het verwerkingsproces uitgevoerd in een afgesloten ruimte met inerte stikstof atmosfeer. Bepaalde hardkunststofschuimisolatiematerialen zoals sandwichpanelen kunnen een lengte bereiken van 25 meter. De vooraf gesorteerde batches moeten in de inerte omgeving worden gebracht via een luchtsluis voordat verkleining plaats kan vinden. De luchtsluis is geconfigureerd om zoveel mogelijk afvaldelen te accepteren zonder vooraf het materiaal te hoeven verkleinen.

Na de luchtsluis komt het hardschuim op een transportsysteem. Dit systeem is zodanig ontworpen dat batchgewijs getransporteerd hardschuim uit de luchtsluis continu aangevoerd wordt naar een shredder, waarin de afvaldelen in een derde processtap IN wordt verkleind. Het kunststof schuim wordt in de shredder geleid met een speciaal ontworpen horizontale invoer, zodat continue toevoer kan plaatsvinden ongeacht de dimensies van het te verwerken afval. De shredder betreft een snel roterende hamermolen met horizontale as, waarbij middels een rooster het materiaal de shredder pas kan verlaten na voldoende verkleining. In figuur 2 is een uitvoeringsvorm van een dergelijke shredder weergegeven. In de shredder wordt het hard kunststofschuim onder hoge snelheid verpulverd, zodanig dat het materiaal desintegreert in een mengsel van sorteerbare grondstoffen. 5 De shredder is geplaatst in een inerte atmosfeer. De condities van de atmosfeer bepalen in grote mate het verdampen van drijfgassen. Vrijkomende drijfgassen en stof worden afgezogen uit de shredder. Het is voor de installatie kritiek om meer dan 95% van de aanwezige drijfgassen in het kunststofschuim vrij te laten komen en af te vangen. Daartoe wordt de atmosfeer als volgt geconditioneerd: - de relatieve luchtvochtigheid wordt onder de 30% gehouden, proces A, met behulp van koel sproeitorens welke in een deelstroom van de atmosfeer condensatie forceert door het te koelen tot onder 12 °C; - de temperatuur wordt tussen 30-90 9C gehouden, proces B, met behulp van een stofresistente warmtewisselaar welke de balans bewaakt tussen de koeling van sproeitorens, natuurlijk warmteverlies en de stijging in temperatuur door het verwerken van hardkunststofschuim; en - vrijgekomen drijfgas wordt cryogeen gecondenseerd, proces C. om de concentratie drijfgas in de atmosfeer zo laag mogelijk te houden zodat drijfgas zo efficiënt mogelijk vrijkomt uit het hardkunststofschuim.

In figuur 4 is een systeem voor cryogene condensatie weergegeven, waarbij met name vloeibare stikstof gebruikt wordt, om vluchtige organische stof (VOS) in een uitlaatgasstroom te condenseren en te bevriezen. Gecondenseerde en bevroren VOS-deeltjes worden verwijderd om een schone gasstroom achter te laten voor afvoer naar de atmosfeer. Deze technologie is met name geschikt voor afvalstromen met een laag debiet die oplosmiddelen bevatten met een laag kook- /vriespunt. Het in figuur 4 getoonde systeem bestaat uit twee parallelle lussen met in elke lus een condensor 11 en een recuperator 13. Het koude gas dat de condensor 11 verlaat, wordt gebruikt om de procesafvalgasstroom in de recuperator 13 voor te koelen om de procesefficiëntie te verbeteren. Stikstof wordt teruggewonnen in gasvorm, na

VOS-condensatie, en geleverd aan het gasdistributienetwerk van de fabriek voor gebruik in productieprocessen; teruggewonnen VOS worden ook hergebruikt, na verdere verwerking.

In een vierde processtap IV worden de na verkleining resulterende delen gescheiden. De grove fractie stoffen worden uit de shredder geleid en uit de inerte omgeving gebracht middels continue opererende luchtsluizen. Het metaal wordt gescheiden middels elektromagneten. Kunststof vervuilingen, hout, glas en andere

Testfracties worden gescheiden middels zig-zag shifters. Ter illustratie is in figuur 5 een voorbeeld van een zig-zag shifter weergegeven. In de zig-zag shifter kunnen materialen met dichtheden die niet veel van elkaar verschillen gemakkelijk worden gescheiden. Uit de aanvoerstroom 15 worden de zwaardere delen 17 van de lichtere delen 19 gescheiden.

Non-ferro metalen worden middels wervelstroomscheiding gesorteerd.

De afgescheiden metaalfractie wordt gescheiden in ferro en non-ferro naar een opslag getransporteerd. Eventuele vervuilingen in het hardkunststofschuim materiaal zoals hout, glas of rubber blijven na deze scheiding over en worden separaat opgeslagen. Het resterende kunststofschuim wordt afgevangen middels cyclonen en stoffilters, en in een vijfde processtap V verder verkleind in een 2° shredder waar het hardkunststofschuim in wordt geleid middels continue luchtsluizen.

In deze 2° shredder wordt het hardkunststofschuim verder verkleind tot een grootte van 100-500 micrometer. De 2° shredder betreft een verticale as met snel roterende hamers in een statische kolom, waarbij middels een luchtstroom het lichte materiaal zich door de shredder verplaatst. Hierbij wordt het kunststofschuim zodanig verpulverd dat alle cellen in het schuim openbreken, waardoor de restanten drijfgassen kunnen ontsnappen. In figuur 3 is een voorbeeld van een dergelijke shredder getoond.

Om deze drijfgassen op te vangen is ook de 2° shredder geplaatst in een inerte ruimte. De luchtstroom waarmee het materiaal door de shredder wordt gedreven en afgevoerd betreft ook een stikstofatmosfeer. De stikstofatmosfeer in de 2° shredder wordt op eenzelfde manier gecontroleerd als bij de eerste shredder, met koel sproeitorens, stofresistente warmtewisselaar en cryogene condensator. Na de 2° shredder zijn meer dan 98% van de cellen in het harde kunststofschuim gebroken. Meer dan 95% van de drijfgassen zijn uit het harde kunststofschuim vrijgekomen. Deze drijfgassen komen als vloeistoffen vrij uit de cryogene condensator, welke worden overgeheveld in mobiele drukvaten voor verdere verwerking.

Het schuimpoeder wordt vervolgens op 2 manieren verder verwerkt:

1. Processtap VI: compressie tot briketten van 6-10 cm doorsnede, zonder gebruik van kleefmiddelen. Hierbij wordt een gewicht van 250-450 kg/m3 behaald. Briketten zijn geschikt voor transport en vanwege de hoge zuiverheid geschikt voor chemische conversie. 2. Processtap VII: verdere verkleining van het poeder tot kleiner dan 50 micrometer doorsnede, door het poeder door een snel roterende kruisslagmolen te leiden middels blaastransport. De kruisslagmolen moet een snelheid behalen van 4.000-8.000 RPM voor de juiste deeltjesgrootte en dimensionering. Ter illustratie is in figuur 6 een voorbeeld van een kruisslagmolen weergegeven. Door de verkleining van het poeder tot deeltjes kleiner dan 50 micrometer is het poeder uitermate geschikt voor mengen in vloeistoffen en mechanische verwerking.

In figuur 7 is een schematische voorstelling van een fabricagemethode voor het vervaardigen van PU-isolatiemateriaal uit dit poeder weergegeven. Het poeder 21 met deeltjesgrootte kleiner dan 50 micrometer wordt vermengd met polyolblend 23 in een verhouding van maximaal 65% PU poeder, en minimaal 35% polyolblend. De resulterende suspensie 25 wordt in beweging gehouden 27 en verwarmd 29 tot minimaal 409C. Vervolgens wordt de suspensie 25 met slijtage resistente pompen 31 op hoge druk naar een schuimkop 33 van de PU productie installatie gebracht. De schuimkop 33 is voorzien van drie kanalen. In een kanaal wordt de suspensie 25 geïnjecteerd bij 80-150 bar druk en vermengd met polyolblend 23 en isocyanaat 35.

Hierdoor wordt het hard kunststofpoeder toegevoegd aan de te produceren PU isolatie.

In de toevoerleiding naar de schuimkop 33 bevindt zich een snel acterende klep 37 om injectie te starten/stoppen. Een aftakking van deze toevoerleiding vormt terugvoerleiding waarin zich een drukregulator 39 bevindt, om de suspensie 25 voor injectie op de correcte druk te brengen. Daarnaast wordt er een overmaat aan suspensie 25 naar de schuimkop 33 geleid en retour gebracht. Op deze wijze blijft de suspensie in beweging en kan het op de correcte temperatuur worden gehouden om de viscositeit te controleren. De resulterende PU isolatie met gerecycled kunststof poeder behoeft minder brandvertrager, minder polyolblend en minder isocyanaat om geproduceerd te worden.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm afwijkende uitvoeringsvormen binnen het door de conclusies gedefinieerde kader.

Claims (11)

CONCLUSIES:

1. Werkwijze voor het verwerken van afvaldelen van hardkunststofschuim, omvattende: - het verkleinen van de hardkunststofschuimdelen tot deeltjes met een grootte van maximaal 500 um in een luchtdicht afgesloten ruimte waarin een atmosfeer aanwezig is met een zuurstofgehalte van maximaal 10%, - het tijdens het verkleinen op een temperatuur van minimaal 30 °C houden van de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer, en - het afvangen van tijdens het verkleinen vrijkomende gassen door deze cryogeen te condenseren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hardkunststofschuimdelen verkleind worden tot deeltjes met een grootte van maximaal 250 um.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het verkleinen van de hardkunststofschuimdelen in twee stappen gebeurt.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat tijdens het verkleinen de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer op een temperatuur van minimaal 40 °C gehouden wordt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat tijdens het verkleinen de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer op een temperatuur tussen 40 9C en 90 9C gehouden wordt.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tijdens het verkleinen een relatieve luchtvochtigheid van de in de afgesloten ruimte aanwezige atmosfeer wordt aangehouden van minder dan 30%.

7. Werkwijze voor het verwerken van afvaldelen met een hoog gehalte aan hardkunststofschuim omvattende: - het analyseren van chemische bestandsdelen van het hardkunststofschuim in de afvaldelen, - het scheiden van de afvaldelen in afzonderlijke batches op basis van chemische bestandsdelen van het aanwezige hardkunststofschuim in de afvaldelen, - het verwerken van elke batch in een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies.

8. Werkwijze volgens conclusie 3 en 7, met het kenmerk, dat na de eerste verkleinstap de hardkunststofschuimdelen van de niet-hardkunststofschuimdelen worden afgescheiden.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de relatieve luchtvochtigheid wordt gecreëerd met behulp van koelsproeitorens welke in een deelstroom van de atmosfeer condensatie forceren door het te koelen tot onder 12

°C.

10. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de temperatuur van ten minste 30 °C wordt aangehouden met behulp van een stofresistente warmtewisselaar die de balans bewaakt tussen de koeling van sproeitorens, natuurlijk warmteverlies en de stijging in temperatuur door het verwerken van hardkunststofschuim .

11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat na het verder verkleinen van de hardkunststofschuimdelen in de tweede shredder de hardkunststofschuimdelen nog verder verkleind worden tot poeder en daarvan PU- poeder wordt gemengd et een polyolblend in een verhouding van maximaal 65% PU- poeder, en minimaal 35% polyolblend, vervolgens de resulterende suspensie in beweging wordt gehouden en wordt verwarmd tot minimaal 409C, daarna de suspensie naar schuimkoppen van een productie-installatie voor isolatiemateriaal wordt gebracht, waar de suspensie wordt vermengd met polyolblend en isocyanaat.