AT13181U1

AT13181U1 - Verfahren für das Herstellen von Brennstoffpellets

Info

Publication number: AT13181U1
Application number: ATGM229/2012U
Authority: AT
Inventors: Hermann Wagner
Original assignee: Piwag Entsorger Gmbh
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-08-15
Also published as: DE202013004754U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Herstellen von Brennstoffpellets aus Kunststoffabfällen und/oder aus Zellulosefasern enthaltendem Material, wobei das zu verarbeitende Material in mehreren zeitlich hintereinander verlaufenden Extrudiervorgängen geknetet, verdichtet und schließlich durch eine Lochmatrize (3.4) gepresst wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Material öfter als einmal durch einen Extrudiervorgang durch eine Lochmatrize zu pressen, wobei vorzugsweise von Extrudiervorgang zu Extrudiervorgang Lochmatrizen mit jeweils verkleinertem Durchmesser der Löcher verwendet werden.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 181 U1 2013-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Herstellen von Brennstoffpellets. Das erfin-dungsgemäße Verfahren ist insbesondere dazu gut anwendbar, Pellets aus Kunststoffabfällen und aus pflanzlichen, Zellulosefasern enthaltenden Materialien zu bilden.

[0002] Zurzeit werden die meisten als Brennstoff eingesetzten Pellets die aus pflanzlichem Rohmaterial bestehen, in Kollergangpressen geformt. Eine derartige Presse weist eine Matrize in Form einer gelochten Fläche und mehrere Wälzkörper auf, welche an der Matrize abrollen. Das zu Pellets zu pressende Rohmaterial ist gemeinsam mit den Rollen an einer Matrizenseite angeordnet; es wird durch die Rollen durch die Löcher in der Matrize hindurchgepresst und dabei verdichtet. An der von den Rollen abgewandten Seite der Matrize werden die aus den Löchern der Matrize hervorquellenden Stränge verpressten Materials zu kurzen Pellets abgebrochen oder abgeschnitten. Das Verfahren ist dann gut anwendbar, wenn die für das Verpres-sen relevanten Materialeigenschaften verlässlich vorliegen und wenn die Anforderungen an Festigkeit und Mindestgröße der Körner des Endproduktes nicht all zu hoch sind.

[0003] In den Schriften EP 159989 B1, AT 401525 B, DE 19918815 A1, AT 406565 B, EP 1916288 A2, CN 101797814 A und CN 101367272 B wird vorgeschlagen Brennstoffpellets aus Biomasse und/oder Papier und/oder Altkunststoffgranulat und/oder Ölen, Fetten, Lackresten etc. zu bilden, indem das Rohmaterialgemenge in einem Extruder (auch " Schneckenpresse " oder "Extruderschnecke" genannt) verdichtet und durch eine Lochmatrize gepresst wird. Es hat sich gezeigt, dass erhebliche Schwierigkeiten bestehen, damit reproduzierbar Pellets zu erzeugen. Sehr häufig ist das Ergebnis nicht befriedigend, da entweder die erforderlichen Presskräfte zu hoch sind oder weil die entstanden Pellets zu brüchig und/oder zu klein und untereinander zu unterschiedlich sind.

[0004] Gemäß den Schriften DE 3412158 C2, EP 186766 B1, CN 201736452 U und KR 20110016760 A wird Kunststoffabfall vorwiegend zu für die Verbrennung bestimmten Briketts oder Pellets rezykliert, indem der Abfall in mehreren Extrudern, welche hintereinander und teilweise auch im gleichen Pressraum nebeneinander liegen können, geknetet und verdichtet schließlich durch eine Lochmatrize gepresst. Das intensivere Kneten an zwei oder mehreren Extrudern anstatt nur in einem Extruder bewirkt bessere Fließfähigkeit des Materialgemisches und letztendlich besseren inneren Zusammenhalt der ausgepressten Pellets bzw. Briketts. Zwischen einzelnen Extrudern können zudem weitere Substanzen zugegeben werden um Eigenschaften und Materialzusammensetzung gezielter zu beeinflussen. Das Ergebnis ist dennoch nicht immer befriedigend. Es treten doch immer wieder die Probleme auf, dass entweder die erforderlichen Presskräfte zu hoch sind oder dass die entstanden Pellets zu brüchig und/oder zu klein und untereinander zu unterschiedlich sind.

[0005] Beispielsweise gemäß der DE 19854533 A1 wird vorgeschlagen eine Extruderschnecke durch Wasser zu kühlen, welches durch Hohlräume in der Extruderschnecke gepumpt wird, während die Extruderschnecke arbeitet.

[0006] Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt die Aufgabe an die Erfindung darin, ein Verfahren bereit zu stellen, mit Hilfe dessen Materialien und Materialgemische, welche Altkunststoffe und/oder natürliche oder künstliche Fasermaterialen und auch Flüssigkeitsanteile enthalten können zu Pellets verdichtet werden können. Gegenüber den vorbekannten Verfahren soll es besser möglich werden, untereinander in Größe und Materialeigenschaften möglichst gleichartige Pellets mit hoher mechanischer Festigkeit herzustellen, ohne dass daneben ein nennenswert hoher Anteil an feinerem Granulat oder Staub anfällt.

[0007] Für das Lösen der Aufgabe wird von jenen Verfahren ausgegangen bei denen das zu verarbeitende Material in mehreren zeitlich hintereinander auf das Material einwirkenden Extrudern geknetet und verdichtet und schließlich durch eine Lochmatrize gepresst wird. Als erfindungsgemäße Verbesserung wird vorgeschlagen, das Material nicht nur nach dem letzten Extrudiervorgang durch eine Lochmatrize zu pressen, sondern schon nach mindestens einem vorherigen Extrudiervorgang. Bevorzugt wird beim letzten Extrudiervorgang durch eine Loch- 1 /5 österreichisches Patentamt AT13181U1 2013-08-15 matrize eine solche Lochmatrize vorgesehen, bei welcher der Durchmesser der Löcher kleiner ist als der Durchmesser bei den Lochmatrizen durch welche das Material schon vorher hindurchgepresst wurde.

[0008] Durch das erfindungsgemäße Merkmal, nämlich das mehrmalige Extrudieren durch Lochmatrizen hindurch - bevorzugt mit von Extrudiervorgang zu Extrudiervorgang abnehmendem Lochdurchmesser -, erreicht man eine sehr viel bessere Verbindung der einzelnen Komponenten des Rohmaterials zu einer homogenen, letztendlich festen Substanz, als dies ohne dieses Merkmal möglich wäre.

[0009] Die Erfindung wird an Hand eines Schaubildes veranschaulich: [0010] Fig. 1: zeigt stilisiert in Teilschnittansicht eine beispielhafte Vorrichtung für die Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0011] Gemäß Fig. 1 werden Pellets in drei Verfahrensabschnitten hergestellt, welche jeweils an einer separaten Pelletiervorrichtung 1,2, 3 durchgeführt werden.

[0012] Jede Pelletiervorrichtung 1, 2, 3 umfasst einen Extruder 1.3, 2.3, 3.3, einen diesen antreibenden Antrieb 1.1., 2.1, 3.1 und einen Einfülltrichter 1.2, 2.2, 2.3 dazu, durch welchen das zu extrudierende Material dem jeweiligen Extruder zugeführt wird. Weiters umfasst jede Pelletiervorrichtung jeweils eine Lochmatrize 1.4, 2.4, 3.4, welche typischerweise als flache, kreisförmige Scheibe ausgebildet ist, deren Fläche durch einen gleichmäßigen Lochraster aus Löchern mit kreisförmigen Querschnittsflächen gleichen Durchmessers vielfach durchbrochen ist. Idealerweise werden von Verfahrensschritt zu Verfahrensschritt Lochmatrizen mit jeweils kleinerem Durchmesser der Löcher verwendet. Beispielsweise kann die Lochmatrize 1.4 Löcher mit 15 mm Durchmesser haben, die Lochmatrize 2.4 Löcher mit 10 mm Durchmesser und die Lochmatrize 3.4 Löcher mit 6 mm Durchmesser.

[0013] Im dargestellten Beispiel ist hinter jeder Lochmatrize ein Brecher 1.5, 2.5, 3.5 angeordnet, welcher die aus den Löchern der Lochmatrize hervorquellenden Materialstränge abbricht, sodass Pellets von einigermaßen definierter Länge, beispielsweise etwa 10 mm Länge, gebildet werden. Ein Brecher kann beispielsweise durch eine propellerartig rotierende Anordnung von Leisten gebildet sein.

[0014] Es hat sich gezeigt, dass es besser ist, die aus den Lochmatrizen hervorquellenden Materialstränge in einem geringen Abstand von den Lochmatrizen abzubrechen, anstatt sie direkt an den Lochmatrizen durch eine Schneide abzuschneiden. Gegenüber dem Abschneiden ist beim Brechen der Energie- und Wartungsaufwand geringer da die Materialstränge dabei an "natürlichen" Bruchlinien zu Pellets auseinanderfallen.

[0015] Wirklich wichtig ist das Brechen bzw. Abschneiden der aus einer Lochmatrize kommenden Materialstränge erst nach dem letzten Verfahrensabschnitt, also an der Pelletiervorrichtung 3. Für die Extrusion im zweiten und dritten Verfahrensabschnitt ist es ziemlich egal, ob kurze Pellets oder längere Extrusionsprodukte zugeführt werden.

[0016] In den einzelnen Pelletiervorrichtungen kommt es durch innere Reibung zu erheblicher Erwärmung des verarbeiteten Materials und von Anlagenteilen. Es kann sinnvoll sein, die Extruderschnecken und/oder die Ummantelung zu kühlen.

[0017] Die automatische Erwärmung des verarbeiteten Materials ist an sich fast immer ein vorteilhafter Effekt, weil dadurch Fließ- und Verbindungsfähigkeit verbessert wird und weil Wasseranteil, welcher im verarbeiten Material enthalten ist, gut wegtrocknet wenn das Material aus den einzelnen Lochmatrizen 1.4, 2.4, 3.4 quillt. Das Trocknen wird durch das Brechen der aus den Lochmatrizen quellenden Materialstränge beschleunigt, da damit die Oberfläche vergrößert wird.

[0018] Um das Trocknen zu verstärken ist es vorteilhaft die Luft im Bereich nach den Ausgängen aus den Lochmatrizen durch ein Gebläse in Bewegung zu halten und womöglich ständig auszutauschen. 2/5 österreichisches Patentamt AT 13 181 U1 2013-08-15 [0019] Es ist übrigens nicht erforderlich dass - wie dargestellt - das aus einem Verfahrensabschnitt kommende Material, sehr zeitnah im nächsten Verfahrensabschnitt weiterverarbeitet wird. Beispielsweise kann man im Bedarfsfall das aus der ersten oder zweiten Stufe kommende Zwischenprodukt länger trocknen und es erst dann dem nächsten Verfahrensabschnitt zuführen.

[0020] Es hat sich gezeigt, dass die durch die Antriebe 1.1, 2.1, 3.1 aufzubringende Antriebsleistung je pro Zeit zu verarbeitetem Materialgewicht in jedem Verfahrensabschnitt etwa gleich groß sein kann, wenn die Lochmatrizen in den einzelnen Verfahrensabschnitten gleiche Außenabmessungen aufweisen. Damit ist es gut möglich, an Stelle der dargestellten drei kompletten Pelletiervorrichtungen 1, 2, 3, die jeweils genau einen Verfahrensabschnitt durchführen, nur eine einzige Pelletiervorrichtung vorzusehen und diese für das gleiche Material dreimal hintereinander zu verwenden und dabei vor den einzelnen Verfahrensabschnitten die jeweils passende Lochmatrize einzusetzen.

[0021] Das heißt, man kann eine Menge Rohmaterial im ersten Verfahrensabschnitt durch die Pelletiervorrichtung 1 verarbeiten lassen, wobei die Lochmatrize 1.4 eingesetzt wird, bei welcher der Durchmesser der Löcher des Lochrasters beispielsweise 15 mm beträgt.

[0022] Das dabei gewonnenen Zwischenprodukt wird zwischengespeichert. Dann wird die Lochmatrize 1.4 an der Pelletiervorrichtung 1 durch die Lochmatrize 2.4 ersetzt, bei welcher der Durchmesser der Löcher des Lochrasters beispielsweise 10 mm beträgt und das Zwischenprodukt aus dem ersten Verfahrensschritt wird ein weiteres Mal in der Pelletiervorrichtung 1 verarbeitet. Schließlich führt man an den Verfahrensschritt ein drittes Mal an der Pelletiervorrichtung 1 durch, wobei man die Lochmatrize 3.4 verwendet, bei welcher der Durchmesser der Löcher des Lochrasters beispielsweise 6 mm beträgt. In dieser Arbeitsweise kann man zwar nur Batchweise und mit etwas höherem Rüstaufwand produzieren, findet aber mit sehr geringen Anlagenkosten das Auslangen.

[0023] An vorteilhaften Aspekten die über die Erfüllung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe hinaus erreicht werden, seien kurz aufgelistet: [0024] Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind nicht nur für das Pelletieren übliche Materialien und Materialgemische besser zu Pellets verarbeitbar, es werden auch solche Materialien und Materialgemische zu Pellets verarbeitbar, welche bisher - typischerweise wegen zu hoher Brüchigkeit oder wegen zu geringer Fließfähigkeit - nicht pelletierbar waren.

[0025] Man findet je Verarbeitungsstufe mit relativ geringer Antriebsleistung das Auslangen, was die Anlagenkosten verringert. Wenn man den Energiebedarf für das Trocknen des Materials mitberücksichtigt ist der Gesamtenergiebedarf vergleichsweise gering.

[0026] Durch die Nutzung der Abwärme in den einzelnen Verarbeitungsstufen erspart man sich eine separate Trocknung des Rohmaterials, da die Restfeuchte während der Verarbeitung entweicht. Der mehrstufige Knet- und Verdichtungsvorgang ist vergleichsweise schonend für das zu verarbeitende Material sowie für die einzelnen Anlagenteile.

[0027] Im Rohmaterial stören Feinanteile, Verunreinigungen und Bereiche mit entmischten Materialanteilen kaum bis gar nicht. Das heißt man kann auch relativ schlecht aufbereitetes Rohmaterial zu hochqualitativen Pellets verarbeiten.

[0028] Da das Rohmaterial nicht vorgetrocknet zu werden braucht, und nach der ersten Verarbeitungsstufe schon relativ kompakt ist, gibt es kaum Brandgefahr in der Anlage. 3/5

Claims

österreichisches Patentamt AT 13 181 U1 2013-08-15 Ansprüche 1. Verfahren für das Herstellen von Brennstoffpellets aus Kunststoffabfällen und/oder aus Zellulosefasern enthaltendem Material, wobei das zu verarbeitende Material in mehreren zeitlich hintereinander stattfindenden Extrudiervorgängen geknetet, verdichtet und schließlich durch eine Lochmatrize (3.4) gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material öfter als einmal durch einen Extrudiervorgang durch eine Lochmatrize gepresst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von Extrudiervorgang durch eine Lochmatrize zu Extrudiervorgang durch eine Lochmatrize, Lochmatrizen mit jeweils verringertem Durchmesser der Löcher verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Extrudiervorgänge mit jeweils dahingehend unterschiedlichen Lochmatrizen durchgeführt werden, dass der Durchmesser der Löcher der Lochmatrize von Extrudiervorgang zu Extrudiervorgang verringert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Extruder (1.3) zeitlich hintereinander mehrere Extrudiervorgänge durch jeweils unterschiedliche Lochmatrizen hindurch durchgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einem früheren Extrudiervorgang durch eine Lochmatrize quellenden Materialstränge mechanisch zu Pellets begrenzter Länge gebrochen werden, bevor das Zwischenprodukt dem nächstfolgenden Extrudiervorgang zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem früheren Extrudiervorgang gewonnenen Zwischenprodukt getrocknet wird, bevor es dem nächsten Extrudiervorgang zugeführt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5