DE2400284C3 - Verfahren zum Trockendestillieren von vulkanisiertem und unvulkanisiertem Kautschuk - Google Patents
Verfahren zum Trockendestillieren von vulkanisiertem und unvulkanisiertem KautschukInfo
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Description
25
Mit der bemerkenswerten industriellen und wirtschaftlichen Entwicklung in den letzten Jahren ist auch
der Mengenbedarf für Gummiartikel stark angestiegen, jo was zur Folge hatte, daß große Mengen von
verbrauchten Gummiartikc.ln bz?<\ Kautschukgegenständen
und Gummiabfällen, die bei der Herstellung von Gummiartikeln entstehen, als techrHcher Abfall oder
Ausschuß entstanden. Es wurden daher verschiedene Untersuchungen durchgeführt mit dem Ziel, neue
Verwendungszwecke für diese großen Mengen an Gummiabfall neben den konventionellen Verwendungszwecken
derselben zu finden.
Zum Pulverisieren von Blöcken von verbrauchtem Gummi oder Kautschuk wurde bisher ein mechanisches
Pulverisierungsverfahren angewendet. Zur Durchführung dieses Verfahrens war jedoch eine sehr zuverlässige
Apparatur erforderlich und aus der Apparatur mußten Metallabfälle, wie Eisenabfälle, die möglicherweise
in den Gummiblöcken vorhanden waren, vor der Verwendung der Apparatur entfernt werden. Eine
solche Apparatur macht'während ihres Betriebs sehr viel Lärm und sie hat auch den Nachteil, daß darin nicht
alle Gummiarten bzw. Kautschukarten, die von harten vulkanisierten Kautschuken, wie z. B. Reifen, bis zu sehr
weichen unvulkanisierten Kautschuken variieren, pulverisiert werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Trockendestillieren des Gummiabfalls
bzw. Kautschukabfalls zu geben, bei dem die verbrauchten Gummi- oder Kautschukblöcke nicht mechanisch
pufverisiert zu werden brauchen und mit dessen Hilfe es möglich ist, diese in ölige Materialien und Rückstände zu
überführen, die beide wiederverwendbare Materialien so
darstellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß zuerst
Kautschukbiöcke unter Rühren in Gegenwart von Feststoffpartikeln auf 250 bis weniger als 400°C erhitzt
werden, um die Blöcke zu pulverisieren und die so erhaltenen Partikel weiter auf Temperaturen von 400
bis 5000C erhitzt werden, um sie unter Ausbildung einer
Wirbelschicht zu pyrolysieren, wobei ein Teil davon in dem Strom eines Sauerstoff enthaltenden Aufwirbelungsgases
verbrannt wird oder daß das Pulverisieren und Pyrolysieren gleichzeitig bei Temperaturen von 350
bis 800° C durchgeführt wird, und wobei öliges Material und festes Material gebildet wird, das dann voneinander
getrennt gewonnen wird.
Als Abfall in Blockform lassen sich z. B. ALreifen,
Gummiabfälle, synthetischer Kautschukausschuß von synthetischen Kautschukverarbeitungsverfahren u. dgl,
der weggeworfen werden muß, verwenden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Gummi- oder
Kautschukbiöcke auf chemischem und physikalischem Wege durch Erhitzen pulverisiert und die pulverisierten
Blöcke werden anschließend oder praktisch gleichzeitig pyrolysiert, wobei die Pyrolyse unter etwa den gleichen
Arbeitsbedingungen wie die Pulverisierung durchgeführt wird, so daß es möglich ist, diese beiden
Behandlungen nacheinander oder praktisch gleichzeitig in der gleichen Apparatur durchzuführen.
Als Feststoffpartikel werden von außen vorzugsweise Sand, Kies, Glaskügelchen, Kohlepulver, Eisenpulver,
teilchenförmtger carbonisierter Gummi, teilchenförmige
carbonisierte Kunstharze, Kokspulver, Magnetitpulver und/oder Kaoliopulver zugeführt Als Sauerstoff
enthaltendes Aufwirbelungsgas wird vorzugsweise Luft oder mit einem Inertgas verdünnte Luft verwendet. Als
Gummiblöcke werden vorzugsweise verbrauchte Reifenblöcke und als Feststoffpartikel das durch Trockendestillation
der eingeführten verbrauchten Reifenblöcke während der Durchführung des Verfahrens gebildete
Kohlepulver verwendet. Vorzugsweise wird das Gummimaterial von außen durch Wärmezufuhr erhitzt,
bevor das Erhitzen nur durch die Wärme bewirkt wird, die beim Verbrennen eines Teils des eingeführten
Gummimaterials abgegeben wird.
Wenn die Gummiblöcke auf hohe Temperaturen erhitzt werden, (1) werden die Moleküle in der äußeren
Schicht der Gummiblöcke durch die in den Blöcken vorhandenen Doppelbindungen oder durch die durch
Aufspaltung der Moleküle, Freisetzung von Seitenkettengruppen od. dgl. erzeugten Reste miteinander
vernetzt. Wenn diese Vernetzung fortschreitet, liegt die äußere Schicht der Gummiblöcke in einem gehärteten
Zustand wie in wärmegehärteten Kunststoffen vor und sie reißt in bestimmten Fällen, während die innere
Schicht derselben im geschmolzenen Zustand vorliegt. Bei derartigen Gummiblöcken besteht die Neigung, daß
partielle Teile ihrer äußeren Schicht abbröckeln und daß sich außerdem die äußere Schicht von der inneren
Schicht ablöst, wenn eine verhältnismäßig geringe Spannung auf die Blöcke einwirkt. Wenn nun die
Gummiblöcke in diesen Zuständen Rührkräften ausgesetzt sind, tritt eine allmähliche Ablösung ihrer äußeren
Schicht durch die Aufprall- und Reibungskräfte zwischen den Gummiblöcken selbst, zwischen den
Gummiblöcken und dem Rührer und zwischen den Gummiblöcken und den Feststoffpartikeln auf. Es kann
sein, daß der Rührer aufgrund der starken Belastung unmittelbar nach dem Einfüllen der Gummiblöcke für
einige Sekunden aussetzt, danach dreht er sich aber wieder. Außer dem obenerwähnten Phänomen tritt
noch das folgende Phänomen auf: (2) die Gummiblöcke in den angegebenen Zuständen schmelzen nicht nur,
sondern es tritt auch eine Zersetzung und Polymerisation der Moleküle in der geschmolzenen inneren Schicht
derselben auf unter Bildung von gasförmigen niedermo-
lekularen Verbindungen (nachfolgend manchmal einfach
als »flüchtige Komponenten« bezeichnet) mit einem Gasdruck, durch welchen die Blöcke zerrissen
und zerkleinert werden, wobei das Zerreißen und der Zerfall in der inneren Schicht beginnen. Zu diesem
Zeitpunkt wird die äußere Schicht fein zerteilt oder sie trennt sich von der inneren Schicht in der Weise, daß sie
in Stücken wegfliegt. Dabei werden die Gummiblöcke pulverisiert
In der äußeren Schicht der Gummiblöcke, die zu Beginn hohen Temperaturen ausgesetzt worden ist, und
in der inneren Schicht, die nach dem Ablösen der äußeren Schicht wie in dem obenerwähnten Fall (1)
freigelegt wird, und in der inneren Schicht, die nach dem
Zerfallen der Blöcke oder nach dem Ablösen der äußeren Schicht wie in dem obigen Fall (2) freigelegt
wird, sind die Gummianteile der Blöcke geschmolzen und viskos und sie haften daher aneinander oder an der
Apparatur, in der die Blöcke behandelt werden. Diese Haftung der Gummianteile beim Erhitzen kann dadurch
verhindert v/erden, daß man sie beispielsveise mit feinem Kies, Glaskügelchen, grobem Kies, Kohlepulver,
Eisenpulver, verkohltem Gummi oder verkohlten (carbonisierten) Kunstharzen, Koks, Magnetit, Kaolin
oder anderen Feststoffpartikeln, die in der Lage sind, die Haftung von geschmolzenem Gummi beim Erhitzen zu
verhindern (diese Feststoffpartikei werden nachfolgend manchmal einfach als »die Schmelzhaftung verhindernde
Feststoffpartikel« bezeichnet) mischt Natürlich können diese Partikel auch als Wärmeübertragungsmedien
dienen.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Pulverisierung der Gummi- bzw. Kautschukblöcke geht hervor,
daß der hier verwendete Ausdruck »die Gummi- bzw. Kautschukblöcke werden erfindungsgemäß spröde
gemacht« bedeutet, daß die Gummi- bzw. Kautschukblöcke durch eine solche Wärmebehandlung spröde
oder brüchig gemacht werden, daß sie wie in den Fällen (1) und (2) angegeben pulverisiert werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von pulverisiertem Kautschuk aus Blöcken werden nicht nur die
chemischen Wirkungen, wie z. B. die intermolekulare Vernetzungsreaktion der Kautschukblöcke sowie die
Zersetzung und Polymerisation derselben, sondern auch die physikalischen Wirkungen, wie z. B. die Reibung und
der Schock, die durch eine verhältnismäßig geringe Spannung erzeugt werden sowie der Gasdruck, der
durch die bei der Zersetzung und Polymerisation der Gummiblöcke gebildeten flüchtigen Komponenten
ausgeübt wird, in vorteilhafter Weise ausgenutzt.
Zu den Öfen, die zum Pulverisieren der Kautschukblöcke
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, gehören ein Fixbett ausbildende
öfen, ein Wirbelbett (eine Wirbelschicht) ausbildende öfen und andere geeignete Öfen und zu geeigneten
Rühreinrichtungen gehören Flügelrührer, Gasstromrühreinrichtungen und andere geeignete Einrichtungen.
Für die Rührung können auch Rotationsöfen verwendet werden. Es is« für den Fachmann ohne weiteres möglich,
in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Verwendungszweck den geeigneten Ofen oder die geeignete
Einrichtung auszuwählen. Der erhaltene pulverförmige Gummi kann durch Filtrieren, durch Trennung unter
Ausnutzung des unterschiedlichen spezifischen Gewichtes od. dgl. gewonnen werden.
Zum Pulverisieren wrden die Kautschukblöcke erfindungsgemäß in der Regel auf Temperaturen
innerhalb des Bereiches von 300 bis 39O0C erhitzt. Diese
Temperaturen variieren in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie z. B. der Art und den Eigenschaften
der verwendeten Kautschukblöcke und der gewünschten Partikelgröße des herzustellenden pulverförmigen
Kautschuks, die geeignete Temperatur kann jedoch innerhalb des angegebenen Bereiches an Hand von
Vorversuchen leicht bestimmt werden. So ist beispielsweise eine Temperatur von 2500C eine geeignete
Temperatur, bei der pulverförmiger Kautschuk erhalten
ίο werden kann, wenn in dem System ein sauerstoffreiches
Gas verwendet wird. Die Anwendung von hohen Temperaturen, bei denen der gepulverte Kautschuk
heftig pyrolysiert wird, sollte jedoch vermieden werden.
Die Partikelgröße des herzustellenden gepulverten Kautschuks kann durch entsprechende Auswahl der
Pulverisierungsbedingungen, beispielsweise der Erhitzungstemperatur, der Erhitzungszeit der Rührkräfte,
der Art Größe und Menge der die Schmelzadhäsion verhindernden Feststoffpartikel und »J-;.r Menge des in
den eine Wirbeischicht ausbildenden Cien eingeführten
Gases, was die am meisten bevorzugte Art der Pulverisierung der Kautschukblöcke darstellt eingestellt
oder kontrolliert werden. Außerdem sind die obenerwähnten, durch Erhitzen der Kautschukblöcke
erzeugten flüchtigen Komponenten brennbar und sie können durch Verbrennen derselben als wirksame
Wärmequelle verwendet werden. Das beim Verbrennen entstehende Verbrennungsgas kann als Gasstrom bei
der Trockendestillation, d. h. bei der Pulverisierung und Pyrolyse, in dem eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Das so erhaltene Gummipulver (Kautschukpulver) wird einer Haupttrockendestillation (Pyrolyse) unter-
j5 worfen, während es in dem Ofen aufgewirbelt wird. Es
sind bereits verschiedene Verfahren zum Pyrolysieren von Gummimaterial, wie z. B. abgenutzten Reifen,
vorgeschlagen worden und diese Verfahren umfassen jeweils eine Pyrolyse unter Verwendung eines geschlossene^,
ein Fixbett bildenden Ofens. Bei der praktischen Durchführung dieser Verfahren treten Probleme auf, die
darin bestehen, daß das Gummimaterial schwierig kontinuierlich einzuführen ist, daß die Temperatur des
Gummimaterials schwierig einzustellen ist, weil zwisehen den inneren und äußeren Teilen des Gummimaterials
ein Temperaturgradient entsteht und daß die Zersetzungsreaktionszeit lang ist.
Andererseits ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur oxydativen Trockendestillation in
einer Wirbelschicht (d. h. zur Wirbelschicht-Trockendestillation in dem Strom eines Sauerstoff enthaltenden
Gases) insofern vorteilhaft, als das Kautschukmaterial kontinuierlich zugeführt werden kann, wobei sich eine
Wirbelschicht aus dem Kautschukpulver mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 5 mm bildet, so daß
eine Temperaturkontrolle sehr leicht ist, da das Kautschukpulver mit einem Wärmeübertragungsmedium
gemischt ist, jnd die Zersetzungsreaktion ist innerhalb einer sehr kurzen Zeit beendet, da die durch
bo das Sauerstoff enthaltende Gas gebildete Wirbelschicht
dabei teilweise verbrannt wird unter Erzeugung von Wärme, die dem System zugeführt wird. Bei der
erfindungsgemäßen Wirbelschichtpyrolyse ist die Temperaturkontrolle wicliiig, da sie einen Einfluß auf die
Ausbeute an ölkomponenten und an verkohlten Komponenten hat, die bei der Pyrolyse erhalten werden.
Wenn das Kautschukmaterial erhitzt wird, zersetzt es sich unter Entwicklune von etwas Wärme und die
Temperaturkontrolle des Systems kann leicht erfolgen durch Kontrollieren der entwickelten Wärmemenge.
Die Temperatur in dem Ofen kann insbesondere sehr genau kontrolliert oder eingestellt werden, indem man
beispielsweise die Menge an zugeführtem Kautschukmaterial kontrolliert, wobei selektiv nur Luft oder mit
einem inerten Gas verdünnte Luft verwendet wird, d. h. der Sauerstoffgehalt des zur Bildung der Wirbelschicht
eingeführten Gases eingestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist wirtschaftlich insofern vorteilhaft,
als zwar zur Einleitung der Zersetzungsreaktion genügend Wärme von außen zugeführt werden muß,
daß dann aber die Zersetzungsreaktion ohne von außen zugeführte Wärme aufrechterhalten werden kann, da
die für die Reaktion erforderliche Wärme durch Verbrennung eines Teils des zugeführten Gummimaterials
erzeugt wird. Das Innere des Ofens für die Wirbelschichtpyrolyse wird bei einer Temperatur von
vorzugsweise 4UO bis 500" C gehalten.
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, die Temperatur für die
Trockendestillation des pulverisierten Kautschuks auf eine bestimmte fixierte Temperatur innerhalb des
Bereiches von 400 bis 500"C einzustellen, um die öligen
Materialien, insbesondere Dipentene, in einer hohen Ausbeute zu erhalten.
Der Wirbelschicht-Pyrolysierofen, der zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, ist vorzugsweise mit einem Rührer
ausgestattet, je nach Form des verwendeten Kautschukmaterials. Ein solcher, mit einem Rührer ausgestatteter
Ofen wird vorzugsweise dann verwendet, wenn das gebildete Gummipulver aus verhältnismäßig großen
Partikeln besteht oder z.T. keine gleichförmige Partikelgröße aufweist.
Bei der praktischen Durchführung der Wirbelschichtpyrolyse ist ein Wärmeübertragungsmedium in den
Fällen nicht erforderlich, in denen die Kautschukpartikel in feinteiliger Form gebildet werden oder eine
gleichmäßige Gestalt oder Partikelgröße haben. Insbesondere dann, wenn als Ausgangsmaterial in dem
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werden, wird der in die Abfälle eingearbeitete Ruß freigesetzt und sammelt sich an, so daß er als sehr
geeignetes Wärmeübertragungsmedium für die Wirbelschicht fungiert Die bei der Verkohlung (Carbonisierung)
des Gummimaterials gebildeten Kohlenstoffpartikel fungieren ebenfalls als Wärmeübertragungsmedium.
Wenn bei der Pyrolyse Wärmeübertragungsmedien erforderlich sind, kann es sich dabei um die gleichen
handeln, wie sie b_-im Pulverisieren der Gummiblöcke
verwendet werden. Wenn das Gummimaterial kontinuierlich in den eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen, der
kontinuierlich betrieben wird, eingeführt wi/d, sammeln
sich die festen verkohlten Materialien aus den Gummimaterialien bei der Pyrolyse an und ihre
Verkohlung (Carbonisierung) schreitet in dem Ofen fort Die so erzeugten verkohlten Materialien werden durch
ein Überlaufrohr, das vom mittleren Abschnitt des Ofens abgeht, überlaufen gelassen, um sie aus dem
System zu entfernen. Auch in den Fällen, in denen, wie
oben erwähnt, ein Wärmeübertragungsmedium verwendet wird, muß eine geringe Menge des Wärmeübertragungsmediums
für die Wirbelschicht von einer äußeren Quelle des Wärmeübertragungsmediums nur zu Beginn
des Betriebs des Ofens zugeführt werden, danach wird in dem System selbst das Wärmeübertragungsmedium
als Nebenprodukt bei der Pyrolyse des zugeführten Gummimaterials gebildet. Vom Standpunkt der wirksamen
Verwendung der bei der Pyrolyse von Gummimaterial gebildeten festen verkohlten Materialien aus
gesehen ist es erwünscht, daß die restlichen verkohlten (carbonisierten) Materialien, Ruß und/oder dergleichen,
die vorher durch Pyrolyse erhalten worden sind, zu Beginn als Wärmeübertragungsmedium verwendet
werden, wie es oben angegeben ist.
Die Sauerstoff enthaltenden Gase, die in dem eine
ίο Wirbelschicht bildenden Ofen verwendet werden
können, sind in keiner Weise beschränkt und dazu gehören Luft und Mischungen, davon mit einem inerten
Gas, wie Stickstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxyd oder mit einem Verbrennungsgas. Diese Gase können
ii auch als Wärmequelle verwendet werden. Die Gummimaterialien
oder Kautschukmaterialien, die erfindungsgemäß verwendet werden können, unterliegen ebenfalls
keiner speziellen Beschränkung und Beispiele dafür sind die Vulkanisate und Nicht-Vulkanisate von Naturgummi
und verschiedenen synthetischen Gummis oder Kautschuken.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Gummiblöcke oder Kautschukblöcke in einem einzigen
Heizofen vom Wirbelschicht-Typ mit den Feststoffpartikeln zur Verhinderung der Schmelzadhäsion gemischt,
bei 250 bis 4000C pulverisiert unter Bildung von Gummipulver oder Kautschukpulver, das ausreichend
fein ist, um eine Wirbelschicht zu bilden, und dann auf
eine Temperatur von 400 bis 5000C gebracht, während es in Form einer Wirbelschicht gehalten wird, um
dadurch die thermische Oxydation und Pyrolyse des Gummipulvers oder Kautschukpulvers in der Schicht zu
bewirken. In diesem Falle umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zwei PulverisierungE- und Pyrolysestufen, die
in einem einzigen Ofen abwechselnd wiederholt werden. Wenn nun ein Zwei-Ofen-System, das aus einem Ofen
für die Pulverisierung und einem Ofen für die Pyrolyse besteht, die in Reihe hintereinander miteinander
verbunden sind, verwendet wird, können die beiden Stufen kontinuierlich durchgeführt werden. In diesem
Zwei-Ofen-System kann das in dem Pulverisierungsofen gCimuCtC vJÜiuiTiipüiVci isüci nauiai-iiuivjjui* Ci, U4X3 aus
Partikeln mit einer etwa gleichmäßigen Größe besteht, entweder durch eine Schneckenbeschickungseinrichtung
in den unteren Abschnitt (Bodenabschnitt) des Pyrolysierofens oder durch beispielsweise einen Trichter
in den oberen Abschnitt desselben eingeführt werden. Die Zuführungsmethode hängt in diesem Falle
vcn der Art und Form des eingeführten Kautschuks ab.
so Es ist klar, daß in der Pulverisierungsstufe hauptc%ch-Iich
eine Pulverisierung der Gummi- bzw. Kautschukblöcke erfolgt, während nebenbei diese pyrolysiert
werden, und daß in der Pyrolysestufe die pulverisierten Gummi- bzw. Kautschukblöcke hauptsächlich pyrolysiert
werden, während gleichzeitig eine schwache zusätzliche Pulverisierung derselben erfolgt Es ist auch
klar, daß in der Pulverisierungsstufe die Trockendestillation des Gummi- bzw. Kautschukmaterials in geringem
Ausmaße bewirkt wird, während in der Pyrolysestufe eine starke Trockendestillation bewirkt wird.
Die durch die Trockendestillation der Gummi- bzw. Kautschukblöcke erhaltenen öligen Materialien werden
aus dem oberen Abschnitt des Ofens durch einen Zyklon in einen Kühler überführt Da der erfindungsgemäß
verwendete Ofen im Innern eine Wirbelschicht ausbilden kann und die Temperatur der Wirbelschicht durch
kontrollierbares Variieren der Menge des verbrannten Pulvers eingestellt werden kann, können nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren ölige Materialien mit einer praktisch konstanten, gleichen Zusammensetzung
in erhöhter Ausbeute erzeugt werden. Da die Ausbeute der öligen Materialien stark von der Kühlwirkung der
verwendeten Kühleinrichtung abhängt, sollte diese Einrichtung derart sein, daß die öligen Materialien in
hoher Ausbeute erhalten werden. Die öligen Materialien wxi.den beispielsweise durch eine Ölschicht geführt,
um einen Wärmeaustausch damit zu bewirken, wodurch die Ausbeute an öligen Materialien erhöht wird,
Insbesondere werden die öligen Materialien im gasförmigen Zustand zuerst durch Luft gekühlt unter
Bildung eines Kondensats, das durch Wasser weiter gekühlt und dann durch die Ölschicht geführt wird, um
die Kühlung desselben zu vervollständigen.
Auf die vorstehend beschriebene Weise können die öligen Materialien und die festen verkohlten (carbonisierten)
Materialien in einer Gesamtausbeute von etwa 95°/o, bezogen auf das Gewicht des verwendeten
Gummi- bzw. Kautschukpulvers, erhalten werden. Die restlichen etwa 5%. die hauptsächlich aus niederen
Kohlenwasserstoffen, wie Methan und Äthan, bestehen,
werden abgeführt oder gehen verloren; wenn sie jedoch gesammelt werden, können sie als Brennstoffgas
verwendet werden. Die öligen Materialien und die verkohlten bzw. carbonisierten Materialien werden in
einer Gesamtausbeute von etwa 90%. bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Gummi- bzw. Kautschukblökke,
erhalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden verbrauchte Gummi- bzw. Kautschukmaterialien,
z. B. verbrauchte Reifen, in einem einzigen, eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen, der mit einer
Rühreinrichtung versehen ist. unter Rühren auf 350 bis 8000C. vorzugsweise auf 400 bis 6000C, erhitzt unter
gleichzeitiger Bildung von Kohlepartikeln als Trockendestillationsrückstand
durch Trockendestillieren der Gummi- bzw. Kautschukmaterialien, die als pulverförmiges
Wärmeübertragungsmedium dienen, um das Gummi- bzw. Kautschukmaterial zu pulverisieren und
praktisch gleichzeitig das dabei erhaltene Gummi- bzw. Kaiitschiiknulvpr 7ii nvrnlvciprpn währpnH clpichzciti**
in dem Strom eines Sauerstoff enthaltenden Gases eine Wirbelschicht aus demselben ausgebildet und ein Teil
der Gummi- bzw. Kautschukmaterialien verbrannt wird. Wenn die verwendeten Kautschukmaterialien Temperaturen
von beispielsweise 350 bis 4500C ausgesetzt werden, werden sie durch .Zusammenprall und Reibung
zwischen den Materialien und den Flügeln des Rührers, zwischen den Kautschukmaterialien selbst und zwischen
den Kautschukmaterialien und den Kohlepartikeln als dem Trockendestillationsrückstand schnell pulverisiert,
so daß die Materialien ungeachtet ihrer anfänglichen Form unter Ausbildung eine Wirbelschicht trocken
destilliert werden können. Dies kann beispielsweise durch den nachfolgend beschriebenen Schlagtest
bestätigt werden:
Ein Glaszylinder v.'i.-d mit einer bestimmten Menge Sand gefüllt und durch das untere Ende desselben wird
Heißluft eingeführt, um eine Sandwirbelschicht zu erzeugen. In der so erzeugten Wirbelschicht, die bei 350
bis 450° C gehalten wird, werden 10 bis 60 Minuten lang
Reifenabfälle, die Drähte enthalten, eingeführt, danach werden die Abfälle aus dem Zylinder abgezogen und
dem Schlagtest unterzogen, wobei das Ergebnis erhalten wird, daß die Abfälle durch schwaches
Schlagen extrem leicht pulverisiert werden.
Bei dieser anderen Ausführungsform der Erfindung wird der als Nebenprodukt bei der Trockendestillation
und Zersetzung der als Beschickung in das System eingeführten Gummi- bzw. Kautschukmaterialien während
der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Kohlenstoff als Mittel zur Verhinderung
der Schmelzadhäsion verwendet und deshalb braucht dem System von außen kein derartiges Mittel zugesetzt
zu werden. Dieses Mittel kann jedoch natürlich zusammen mit einem Wärmeübertragungsmedium, ζ. Β.
Sand, für die Verwendung als solches eingearbeitet werden. Wenn das Verfahren über einen langen
Zeilraum hinweg fortgesetzt wird, häuft sich der Kohlenstoff in dem Ofen an; ein Überschuß an
demselben kann jedoch durch das weiter oben erwähnte Überlaufrohr nach außen aus dem System abfließen. Im
Hinblick darauf, daß die Scheiben aus unvulkanisicrtcm
Kautschuk bei der Trockendestillation auch unter Rühren ohne Verwendung eines Mittels zur Verhinderung
der Schmelzadhäsion, wie Sand, keine Wirbelschicht bilden, ist die obige Ausführungsform der
Erfindung außerordentlich gut geeignet für die Behandlung von solchem unvulkanisiertem Kautschuk. Auch
bei dieser Ausführungsform dient das Verbrennen eines Teils der Wirbelschicht dazu, die Zersetzungs- oder
Pyrolysierungsreaktion sehr schnell ablaufen zu lassen,
wodurch die Kontrolle der Temperatur des Bettes erleichtert und die Ausbeute an öligen Zersetzungsprodukten
verbessert wird. Wenn beispielsweise verbrauchte Gummireifen bei 4500C trockendestilliert
werden, liefern sie ölige Produkte in einer Ausbeute von nicht weniger als etwa 50 Gew.-°/o. Die Zersetzungsprodukte
variieren hinsichtlich ihrer Zusammensetzung in Abhängigkeit von der angewendeten Zersetzungstemperatur.
Die durch die Trockendestillation bei 45O0C erhaltenen Zersetzungsprodukte enthalten, wenn sie
fraktioniert destilliert werden, in großen Mengen, d. h. zu 70 bis 80 Gew.-% der Gesamtmenge der erhaltenen
öligen Produkte. Fraktionen von 150 bis 190°C und 360
bis 479°C. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die erhaltenen öligen Produkte eine verhältnismäßig
gleichmäßige Zusammensetzung aufweisen. Im Gegen-
U-: Λ/ 1
"6
Stickstoff oder einem anderen Inertgas, der bzw. das dem System von außen als Wärmequelle zugeführt wird,
schwierig, in dem Wirbelbett eine gleichförmige Temperaturverteilung sicherzustellen und man erhält
die öligen Produkte in einer geringeren Ausbeute und mit einer ungleichförmigen Zusammensetzung. Die
durch Verbrennen eines Teils des Wirbelbettes erhaltene Wärmemenge kann gesteuert werden und die
Temoeratur innerhalb des Ofens kann dadurch genau kontrolliert werden durch Einstellung der Menge der
eingeführten verbrauchten Gummireifen bei gleichzeitiger Einstellung der unter Verwendung von Luft oder
eines mit Luft verdünnten Inertgases als Gas für die Erzeugung der Wirbelschicht zugeführten Sauerstoffmenge.
Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen ist es sehr vorteilhaft, daß die erforderliche Wärme von
außerhalb des Systems nur in der Anfangsstufe des Verfahrens zugeführt werden muß und daß nach dem
Beginn der Zersetzungsreaktion durch Verbrennen eines Teils der Gummireifenbeschickung innerhalb des
Systems genügend Wärme erzeugt wird, so daß dieses sich selbst unterhalten kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Dabei bedeuten:
F i g. 1 eine schematische Ansicht welche die Pulverisierung des verwendeten Gummi- bzw. Kau-
tschukmaterials in Gegenwart von von außen zugeführten Feststoffpartikeln in einem eine Wirbelschicht
ausbildenden Ofen nach der Erfindung erläutert,
Fig. 2 eine schematische Ansicht, welche die Haupttrockendcstillation (Pyrolyse) des verwendeten >
Gummi- bzw. Kautschukmaterials ir, einem in Reihe zu dem Ofen gemäß Fig. I geschalteten, eine Wirbelschicht
ausbildenden Ofen erläutert, und
Fig.3 eine schematische Ansicht, welche eine Trockendestillation einschließlich einer praktisch
gleichzeitigen Pulverisierung und Pyrolyse des verwendeten Gummi- bzw. Kautschukmaterials in Gegenwart
von daraus erzeugten Kohlcpartikel in einem eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen nach der Erfindung
erläutert.
In der Fig. I der beiliegenden Zeichnungen wird ein
eine Wirbelschicht ausbildender Ofen I für die Pü'vcriSiCrüng, der in Seinem Linieren AuSchniu i'l'lii
einem perforierten Boden 3, einem Rührer 16 und einer geeigneten Heizeinrichtung versehen ist, mit verbrauch- jn
tem Kautschuk 6 in Form von Blöcken und mit Feststoffpartikeln 7 zur Verhinderung der Schmelzadhäsion
beschickt und in den unteren Abschnitt desselben wird ein durch einen Vorheizofen 4 erhitztes Aufwirbelungsgas
5 eingeführt, wodurch die Mischung aus den _>-> Kautschukblöcken 6 und den Feststoffpanikeln 7
gerührt wird, wodurch die Ggmmiblöcke 6 pulverisiert werden. Die so erhaltenen Kautschukpartikei 8 läßt man
oberhalb einer Schicht 9 aus nichtpulverisierten Kautschukblöcken eine Wirbelschicht eine Wirbel- in
schicht 10 ausbilden, indem man die Menge des eingeführten und dann in einen Kautschukpartikelbehälter
Il durch eine Überlaufleitung 12. welche die Wirbelschicht IO mit dem Behälter 11 verbindet,
abgezogenen Gases 5 einreguliert. Die Ziffer 13 gibt die π Einlaßöffnung der Leitung 12 an. Selbst wenn in diesem
Falle das den Behälter 11 und die Leitung 12 umfassende System ein geschlossenes ist, werden die schwebenden
Kautschukpartikei in der Schicht 10 in Längsrichtung, in seitlicher Richtung und in jeder anderen Richtung in -to
bezug auf die Länesrich^ne des Ofens I aufgewirbelt
wodurch sie sich durch die Einlaßöffnung 13 bewegen und in den Behälter 11 fallen. Der Behälter 11 kann zum
Abziehen des Gases mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit mit einer Auslaßöffnung 14 versehen sein, -r,
um die Bewegung der Kautschukpartikei 8 aus der Wirbelschicht 10 in den Behälter 11 zu erleichtern und
dadurch die Gewinnung der Partikel 8 zu beschleunigen. Die in dem Behälter 11 gesammelten Kautschukpartikei
8 werden durch ein geeignetes Sieb 15 gefiltert, um -,κ
dadurch die mitgerissenen Feststoffpartikel 7 zur Verhinderung der Schmelzadhäsion abzutrennen. Andererseits
wird die Gesamtmenge oder der größere Teil des Aufwirbelungsgases 5 durch die Auslaßöffnung 17
im oberen Abschnitt des Ofens 1 in einen Zyklon 18 eingeführt, in dem die durch das Gas 5 mitgerissenen
feinen Kautschukpartikei gesammelt werden.
In der Fig.2 der beiliegenden Zeichnungen werden
die in dem Behälter 11 gesammelten Kautschukpartikei in einen Trichter 20 überführt, durch den sie in einen bo
eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen 21 für die Pyrolyse mittels einer Schneckenbeschickungseinrichtung
22 mit einer bestimmten Beschickungsgeschwindigkeit in den Ofen 21 eingeführt werden, in dem sie
pyrolysiert werden. Die gleichzeitig mit der Bildung von b5
gasförmigen und öligen Produkten durch die Pyrolyse gebildeten verkohlten bzw. carbonierten Materialien
weden z. T., mitgerissen durch die gasförmigen und
öligen Produkte, in einen Zyklon 23 überführt, in dem sie abgetrennt werden. Der größere Teil der verkohlten
Materialien wird durch eine Überlaufleitung 24, die mit dem Ofen 21 in Verbindung steht, in einen Behälter 25
für Trockendestillationsrückstände abgezogen. Der Zyklon 23 wird auf der gleichen Temperatur wie der
Ofen 21 gehalten, um zu verhindern, daß die durch die Pyrolyse erzeugten gasförmigen Produkte darin kondensieren.
Die gasförmigen und öligen Produkte werden dann in einen Kühler 28 eingeführt, in dem sie
durch Wärmeaustausch abgekühlt werden, wobei eine beträchtliche Wärmemenge gewonnen wird, und die so
erhaltenen öligen Produkte werden dann durch ein Ventil 29 abgezogen.
In der F i g. 3 der Zeichnungen werden die Blöcke aii.i
verbrauchten Gummireifen, die mittels einer Schnekkenbeschickungseinrichtung 33 in einen eine WirbclscliiolH
ausbildenden Ofen si, der mil einem Rührer 36, einem perforierten Boden 34 in seinem unteren
Abschnitt und einer geeigneten Heizeinrichtung versehen ist, aus einem Trichter 32, der im unteren oder
oberen Abschnitt des Ofens 31 vorgesehen ist, eingeführt, während durch eine Gaseinlaßöffnung 35 in
den Ofen 31 Luft eingeführt wird, wodurch die Gummireifenblöcke unter Ausbildung einer Wirbelschicht
trockendestilliert (pulverisiert und pyrolysiert) werden. Die gleichzeitig mit den gasförmigen und öligen
Produkten bei der Trockendestillation gebildeten verkohlten (carbonisierten) Materialien werden z.T.
von diesen Produkten und der als Aufwirbelungsgas eingeführten Luft durch eine obere Auslaßöffnung 39 in
einen Zyklon 40 mitgerissen, in dem die mitgerissenen verkohlten Materialien abgetrennt werden. Der zurückbleibende
größere Teil der verkohlten Materialien wird durch eine Überlaufleitung 37. die im mittleren
Abschnitt des Ofens 31 ;'.n dessen oberem Ende vorgesehen ist, in einen Behälter 38 für die Trockendestillationsrückstände
abgezogen. Der Zyklon 40 wird auf der gleichen Temperatur wie der Ofen 31 gehalten, um
zu verhindern, daß die gasförmigen Zersetz· ngskomponrntpn rlarin WnnHnnsiprpn Dip Ahcirrtmf» ans rlptn Ofpn
31 werden dann durch einen Kühler 41 und einen Wärmeaustauscher 42 geleitet, um die effektive Wärme
daraus zu gewinnen, und die so erhaltenen öligen Produkte werden aus einem Behälter im unteren
Abschnitt 43 abgezogen. Die Ziffer 44 gibt eine Einlaßöffnung für ein Kühlmittel, wie Luft oder Wasser,
an.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es wurde eine Apparatur mit einem eine Wirbelschicht
ausbildenden Heizofen verwendet, wie sie in Fig. 1 allgemein dargestellt ist. Diese Apparatur hatte
einen Aufbau wie nachfolgend angegeben und sie wurde wie nachfolgend angegeben betrieben. Ein eine
Wirbelschicht ausbildender Ofen 1 (Innendurchmesser 15 cm, Höhe 110 cm) war in seinem unteren Abschnitt
mit einem perforierten Boden 3 versehen und er wies an seinem oberen Ende 13 30 cm oberhalb des perforierten
Bodens eine Oberlaufleitung 12 auf und war an seinem offenen Ende (Auslaßöffnung 17) mit einer Austragsleitung
ausgestattet In den unteren Abschnitt des Ofens 1 wurde zur Erzeugung einer Wirbelschicht aus der
Gummibeschickung ein Aufwirbelungsgas 5 eingeführt.
um diese zu pulverisieren und zu carbonisieren (verkohlen). Die pulverisierten und verkohlten Anteile
der Gummibeschickung strömten durch die Überlaufleitung 12 über. Die durch die Pulverisierung und
Carbonisierung erzeugten öligen Materialien wurden durch einen Zyklon 18 geleitet, in dem die von den
öligen Materialien mitgerissenen carbonisierten Materialien abgetrennt wurden, dann wurden sie in einen
Kühler 26 eingeführt, in dem sie kondensiert und gewonnen wurden. Die den Ofen I mit dem Kühler 26
verbindende Leitung wurde warm gehalten, um zu verhindern, daß die kondensierten Produkte kondensierten.
DtIi-Ch einen manuell drehbaren Trichter 2, dei
im Oberteil des Ofens vorgesehen war, wurde das Gummimaterial manuell in den Ofen so cinregulierbar
eingeführt, daß die Temperatur in dem Ofen konstant gehalten wurde. Auf diese Weise wurde die Apparatur
kontinuierlich betrieben, während die Temperatur innerhalb des Ofens durch Einstellung der Beschikkiingsgeschwindigkeit
des Gummimaterials konstant gehalten wurde. Der verwendete perforierte Boden
wies Perforationen mit einem Durchmesser von 2 mm und ein Perforationsverhältnis von 1.3% auf. Bei dem
verwendeten Aufwirbclungsgas handelte es sich um Luft. Der Ofen war mit einem Rührer versehen und der
Rührer wurde mit 20 UpM betrieben, um die Durchrührung zu bewirken. Die dabei angewendeten experimentellen
Bedingungen waren folgende:
Gasgeschwindigkeit
indem Ofen
(Beschickungsgeschwindigkeit
des Aufwirbelungsgases) 10 cm/Sei:.
Wärmeübertragungsmedium Sand, 600 g
Gummimaterial Reifenschnitzel,
Gewicht und Größe
jedes Naturgummistückes:
jedes Naturgummistückes:
70x61 χ 18 mm,
90,8 g
90,8 g
Der eine Wirbelschicht ausbildende Ofen I wurde von außen auf 420°C erhitz! und dann mit etwa 200 g des
Gummimaierials (erste Charge) beschickt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Temperatur innerhalb des Ofens
auf 360" C gesenkt und nach einer bestimmten Zeitspanne begann sie wieder anzusteigen und kehrte
auf den Wert von 420° C zurück. Wenn weitere 200 gdes
Gummimaterials durch den Trichter 2 in den Ofen eingeführt wurden (zweite Charge), sank die Temperatur
innerhalb des Ofens wieder auf 360"C, danach begann sie wieder anzusteigen und erreichte wieder den
Wert von 420° C.
Danach wurden die Einführung des Gummimaterials und die Änderung der Temperatur innerhalb des Ofens
wiederholt, wodurch die Pulverisierung und Pyrolyse des Gummimaterials abwechselnd in dem Ofen abliefen.
Dies ist in der folgenden Tabelle I angegeben.
Nr. der wieder | Menge des | Anfangs- | Pulveri· | Rnd |
holung der | eingeführten | temp. | sierungs/cil | |
Pulverisierung | Gummimaterials | |||
und Pyrolyse | (g) | ("O | (Min.) | ('C) |
I | 200 | 360 | 2 | 420 |
2 | 200 | 360 | 3 | 420 |
3 | 300 | 350 | 3 | 420 |
4 | 200 | 360 | 3 | 420 |
Pyrolysezeit
(Min.)
2
2
3
3
2
3
3
Immer wenn das Gummimaterial eingeführt worden war, wurde der Rührer eine bestimmte Zeit lang
gestoppt und einige Sekunden später wurde er in jedem Falle wieder in Rotation versetzt. Auf diese Weise
wurde die Einführung des Gummimaterials 25mal wiederholt und die Pulverisierung und Pyrolyse wurden
ebenfalls entsprechend wiederholt, wobei während dieser Zeit eine Gesamtmenge von 6 kg Gummimaterial
den obenerwähnten Behandlungen unterzogen wurde.
Die für diese Behandlungen erforderliche Zeil >>etrug
120 Minuten.
Die so erhaltenen carbonisierten Materialien betrugen etwa 2100 g und die erhaltenen öligen Materialien
betrugen etwa 3 kg. Die so erhaltenen carbonisierten Materialien, öligen Materialien und gasförmigen Materialien
machten jeweils 35, 50 bzw. 15% des Gewichtes des zugeführten Gummimaterials aus.
In diesem Beispiel wurden die Versuche durchgeführt unter Verwendung der gleichen Apparatur wie in
Beispiel 1 und unter Verwendung des gleichen Aufwirbelungsgases und des gleichen Wärmeübertragungsmediuims
wie in Beispiel 1. Die eingeführten Gummiblöcke wurden hergestellt durch Zerschneiden
von aus Naturgummi hergestellten Automobilgummireifen zu Würfeln einer Größe von
3 cm χ 3 cm χ 2 cm und einem durchschnittlichen Gewicht von etwa 18 g. 12 der so hergestellten
Gummiblöcke wurden durch den oberen Trichter zu jeder Beschickungszeit in den Ofen eingeführt.
Der Ofen wurde von außen auf 3600C erhitzt, eine
erste Charge (216 g) der eingeführten Gummiblöcke wurde beendet und die Temperatur in dem Ofen
erreichte 4200C (zu diesem Zeitpunkt war die Pulverisierung beendet und die Pyrolyse begann), bald
nachdem die Operation der Apparatur gestoppt wurde, wurden die in dem Ofen vorhandenen Gummipartikel
abgezogen und diese Partikel wurden auf ihr Gewicht und ihre Partikelgröße hin untersucht. Außerdem
wurden die aus dem Kühler 26 gewonnenen öligen Materialien und die aus dem Behälter 11 für das
pulverisierte Gummi gewonnenen carbonisieren Materialien
jeweils auf ihr Gewicht hin untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse (des Versuchs 1) sind nachfolgend
angegeben.
24 OO
Gewicht des gesammelten pulverisierten Gummis;
Partikelgröße in mm (mesh)
mm >5,0 5,0-2^3 2,3-2,0 2,0-0,60
(mesh) (-4) (4-8) (8-10) (10-30)
Gew.-% 26 13,8 15,5 56,0
Gewonnene ölige Materialien
Gewonnene carbonisierte Materialien
Gewonnene carbonisierte Materialien
202 g
<0,60
(30-)
12,1
(30-)
12,1
Og
3g
3g
In einem weiteren Versuch wurde die Temperatur innerhalb des Ofens nach Beendigung der Einführung
einer ersten Charge (210 g) der Gummiblöcke in den Ofen auf 360 bis 420" C erhöht und bei diesem Wert
etwa 2 Minuten lang gehalten und die Temperatur innerhalb des Ofens begann zu sinken (zu diesem
Zeitpunkt waren die Pulverisierung und die Pyrolyse der ersten Charge der Gummiblöcke beendet), der Betrieb
der Apparatur wurde gestoppt und die pulverisierten Gummiblöcke, die öligen Materialien und die carbonisierten
Materialien wurden gewonnen und auf die gleiche Weise wie oben auf ihr Gewicht hin untersucht
(Versuch 2). Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind m der weiter unten folgenden Tabelle II angegeben.
In einem Versuch 3 wurde das gleiche Verfahren wie in Versuch 1 wiederholt, wobei diesmal jedoch der Ofen
mit der doppelten Menge an Gummiblöcken beschickt wurde, und die Temperatur innerhalb des Ofens wurde
a;if 420°C erhöht und zu diesem Zeitpunkt wurde der
Betrieb der Apparatur gestoppt. In einem Versuch 4 wurde das Verfahren des Versuchs 3 wiederholt, wobei
diesmal der Betrieb der Apparatur gestoppt wurde,
nachdem die Temperatur innerhalb des Ofens 2 Minutei
lang bei 4200C gehalten worden war. In einem Versucl
5 wurde das Verfahren des Versuchs 1 wiederholi wobei diesmal jedoch der Ofen mit der vierfache!
Menge an Gummiblöcken beschickt wurde, die Tempe ratur innerhalb des Ofens wurde auf 4200C erhöht um
zu diesem Zeitpunkt wurde der Betrieb der Apparatu gestoppt.
In einem Versuch 6 wurde das Verfahren de:
Versuchs 5 wiederholt, wobei diesmal jedoch de Betrieb des Ofens gestoppt wurde, nachdem di<
Temperatur innerhalb des Ofens 2 Minuten lang be 4200C gehalten worden war. In jedem der Versuche ;
bis 6 wurden die pulverisierten Gummiblöcke, die öliger Produkte und die carbonisierten Produkte gewönnet
und auf ihr Gewicht hin untersucht, wobei dit Ergebnisse erhalten wurden, die in der nachfolgender
Tabelle Il zusammen mit den Ergebnissen des Versuch: 1 angegeben sino. Bei diesen Versuchen wurden di<
jo durch Trockendestillation der eingeführten Gummi blöcke gewonnenen gasförmigen und flüchtigen Mate
rialien nicht auf ihr Gewicht hin untersucht.
Versuch Nr. | Menge | d. eingeführten Gummiblöcke | Pulverisierter | Gummi | und Zersetzungsprodukte | Gewinnungs |
(Häufigkeit d.
Beschickung) |
pulverisiert | ölige | Produkte carbonisierte | verhältnis d. | ||
Gummi | Produkte | Zersetzungs | ||||
produkte | ||||||
(%) | ||||||
(g) | (g) | (g) | (g) | |||
1 (1) 216
2 (2) 210
3 (2) 432
(213 + 219)
4 (2) 434
(220 + 214)
5 (4) 864
(209 + 214 + 216 + 215)
6 (4) 860
(205 + 217 + 215 + 223)
202
204
200 10
112
121
121
230
360
450
360
450
3
75
80
75
80
140
200
30.1J
30.1J
1.4
90.0
46.5
90.0
46.5
85,4
65.0
87.8
65.0
87.8
Die pulverisierten Gummiblöcke, d. h. die aus dem Ofen in dem Versuch 5 abgezogenen Gummipartikel,
wurden auf ihre Partikelgröße hin untersucht, wobei die nachfolgend angegebenen Ergebnisse erhalten wurden.
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß die eingeführten Gummiblöcke wie in Versuch 1 pulverisiert wurden.
Partikelgröße des pulverisierten Gummis (Versuch 5)
mm >5,0 5,0-1,0 23-2,0 2,0-0,60 <0,60
(mesh) (-4) (4-18) (8-10) (10-30) (30-)
Gew..% 1.4 7,5 10,3 61.1 18.7
Der gleiche eine Wirbelschicht ausbildende Ofen I, der in Beispiel 1 verwendet worden war, wurde über ein
Überlaufrohr 12 mit einem eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen 21 mit dem gleichen Aufbau wie der Ofen 1
verbunden. Die gleichen Gummiblöcke wie in Beispiel 1 wurden in dem Ofen 1 erhitzt und pulverisiert und die
dabei erhaltenen Gummipartikel wurden der Pyrolyse unterworfen, während eine Wirbelschicht daiaus er-
24 OO 284
zeugt wurde. Die in den Öfen 1 und 21 gebildeten öligen Materialien wurden in den Kühlern 26 und 28 gekühlt
und jeweils daraus abgezogen. Wie in Beispiel 1 wurde die Einführung von etwa 200 g der Gummiblöcke
(hergestellt durch Zerschneiden eines verbrauchten, aus Naturgummi hergestellten Reifens) in den Ofen in
Zeitabständen von etwa 2 bis 3 Minuten 25mal wiederholt, wobei die Gesamtmenge der Beschickungen
etwa 5 kg betrug.
Der Betrieb des Ofens 1 wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei
diesmal jedoch der Ofen 1 zu Beginn des Betriebs von außen auf 360 ±3° C erhitzt wurde und als Aufwirbelungsgas
Stickstoffgas verwendet wurde. Der Ofen 21 wurde in der Anfangsstufe des Betriebs von außen auf
420±4°C erhitzt, danach wurde die Temperatur des Ofens 21 durch Einregulieren der Menge der als
Aufwirbelungsgas verwendeten Luft eingestellt. Eine Minute nachdem die Temperatur in dem Ofen 21 nach
der letzten Einführung der Gummiblöcke in den Ofen 1 abzusinken begonnen hatte, wurde der Betrieb dieser
Öfen gestoppt. Der pulverisierte Gummi, die öligen und carbonisierten Materialien wurden an den in der
folgenden Tabelle III angegebenen vorher festgelegten Orten gesammelt oder gewonnen und auf ihr Gewicht
hin untersucht, wobei die in der folgenden Tabelle angegebenen Ergebnisse erhalten wurden.
Pul"erisierter Gummi und
Trockendestillationsprodukle
Trockendestillationsprodukle
Gewonnene Menge
(g)
Gewinnungsver hältnis
In dem Ofen 1 zurückgebliebener pulverisierter Gummi
(Gummipartikel)
In dem Ofen 21 zurückgebliebener pulverisierter Gummi
In dem Ofen 1 gebildete ölige
Materialien (gewonnen aus
dem Kühler 26)
In dem Ofen 21 gebildete
ölige Materialien (gewonnen aus dem Kühler 28)
In dem Ofen 21 erhaltene carbonisierte Materialien (gewonnen aus dem Behälter 25)
(Gummipartikel)
In dem Ofen 21 zurückgebliebener pulverisierter Gummi
In dem Ofen 1 gebildete ölige
Materialien (gewonnen aus
dem Kühler 26)
In dem Ofen 21 gebildete
ölige Materialien (gewonnen aus dem Kühler 28)
In dem Ofen 21 erhaltene carbonisierte Materialien (gewonnen aus dem Behälter 25)
250
2240
1640
0 5
45 33
In diesem Beispiel wurde eine Trockendestillationsapparatur
verwendet, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, die einen eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen 31 aufwies.
in dem die Pulverisierung und Pyrolyse des eingeführten Gummimaterials praktisch gleichzeitig bewirkt wurde
unter Bildung von Kohlepulver durch Trockendestillation des Gummimalerials.
Der Ofen 31. der einen Innendurchmesser von 3QQ mm und eine Länge von 1500 mm aufwies, war in
seinem unteren Abschnitt mit einem perforierten Boden 34. einer Aufwirbelungsgaseinlaßöffnung 35 in dem
darunterliegenden unteren Abschnitt desselben und einer Überlaufleitung 37 300 mm oberhalb des perforierten
Bodens 34 versehen, wobei die Leitung 37 zum Überlaufenlassen des durch die Trockendestillation
gebildeten carbonisierlen Materials diente. Der Ofen 31 war außerdem in seinem oberen Abschnitt mit einer
Leitung 39 versehen, die dazu diente, die durch die Pyrolyse erzeugten öligen Materialien zusammen mit
einem Aufwirbelungsgas und den durch die Pyrolyse ί erzeugten Gasen abzuleiten. Die öligen Materialien
wurden durch einen Zyklon 40 geleitet, in dem die mitgerissenen carbonisierten Materialien gesammelt
wurden, dann wurden sie in die Kühler 41 und 42 eingeführt, in denen sie kondensiert und gewonnen
in wurden. Eine den Ofen 31 mit dem Kühler 41 verbindende Leitung wurde warm gehalten. Der Ofen
31 war mit einem Rührer 36 versehen.
Das eingeführte Gummimaterial wurde hergestellt durch Zerschneiden von großen Gummireifen zu
Blöcken einer Größe von (30 bis 60) mm χ (30 bis 60) mm χ (20 bis 30) mm mittels einer Zerkleinerungseinrichtung
mit rotierenden Schneideklingen. Der größere Teil des in den Gummireifen enthaltenen Wulstdrahtes
wurde in dieser Zerkleinerungsstufe magnetisch entfernL Die Gummiblöcke wurden durch einen Trichter 32
und eine Schneckenbeschickungseinrichtung 33 eingeführt und der Rührer wurde mit 10 UpM betrieben, um
die Aufwirbelung der eingeführten Gummiblöcke zu erleichtern. Die Gummiblöcke wurden mit einer
Beschickungsgeschwindigkeit von 40 kg/Std. zugeführt bis zu einer Gesamtmenge von 120 kg. Die angewendete
Betriebstemperatur betrug 4500C und diese Temperatur
wurde durch Einstellung der Beschickungsgeschwindigkeit der Gummiblöcke aufrechterhalten. Die
jo Luft, die in diesem Falle als Aufwirbelungsgas verwendet wurde, wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 6 cm/Sek. (bei Raumtemperatur) eingeführt. Bei dem verwendeten perforierten Boden handelte es
sich um einen solchen, der eine Perforationsgröße von
r. 2 mm und ein Perforationsverhältnis von 13% aufwies. Während des Betriebs des Ofens wurde der Rührer in
der Anfangsstufe der Einführung der Gummiblöcke 2 bis 3 Sekunden lang gestoppt, danach hatte sich eine
Wirbelschicht aus den Blöcken gebildet und der sich
ίο daran anschließende Betrieb lief glatt und beständig ab
bis zur Einstellung des Betriebs. Die durch Trockendestillation der eingeführten Gummiblöcke erhaltenen
öligen Materialien und carbonisierten Materialien betrugen jeweils 62 kg bzw. 42 kg.
Es wurden Versuche durchgeführt, um den Einfluß des Rührens, des Wärmeübertragungsmediums (Sand) und
der Eigenschaften und Form des der Wirbelschichtin Trockendestillation unterworfenen Gumrmmaterials auf
die Bildung einer aus dem Gummimaterial und dem Sand bestehenden Wirbelschicht zu untersuchen. Bei
diesen Versuchen wurden als Gummibeschickung verbrauchte Reifen in einer amorphen, gezackten
r> unterteilten Form, verbrauchte Reifen in einer feinteiligen Form oder mit Talg bedeckte unvulkanisierte
Gummimaterialien in Form von Splittern unter den gleichen Trockendestillationsbedingungen wie in Beispiel
4 verwendet, wobei der Rührer eingeschaltet oder ausgeschaltet wurde und Sand als Wärmeübertragungsmedium
verwendet oder nicht verwendet wurde, um die so erzeugten Wirbelschichten zu untersuchen. Die
Gummibeschickungen wurden wie folgt hergestellt: verbrauchte Reifen wurden unter Verwendung eines
v5 rotierenden Zerkleinerungseinrichtungsgehäuses mit
sowohl rotierenden als auch festen Schneideklingen zerkleinert unter Bildung von amorphen, zackigen
Stücken einer Größe von (200 bis 20) mm χ (200 bis 20)
mm χ (100 bis 30) mm. Zu diesem Zeitpunkt wurde der
größte Teil des erhaltenen Wulstdrahtes entfernt. Die so hergestellten Gummistücke wurden von solchen mit
einer Größe von mehr als 70 mm χ 70 mm χ 4 mm befreit zur Herstellung der für die Einführung
gewünschten Gummistücke (diese Stücke werden nachfolgend als »grobteilige Reifenprobe« bezeichnet).
Getrennt davon wurden verbrauchte Reifen zerkleinert und gesiebt unter Bildung von Gummipartikeln mit
einer Größe von kleiner als 2 mm χ 2 mm χ 2 mm (diese Partikel werden nachfolgend als »feinteilige
Reifenprobe« bezeichnet).
Außerdem wurde unvulkanisierter SBR-Kautschuk
zu etwa gleich großen Stücken mit einer durchschnittlichen Größe von 20 mm χ 20 mm χ 20 mm zerschnitten,
die dann mit Talgpulver bedeckt wurden, um zu verhindern, daß sie aneinander hafteten (diese Stücke
werden nachfolgend als »unvulkanisierte Kautschukprobe« bezeicbret).
Die Versuche wurden jeweils durchgeführt unter Verwendung der vorstehend angegebenen drei Arten
von Gummiproben, wobei die Trockendestillation auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 durchgeführt wurde,
während der Rührer, wie in der weiter unten folgenden Tabelle IV eingeschaltet oder ausgeschaltet wurde und
Sand als Wärmeübertragungsmedium verwendet wurde, um den Zustand, in dem eine Wirbelschicht gebildet
wurde, visuell zu untersuchen. Die dabei angewendeten Betriebsbedingungen waren folgende:
Temperatur in dem Ofen 450° C
Aufwirbelungsgasgeschwindigkeit
in dem Ofen 8 cm/Sek.
Aufwirbelungsgas Luft
Rührung 20 UpM
Wärmeübertragungsmedium Sand, 1 kg
Wärmeübertragungsmedium Sand, 1 kg
Die in den vorstehenden Versuchen erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.
Versuch Nr. Eingeführter Gummi Rührer
Sand
Aufwirbelungszustand
1 | grobteilige Reifen probe |
in Betrieb |
2 | feinteilige Reifen probe |
in Betrieb |
3 (Kontroll versuch) |
grobteilige Reifen- prcbe |
ausgeschaltet |
4 (Kontroll versuch) |
feinteilige Reifen probe |
ausgeschaltet |
5 (Kontroll versuch) |
unvulkanisierte Kautschukprobe |
in Betrieb |
nicht verwendet es wurde eine stabile Wirbelschicht gebildet und ein kontinuierlicher Betrieb war möglich
nicht verwendet es wurde eine stabile Wirbelschicht gebildet und ein kontinuierlicher Betrieb war möglich
verwendet selbst 3 Min. nach Einführung von etwa 2 kg
Gummibeschickung wurde keine Wirbelschicht gebildet;diegeschmolzenen Gummiblöcke
hafteten an dem perforierten Boden
nicht verwendet es wurde keine Wirbelschicht gebildet; die geschmolzenen Gummipartikel hafteten aneinander
unter Bildung von Blöcken einer ungleichförmigen Größe
nicht verwendet die geschmolzene Kau^schukbeschickung
haftete an dem perforierten Boden, so daß keine Wirbelschicht gebildet wurde
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß zur Erzielung einer zufriedenstellenden Pyrolyse des
zerkleinerten Reifens der zerkleinerte Reifen gerührt werden mußte bei gleichzeitiger Bildung einer Wirbel- v,
schicht aus demselben in einem eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen, daß ohne Rühren eine Wirbelschicht
aus dem grobteiligen Gummimaterial nicht gebildet wurde, auch nicht bei Verwendung von Sand als die
Schmelzadhäsion verhinderndem Mittel, wenn das yt
grobteilige Gummirnaterial als Gummibeschickung verwendet wurde, und daß, anders als bei der
unvulkanisierten Kautschukbeschickung, die Verwendung eines verbrauchten Reifens als Gummibeschikkung
die Bildung einer Wirbelschicht aus dem -",ι
verbrauchten Reifen und einen stabilen, kontinuierlichen Betrieb des Ofens erlaubte.
Naeh dem Verfahren des Beispiels 4, wobei diesmal t,o
jedoch eine Pyrolysetemperatur von 550°C angewendet wurde und als Aufwirbelungsgas Luft mit einer
Strömungsgeschwindigkeit von 6 cm/Sek. verwendet wurde, wurde die Apparatur kontinuierlich betrieben.
Die Temperatur in dem eine Wirbelschicht ausbilden- (,<;
den Ofen wurde durch Einstellung der Menge des zugeführten Gummimaterials unter Einhaltung einer
Rührgeschwindigkeit von 10 UpM konstant gehalten, danach wurde durch das Abstellen des Rührers die
Temperatur innerhalb des Ofens instabil und führte allmählich zu einer Verstopfung des perforierten
Bodens, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb des Ofens nicht mehr möglich war. Die Temperaturänderung
während des Betriebs des Ofens ist in der folgenden Tabelle V angegeberr.
Betriebsdauer
(Min.)
(Min.)
Temp, innerhalb des Ofens
Am Anfang
20
40
60
20
40
60
550
550
550
550
550
550
550
Zu diesem Zeitpunkt wurde der Rührer gestoppt.
65 530
70 575
75 570
80 550
90 580
100 500
110 450
Der Betrieb des Ofens wurde während des Druckanstiegs an dem verstopften perforierten Boden gestoppt.
Das Verfahren des Beispiels 4 wurde wiederholt, wobei diesmal variierende Temperaturen von 400, 450,
bei Raumtemperatur eingeführt. Die dabei erhaltenen öligen Materialien wurden in jedem Falle fraktioniert
500 und 5500C als Pyrolysetemperatur angewendet 5 und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der
wurden. In jedem Falle wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 6 cm/Sek. in den Ofen
nachfolgenden Tabelle Vl angegeben.
Tabelle VI | Df | Fraktion (%) | 150-2(K)-C | Hierzu | 200-250° | C 250-300° C | 300-350° C | 350-400° C | >4(XTC |
Pyrolyi-e- | 14,5 | 9,7 | 8,4 | 6,2 | 10,3 | 303 | |||
lemperaiur | 17,0 | 10,4 | 8,6 | 7,5 | 10,0 | 23,1 | |||
flereich des Siedepunktes | 17,0 | 10,8 | 9,1 | 8,5 | 11,4 | 20,6 | |||
CQ | 0,918 | <I50°C | 17,0 | 12,3 | 10,0 | 9,1 | 9.2 | 19,0 | |
400 | 0,934 | 20,1 | 2 Blatt Zeichnungen | ||||||
450 | 0,926 | 23.5 | |||||||
500 | 0,927 | 22,8 | |||||||
550 | 233 | ||||||||
Claims (1)
- Patentanspruch;Verfahren zum Trockendestillieren von vulkanisiertem und unvulkanisiertem Kautschuk in einem eine Wirbelschicht ausbildenden Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst Kautschukblöcke unter Rühren in Gegenwart von Feststoffpartikeln auf 250 bis weniger als 400" C erhitzt werden, um die Blöcke zu pulverisieren und die so erhaltenen Partikel weiter auf Temperaturen von 400 bis 500" C erhitzt werden, um sie unter Ausbildung einer Wirbelschicht zu pyrolysieren, wobei ein Teil davon in dem Strom eines Sauerstoff enthaltenden Aufwirbelungsgases verbrannt wird oder daß das Pulverisieren und Pyrolysieren gleichzeitig bei Temperaturen von 350 bis 800° C durchgeführt wird, und wobei öliges Material und festes Material gebildet wird, das dann voneinander getrennt gewonnen wird.
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