DE202004007111U1

DE202004007111U1 - Maschine zur Herstellung definierter Brennstoffqualitäten

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Publication number: DE202004007111U1
Application number: DE200420007111
Authority: DE
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Priority date: 2004-05-03
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2014-05-04

Abstract

Maschine zur Gewinnung von Ersatzbrennstoffen definierter Qualität, wobei der Sortiergutstrom Objekte enthält, die zur Erzeugung von Ersatzbrennstoffen geeignet sind, wie Kunststoffobjekte, Holz und Papier, in für die Sortierung geeigneter Korngröße, die einem Fördersystem dosiert zugeführt werden und durch das Fördersystem durch ein Nah-Infrarot-Sensorsystem transportiert werden, wobei den Objekten oder Teilen der Objekte neben der stofflichen Informationen eine Positionsinformationen zugeordnet werden, die dazu genutzt werden, aus dem Sortiergutstrom nach vorgewählten Kriterien mittels Auswurfsystemen wie Leisten mit gesteuerten Druckluftdüsen gezielt Objekte auszuschleusen dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine über zwei Austragssysteme verfügt, die dazu verwendet werden, den Sortiergutstrom in drei Teilströme, einen Teilstrom mit brennstoffgeeigneten Objekte mit hohem Heizwert, einen Teilstrom mit brennstoffgeeigneten Objekten mit niedrigem Heizwert und einen Teilstrom Reststoffe mit nicht brennstoffgeeigneten Objekten, zu trennen.

Description

Für das Recycling ist oftmals die Trennung nach verschiedenen Materialien erforderlich. Dabei kann die Aufgabenstellung sowohl auf die Herstellung verschiedener Produktgruppen, die verschiedenen Verwertungswegen zugeführt werden, oder die Abscheidung von störenden Materialien aus vermischten Materialgemischen ausgerichtet sein. Die Herkunft und die Zusammensetzung solcher Materialgemische ist sehr unterschiedlich, vor allem aber werden kunststoffhaltige Materialgemische aus Abfällen oftmals getrennt, um daraus werthaltige Sortierfraktionen zu gewinnen. Ein Beispiel für solche Sortieraufgaben ist auch die Herstellung von energetisch verwertbaren Fraktionen aus Mischkunststoffen. Dabei besteht die Aufgabe vor allem darin, das Material in energetisch verwertbare Stoffe und Störstoffe zu trennen. Teilweise erfolgt auch eine Abtrennung von niederkalorigen Stoffen und Inertstoffen, um einen gleichbleibend hohen Brennwert in Ersatzbrennstoff zu erreichen. Die Abtrennung von Störstoffen ist erforderlich, um Stoffe welche die Aufbereitung stören oder schädlich in der energetischen Verwertung sind, fernzuhalten. Zu den Stoffen, die aus Materialgemischen für die Eratzbrennstoffherstellung abgeschieden werden müssen, zählen vor allem Metallteile und chlorhaltige Bestandteile, vor allem PVC-Teile, Glas und Steine. Teilweise sind auch Bromverbindungen als Flammhemmer, z.B. in Gehäuseteilen aus dem Elektronikschrott, enthalten, die der energetischen Verwertung ferngehalten werden sollen.
Für die automatische Sortierung von Kunststoffen sind Maschinen, die auf der Grundlage der Materialidentifikation durch Messung im nahen Infrarotbereich (NIR) die Sortierung ermöglichen, verbreitet. Dabei wird das Material dosiert einem Förderband zugeführt und nach dem Durchlaufen einer Beschleunigungsstrecke im hinteren Teil des Förderers durch ein Sensorsystem identifiziert. Um die Sortierung auf breiten Bändern zu ermöglichen, wird die Identifikation des Materials mit einer Lagebestimmung des Objektes verknüpft. Dafür werden entweder Scanner, Multiplexer oder Bildverarbeitungssysteme verwendet. Die Information zur Lage und Material eines Objektes wird genutzt, um bestimmte Objekte nach vorgegebener Klassifikation, wie z.B. einer Kunststoffart, aus dem Materialstrom auszuschleusen. Dies geschieht in der Regel durch gezielte Druckluftimpulse, durch welche die Abwurfrichtung des Materials vom Sortierband verändert wird. Für diese Ausschleusung des Materials werden Leisten nebeneinander quer zur Förderrichtung angeordneter Druckluftdüsen verwendet, die über Magnetventile gespeist werden. Durch die Anordnung der Druckluftleisten oberhalb oder unterhalb der Wurfparabel des Materials lässt sich die Flugkurve des Sortiergutes gezielt verkürzen bzw. verlängern und somit der Sortiergutstrom gezielt trennen.
Zur Abscheidung von Metallteilen verfügen Sortieranlagen heute über FE-Abscheider, vorwiegend als Überbandmagneten und NE-Abscheider auf der Basis von Wirbelstrom zur Abscheidung nicht magnetischer Metallteile. Mit diesem Abscheidern wird der überwiegende Anteil der Metallteile oder metallbehafteten Teile dem Sortiergut entzogen. Problematisch sind vor allem Teile aus Edelstahl.
Geräte mit guter örtlicher Auflösung der Metalldetektion und hoher Selektivität werden heute im Bereich der Sortierung von Glas eingesetzt. Dabei wird der über Förderbänder oder Rutschen transportierte Sortiergutstrom mit einer Zeile nebeneinander, quer zum Sortiergutstrom angeordneter Detektoren überwacht. Die dabei verwendeten Hoch-Frequenz-Detektionsspulen erkennen sowohl Eisen- als auch Nicht-Eisen-Metalle. Diese Identifikationsmethode ermöglicht eine hohe Selektivität auch bei Fördergeschwindigkeiten von 2 m/s. Alternativ dazu sind auch Versionen auf der Basis induktiver Sensoren bekannt. Durch zeitgenaue Impulse der einzelnen Detektionskanäle können dann, ähnlich der Kunststoffsortierung mittels NIR-Spektroskopie, metallbehaftete Teile durch Druckluftimpulse zielgerichtet ausgetragen werden.
Um Sortiergut von störenden Bestandteilen wie unerwünschte Kunststoffe, Papier, Verbundmaterial und Metallteilen zu befreien, werden heute Geräte auf Basis der NIR-Technik hinter Metallabscheidern, in der Regel in Form von Überbandmagneten und Wirbelstromabscheidern, kaskadiert angeordnet. Die Trennung von Stoffgemischen, die chlorierte Kunststoffe enthalten von nicht chlorierten Kunststoffen enthaltenden Stoffgemischen ist bereits in EP 0 484 221 B1 und DE 691 24 070 T2 als sinnvolle Anwendung der Sortiertechnik genannt.
Ersatzbrennstoffe bestehen vorwiegend aus Kunststoffteilen, wahlweise auch in Verbindung mit Papier, Holz und Verbundmaterialien dieser Stoffe. Die Sortierung erfolgt mit dem Ziel, inerte Bestandteile und Störstoffe von den als Brennstoff geeigneten zu trennen. Das kann auf zwei Wegen erfolgen. Häufig wird der aktiven Austrag der für die Ersatzbrennstoffe geeigneten Objekte aus dem Sortiergutstrom. Bei vorwiegend aus als Brennstoff geeigneten Materialien bestehendem Sortiergut ist es in der Regel günstiger, Störstoffe, vor allem PVC enthaltende Objekte, aktiv auszutragen. Diese beiden Varianten der Sortierung werden häufig als Positiv- bzw. Negativsortierung bezeichnet. Allgemein gilt, dass in der Positivsortierung die gewünschten Stoffe mit dem Auswurfsystem, in der Regel einem Druckluftdüsensystem, aktiv ausgetragen werden. In der Negativsortierung hingegen werden aktiv die Störstoffe ausgetragen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der Sortiergutstrom nur in zwei Teilströme, einen Ersatzbrennstoffstrom und einen Reststrom getrennt wird. Je nach Herkunft des Sortiergutes verfügt dieses über unterschiedliche Anteile von Bestandteile niedrigen und hohen Heizwertes. Demzufolge ist die Qualität des entstehenden Ersatzbrennstoffes abhängig vom Sortiergut, oder auf Anteile niedrigen Heizwertes wird von vornherein verzichtet, wodurch wiederum die Ausbeute an Ersatzbrennstoffen abnimmt.
Prinzipiell können die brennstoffgeeignete Objekte in zwei Gruppen eingeteilt werden. Zur Gruppe mit hohem Heizwert gehören vor allem Objekte aus Kunststoff und/oder Chemiefaser, wobei vor allem Chlor enthaltende Bestandteile zumeist als nicht brennstoffgeeignete Objekte, gezielt ferngehalten werden. Zu den nicht brennstoffgeeigneten Objekten gehören auch solche, die Schwermetalle oder Brom enthalten. Auch andere Metall enthaltende Objekte, z.B. Stahlteile enthaltende Objekte, werden oftmals als nicht brennstoffgeeignete Objekte angesehen, weil sie schon in der Aufbereitung der Ersatzbrennstoffe zu Gefahren und Verschleiß führen. Die Gruppe der brennstoffgeeigneten Objekte mit niedrigem Heizwert bilden vor allem die zellulosehaltigen Bestandteile, Objekte aus Papier, Holz und Naturfasern und Verbunde mit geringem Kunststoffanteil. Je nach Herkunft des Sortiergutes, aus welchem die Ersatzbrennstoffe gewonnen werden sollen, ist der Anteil der Gruppe mit hohem Heizwert zur Gruppe mit niedrigem Heizwert sehr unterschiedlich. Beispielsweise enthalten Sortierreste aus dem Verpackungsabfall sehr hohe Anteile an Kunststoffen, wogegen Sortiergut aus Sperrmüll hohe Holzanteile aufweist. Entsprechend unterschiedlich ist der Heizwert bei undifferenzierter Sortierung der Ersatzbrennstoffe.
Die Voraussetzung für die Sortierung ist eine geeignete Korngröße des Sortiergutes, welche in der Regel durch grobe Zerkleinerung oder Siebung erreicht wird. Die Klassierung wird oftmals auch dazu genutzt, weniger für Ersatzbrennstoffherstellung geeignete Feingutbestandteile abzutrennen. Aus der Sicht der Sortierung ist auch eine getrennte Behandlung schwerer und leichter Bestandteile vorteilhaft. Durch annähernd homogene Flugeigenschaften der Objekte lässt sich damit vor allem die Sortiergüte erhöhen.
Aus Sicht einer stabilen Prozessführung bei der Verwertung der Ersatzbrennstoffe ist ein gleichbleibender Heizwert der Ersatzbrennstoffe vorteilhaft. Aus diesem Grund werden Ersatzbrennstoffe oftmals durch Mischung von Teilmengen von jeweils bekannter Qualität hergestellt, um Ersatzbrennstoffe gleichbleibender Qualität zu erzeugen. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass auch bei Erzeugung von Ersatzbrennstoffen aus verschiedenen Quellen Schwankungen im Heizwert auftreten, wenn hierfür die üblichen einstufigen Sortierprozesse genutzt werden. Für die Herstellung definierter Brennstoffqualitäten sind dann Probenahmen und für die Zwischenspeicherung der Teilmengen große Speicherkapazitäten erforderlich sind. Prinzipiell können auch mehrstufige Sortierprozesse mit kaskadierter Anordnung mehrerer Sortiermaschinen Anwendung finden, was jedoch auf Grund hoher Kosten nicht praktikabel ist.
Der im Schutzanspruch 1 genannten Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Maschine zur Sortierung von Ersatzbrennstoffen zu schaffen, welche eine Erzeugung hochwertiger Ersatzbrennstoffe, mit gleichbleibendem Heizwert ermöglicht.
Das Problem wird gelöst, indem das Sortiergut dosiert einem Fördersystem zugeführt wird, welches den Sortiergutstrom durch ein Nah-Infrarot Sensorsystem bewegt, wobei gleichzeitig der stofflichen Identifikation des Sortiergutes Positionsinformationen zugeordnet werden, die dazu genutzt werden, den Sortiergutstrom mittels zweier Auswurfsysteme in drei Teilströme so zu trennen, dass ein Teilstrom brennstoffgeeigneter Objekte mit hohem Heizwert, ein Teilstrom brennstoffgeeigneter Objekte niedrigen Heizwertes und ein Teilstrom mit nicht brennstoffgeeigneten Reststoffe entsteht.
Durch die getrennte Sortierung in die Gruppen Ersatzbrennstoffe mit hohem Heizwert und Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Heizwert lassen sich zwei definierte Qualitäten erzeugen, die wiederum geeignet sind, durch definierte Mischungen Ersatzbrennstoffe gleichbleibender Qualität zu erzeugen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 2 angegeben.
Die zusätzliche Ausstattung der Sensorik mit einem Metallidentifikationsmodul ermöglicht, auch metallische Bestandteile zu identifizieren und diese gezielt in den Teilstrom der Reststoffe zu leiten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Schutzanspruch 1 ist im Schutzanspruch 3 angegeben.
Ein flexibler Einsatz der Sortiermaschine wird erreicht, indem die Stoffe und die Zuordnung der gewünschten Stoffe zu den Austragsstationen frei wählbar ist. Die Zuordnung erfolgt entweder über ein Bedienfeld an der Sortiermaschine oder über eine Schnittstelle von der zentralen Anlagensteuerung aus. Somit können die Inhaltsstoffe der erzeugten Ersatzbrennstoffe gezielt den Erfordernissen der Verwertung angepasst werden, z.B. durch Heraushalten bestimmter, in speziellen Anwendungen die Verwertung störender Objekte. Ein Beispiel dafür ist die Sortierfunktion für Brom enthaltende Kunststoffe, deren Erkennungssicherheit eingeschränkt ist. Sofern im Sortiergut keine oder nur wenige zu erwartende Brom enthaltende Kunststoffe zu erwarten sind, werden diese Identifikationen den Ersatzbrennstoffen hohen Heizwertes zugeordnet, um so die Ausbeute für diesen Teilstrom zu verbessern. Sofern Bromeinträge aus dem Sortiergut zu erwarten sind und diese aus den Brennstoffen ferngehalten werden müssen, werden diese Identifikationen den Reststoffen zugeordnet.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der freien Zuordnung der Auswurfsysteme zu den zu erzeugenden Teilströmen und damit zur Optimierung des Sortierprozesses, entsprechend der Zusammensetzung des Sortiergutes. Beispielsweise wird ein Sortiergut, bestehend aus geringen Anteilen identifizierbarer Störstoffe, dominierenden Holz- und Papieranteilen sowie Kunststoffanteilen vorzugsweise so sortiert, dass ein Austragssystem für die Reststoffe, das zweite Austragssystem für die Kunststoffe, also die heizwertreichen Brennstoffe, verwendet wird und der Durchlaufstrom demzufolge aus den Holz- und Papieranteilen, als den heizwertarmen Brennstoffen, besteht.
Ein anderes Beispiel ist Sortiergut aus dem Hausmüll mit biologischen Anteilen, Glas und anderen, großteils nicht identifizierbaren, Störstoffen. Hier wird ein Austragssystem für die heizwertreichen Ersatzbrennstoffe und das andere Austragssystem für die heizwertarmen Ersatzbrennstoffe verwendet und damit der Durchlauf die Reststoffe enthält.
Ein weiteres Beispiel sind Mischkunststoffe, wie sie aus Sammlungen des Dualen Systems bereitgestellt werden. Diese bestehen vor allem aus hohen Kunststoffanteilen. Hier wird vorzugsweise ein Austragssystem für die Reststoffe, in diesem Fall in erster Linie Chlor enthaltende Objekte und das zweite Austragssystem für die im geringen Anteil enthaltenen heizwertarmen Brennstoffe verwendet. Den Durchlauf bilden hier die Kunststoffe als heizwertreiche Brennstoffe.
Die drei entstehenden Teilströme werden getrennt erfasst. Für die Zuordnung der drei Austräge der Maschine aus den beiden Austragseinheiten und dem Durchlauf, entsprechend der gewählten Sortierfraktion zu den entsprechenden Einrichtungen für den Weitertransport und die Zwischenspeicherung können verschiedene, an sich bekannte technische Lösungen, wie verstellbare Klappen, verschiebbare und reversierbare Bänder verwendet werden oder die Abgabe erfolgt in Bunker, die beim Änderung der Zuordnung der Sortierfunktionen entleert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Schutzanspruch 1 und 2 ist im Schutzanspruch 4 angegeben.
Da aluminiumbeschichtete Getränkekartons oftmals nicht den metallbehafteten Störstoffen zugeordnet werden, können Metalldetektionen, die sich NIR-Detektionen Getränkekarton überlagern, der Stoffgruppe der Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Brennwert anstelle der metallhaltigen Störstoffe zugeordnet werden. Dieses Verfahren lässt sich sinngemäß auch übertragen auf andere Verbundstoffe, z.B. metallbeschichtete Folientüten wie für die Verpackung von Kaffee oftmals verwendet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Schutzanspruch 1 ist im Schutzanspruch 5 beschrieben.
Die Erweiterungs- und Änderungsfähigkeit der stofflichen Identifikation des Nah-Infrarot-Sensorsystems ermöglicht, neue oder neu bekannt werdende, für die Herstellung der Ersatzbrennstoffe nicht geeignete Objekte gezielt fernzuhalten und/oder die Stoffgruppen der brennstoffgeeigneten Objekte zu erweitern.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Schutzanspruch 1 ist in Schutzanspruch 6 beschrieben.
Die Identifikation von Chlor enthaltenden oder anderen, die Verwertung störenden Stoffen, durch das Nah-Infrarot-Sensorsystem ermöglicht die Herstellung hochwertiger Ersatzbrennstoffe.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 erläutert.
Aus einem Sortiergut, ein durch Vorzerkleinerung aufbereitetes Abfallgemisch, bestehend aus vorwiegend Kunststoff- und Holzbestandteilen mit inerten Bestandteilen aus Glas, Keramik und Steinen und leichten Metallbestandteilen sollen Ersatzbrennstoffe mit hohem Brennwert, bestehend aus Kunststoffteilen mit keiner oder nur geringer Chlortracht, und Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Brennwert, bestehend aus Holzteilen, Papier und Verbunden wie Getränkekartonagen, gewonnen und von nicht brennstoffgeeigneten, Metallteile und chlorhaltige Bestandteile enthaltenden Objekten, getrennt werden.
Die Zuführung des Sortiergutes erfolgt auf das Beschleunigungsband 1, welches das Sortiergut zunächst durch ein Sensorsystem, bestehend aus Metallidentifikationssystem 2 und Materialidentifikation 3 mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie, bewegt. Die Materialidentifikation 3 wird über einen Multiplexer betrieben, dessen Kanäle quer zur Laufrichtung des Beschleunigungsbandes 1 angeordnet sind. Die Detektionssoftware der Materialidentifikation 3 ist so eingerichtet, dass Kunststoffe und Chemiefasern als „EBS1", mit Unterscheidung zu chlorenthaltenden Verbindungen als „PVC" erkannt werden. Getränkekarton wird als „GK" identifiziert, Holz, Papier, Pappe, Kartonagen und Naturfaser werden als „EBS2" erkannt. Die Detektionskäle des Metallidentifikationssystems 2 sind denen der Materialidentifikation 3 direkt zugeordnet. Sofern das Metallidentifikationssystem 2 ein Metallteil identifiziert, wird auf einem zugehörigen Speicherplatz der Systemsteuerung das Merkmal „Metall" hinterlegt. Identifiziert die Materialidentifikation 3 an gleicher Stelle „GK", wird dieses Signal „Metall" mit dem Merkmal „GK" überschrieben, für alle anderen Identifikationen bleibt das Merkmal „Metall" erhalten. Derartige Identifikationen erfolgen über die gesamte Breite des Bandes.
Auf Grund der Zusammensetzung des Sortiergutes mit nicht identifizierbaren Störstoffen wird das obere Austragssystem 4 für die Ersatzbrennstoffe niedrigen Brennwertes und das untere Austragssystem 5 für die Ersatzbrennstoffe hohen Heizwertes verwendet. Damit besteht der Durchlauf aus den die Störstoffe enthaltenden Reststoffen.
Die Austragssysteme 4, 5 verfügen wiederum über durch Magnetventile gespeiste Druckluftdüsen, welche den Identifikationskanälen zugeordnet sind. In Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit der Objekte und der durch das Sensorsystem ermittelten Merkmale werden die Druckluftdüsen der Austragssysteme 4, 5 so angesteuert, das die Objekte, denen das Merkmal „EBS2" oder „GK" zugeordnet ist durch das obere Auswurfsystem 4 in den Auffangbehälter für die Ersatzbrennstoffe mit niedrigem Heizwert 6 ausgeworfen werden und die Objekte, denen Merkmale „EBS1" zugeordnet ist durch das untere Auswurfsystem 5 in den Auffangbehälter der Ersatzbrennstoffe mit hohem Heizwert 7 ausgeworfen werden. Alle anderen Objekte, einschließlich derer, denen das Merkmal „PVC" oder „Metall" zugeordnet ist, gelangen in den Auffangbehälter für die Reststoffe 8.

Claims

Maschine zur Gewinnung von Ersatzbrennstoffen definierter Qualität, wobei der Sortiergutstrom Objekte enthält, die zur Erzeugung von Ersatzbrennstoffen geeignet sind, wie Kunststoffobjekte, Holz und Papier, in für die Sortierung geeigneter Korngröße, die einem Fördersystem dosiert zugeführt werden und durch das Fördersystem durch ein Nah-Infrarot-Sensorsystem transportiert werden, wobei den Objekten oder Teilen der Objekte neben der stofflichen Informationen eine Positionsinformationen zugeordnet werden, die dazu genutzt werden, aus dem Sortiergutstrom nach vorgewählten Kriterien mittels Auswurfsystemen wie Leisten mit gesteuerten Druckluftdüsen gezielt Objekte auszuschleusen dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine über zwei Austragssysteme verfügt, die dazu verwendet werden, den Sortiergutstrom in drei Teilströme, einen Teilstrom mit brennstoffgeeigneten Objekte mit hohem Heizwert, einen Teilstrom mit brennstoffgeeigneten Objekten mit niedrigem Heizwert und einen Teilstrom Reststoffe mit nicht brennstoffgeeigneten Objekten, zu trennen.
Maschine nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Metallsensor mit einer HF-Multikanal-Detektionsspule verwendet wird, die quer zum Sortiergutstrom angeordnet ist und die Kanäle den gleichfalls quer zum Sortiergutstrom angeordneten Kanälen des Nah-Infrarot-Sensors zugeordnet werden.
Maschine nach Schutzanspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Zuordnung der Stoffe und/oder Stoffgruppen zu den Austragseinheiten frei wählbar ist.
Maschine nach Schutzanspruch 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass im Falle der Identifikation von Getränkekartonagen durch das Nah-Infrarot-Sensorsystem die Identifikation des Metallidentifikationssystems unterdrückt wird.
Maschine nach Schutzanspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass das Nah-Infrarot-Sensorsystem mit einer flexibel veränder- und/oder erweiterbaren Stoffidentifikation ausgestattet ist.
Maschine nach Schutzanspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass Chlor und/oder andere Störstoffe enthaltende Objekte gezielt in die Restfraktion geleitet werden.