CH715973A1 - Pyrolyse von polymeren Abfallmateriallien. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pyrolyseverfahren und einen Pyrolysereaktor zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen, insbesondere Gummi- und Kunststoffabfällen, unter Verwendung eines schnellen Pyrolyseverfahrens, wobei das Recyclat einer Pyrolysekammer (1) zugeführt und durch Mikrowellenstrahlung auf eine Zersetzungstemperatur des Recyclats erhitzt wrid.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Pyrolyseverfahren und einen Pyrolysereaktor zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen.

[0002] Das Recycling von polymeren Recyclaten, insbesondere Gummi- und Kunststoffrecyclaten, stellen eine ökologische Herausforderung dar, da jährlich mehr Abfall aus solchem Material hergestellt wird. Im Landesinneren entsorgte Polymerabfälle verbleiben zig Jahre in der Umwelt und tragen massgeblich zur Umweltverschmutzung bei. Bei der Verbrennung von Recyclaten können giftige Emmissionen freigesetzt werden, welche zusetzliche Behandlungsmassnahmen erfordern. Daher ist das Recycling für polymere Recyclate schwierig und kostspielig.

[0003] Zum Beispiel ist die Umwandlung von Gummirecyclaten schwierig um folgendes zu erreichen: <tb><SEP>(1) Verbesserung der Effizienz und Nachhaltigkeit der Abfallentsorgung und -systeme, (2) Rückgewinnung von wiederverwendbarem und recycelbarem Material, und (3) Rückgewinnung von Umwandlungsprodukten und Energie in Form von brennbarem Biogas.

[0004] Während des Recyclingvorgangs von Gummirecyclaten sollte der Einsatz wertvoller Rohstoffe maximiert und gleichzeitig die ökologische Nachhaltigkeit berücksichtigt werden. Das Recycling von Sekundärrohstoffen ist ein wichtiger Mechanismus zur Ressourcenschonung im Hinblick der Verringerung der natürlichen Ressourcen. Im Allgemeinen bilden polymere Recyclatstoffe bedeutende Rohstoffquellen für Neuproduktionen.

[0005] Bestehende Recyclingslösungen erweisen sich jedoch als ineffektiv, energieintensiv oder erfordern erhebliche Investitionen in Ressourcen und Infrastruktur. Für Gummi, zum Beispiel, wird häufig ein Schleifverfahren verwendet, um Gummigranulat herzustellen. Trotz seiner scheinbaren Einfachheit, ist es ein sehr schwieriger Prozess, nicht nur um die Art und Grösse zu bestimmen, sondern auch um die Ergebnisse der Zerkleinerung zu definieren und zu quantifizieren. Mehrere verschiedene Arten von elastischem Material, Temperaturerhöhungen sowie auftretende Scherfestigkeit können zu einem erhöhten Energieverbrauch und einem intensiven Verschleiss führen. Dies führt wiederum zu einer geringen Menge von vermarktbarem Recyclat.

[0006] Kryotechniken können den Energieverbrauch beim Schleifen reduzieren und Verstärkungselemente von Produkten für die mechanische Verarbeitung von Gummiprodukten und polymeren Recyclaten im Allgemeinen trennen. Die Hauptnachteile von kryogenen Verarbeitungsverfahren sind: Hohe Energiekosten, die mit der Notwendigkeit verbunden sind, eine ausreichende Menge eines kryogenen Flüssiggases zu erhalten und eine niedrige Temperatur in einer Verarbeitungskammer zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Die Produktgrössen und geringe Wärmeleitfähigkeit der polymeren Recyclate führen zu einer erheblichen Prozesszeit. Der gesamte Kühlungsprozess sowie die Superkühlung der äusseren Materialschichten führen zu einer noch stärkeren Erhöhung des Gesamtenergieverbrauchs und veringern gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Anlage. Daher kann bei einer Gesamtlebenszyklusbewertung der in Produkten verwendeten und am Ende ihrer Lebensdauer recycelten Polymermaterialien die Anforderung der Nachhaltigkeit durch kryogene Recyclingtechniken meist nicht erfüllt werden.

[0007] Eine weitere bekannte Recyclingsmethode ist die Vulkanisation, bei der es sich um einen chemischen Prozess zur Umwandlung von beispielsweise Gummi oder verwandten Polymeren in haltbarere Materialien durch Zugabe von Schwefel oder anderen äquivalenten Härtungsmittel oder Beschleunigern handelt. Gleichzeitig ist die Devulkanisation der Prozess, durch den die polymeren Eigenschaften der Vulkanisation umgekehrt werden. Der Regenerationsprozess ist mit einer erheblichen Menge schädlicher Emissionen verbunden. Zurückgewonnene Polymerverbindungen bestehen aus einem Gelanteil, die die spärliche Struktur der Vulkanisation bewahrt, und eine Solfraktion, die relativ kurze Segmente verzweigter Ketten enthält. Da die Struktur bei der regenerierten Vulkanisation erhalten bleibt, beeinflusst die Einführung von wiedergewonnenen Polymeren in eine Mischung zur Herstellung neuer Polymermaterialien die Festigkeitseigenschaften neuer Materialien. Dies führt zu einem Downcycling des Originalmaterials. Das Regenerat wird fast nie in derselben Branche verwendet, was gegen eine Kreislaufwirtschaft spricht.

[0008] Übliche Verfahren zum Recyceln von beispielsweise Fahrzeugreifen umfassen das Zerkleinern des Gummis, das Verbrennen der Reifen in Öfen als aus Reifen gewonnener Kraftstoff oder die Pyrolyse, um den Reifen in Pyrolyseöl, Russ und Stahl, der für die Konstruktion des Reifens verwendet wird zu zersetzen. Grosse Industriereifen, wie sie von Erdbewegungsgeräten verwendet werden, sind schwer zu recyceln und werden normalerweise vor dem Recycling nach einem der oben genannten Verfahren in handliche Stücke zerlegt. Die zum Schneiden dieser Reifen verwendete Ausrüstung weist einen erheblichen Verschleiss auf. Ferner ist beispielsweise in US 9649613 B2 ein umgekehrter Depolymerisationsprozess beschrieben, bei dem Reifen nacheinander in ein Mikrowellentunnelsystem mit einem Förderband geladen werden. Das Tunnelsystem ist mit mehreren kleinen Magnetronen versehen, zum Beispiel 35 Reihen mit 3 Magnetrons mit jeweils 1,2 kW. Das Verfahren wird unter leichtem Überdruck betrieben, um die Bewegung von Pyrolysegasen zu fördern. Es wird angenommen, dass Mikrowellenenergie dazu führt, dass schwächere Molekülbindungen in längerkettigen Molekülen durchtrennt werden, um diese Moleküle zu einfacheren Formen zu reduzieren, was den Depolymerisationsprozess verursacht. Auch in der Gesamtlebenszyklusbewertung eines Recyclingmaterials ist ein solcher Depolymerisationsprozess energetisch meist nicht nachhaltig.

[0009] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pyrolyseverfahren und einen Pyrolysereaktor zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen, insbesondere Gummi- und Kunststoffabfällen, bereitzustellen, was eine nachhaltige Polymerabfallbewirtschaftung und eine effiziente Rückgewinnung von wiederverwendbaren und recycelbaren Materialien ermöglicht. Dies verbessert die Umweltbelastung über den Lebenszyklus eines Polymermaterialprodukts und ist eine kostengünstige Lösung für das Recycling. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindungen, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem grosse Polymerprodukte, insbesondere Gummireifen, als Ganzes pyrolysiert werden können.

[0010] Diese und andere Aufgaben, welche in der nachstehenden Beschreibung hervorgehen, werden durch ein Pyrolyseverfahren und einen Pyrolysereaktor erreicht, wie in den beigefügten unabhängigen Behauptungen dargelegt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Behauptungen definiert.

[0011] Gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet ein Pyrolyseverfahren zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen, insbesondere Gummi- und Kunststoffabfällen, ein schnelles Pyrolyseverfahren, bei dem das Recyclat einer Pyrolysekammer zugeführt und auf die Zersetzungstemperatur des Recyclats durch Mirkowellenstrahlung erhitzt wird (bei dem eine exotherme Depolymerisationsreaktion des Recyclats auftritt). Vorzugsweise hat die Mikrowellenstrahlung zur Erhitzung des Recyclats auf seine Zersetzungstemperatur eine Leistungsdichte zwischen 30 kW und 700 kW pro Kubikmeter der Pyrolysekammer. Bevorzugterweise hat die Mikrowellenstrahlung eine Leistungsdichte unter 500 kW pro Kubikmeter, um die Energieeffizienz des Verfahrens und auch die thermische Zersetzung des Materials sicherzustellen. Im Allgemeinen hängt die für den schnellen Pyrolyseprozess ausgewählte Mikrowellenleistung von der Art des Polymerabfallmaterials ab. Beispielsweise wird für Reifengummimaterial eine Leistungsdichte zwischen 50 kW und 500 kW pro Kubikmeter empfohlen.

[0012] Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Prozess zur Pyrolyse von Polymerabfällen wie Gummi und Kunststoffen, wobei hauptsächlich Mikrowellenleistung verwendet wird. Die Verwendung von Mikrowellenleistung zum schnellen Erhitzen des Gummis oder der Kunststoffe bei denen die Zersetzung beginnt, beträgt je nach pyrolysiertem Material 300 bis 450 ° C. Das anschliessende Erhitzen auf höhere Temperaturen in einem Bereich von 600 bis 900 ° C wird durch eine Kombination von Mikrowellen und weiteren Wärmequellen erreicht. Somit umfasst das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung einen ersten Erwärmungsschritt, in dem das Recyclat durch Mikrowellenstrahlung wie oben erwähnt auf seine Zersetzungstemperatur erwärmt wird, und einen zweiten Erwärmungsschritt zur Erhitzung des Recyclats auf Temperaturen oberhalb des Zersetzungsbeginns durch Mikrowellenstrahlung in Kombination mit einer zusätzlichen Wärmequelle. Zusätzliche Wärmequellen können leitende Heizmittel, elektrische Heizmittel oder andere geeignete Heizmittel sein.

[0013] Zuletzt werden Teile flüchtiger organische Verbindungen, die aus dem Pyrolyseprozess gewonnen werden, als zusätzliche Wärmequelle für die leitende Erwärmung des Recyclats in der Pyrolysekammer verwendet. So können beispielsweise während des ersten Erhitzungsschritts verdampfte Gase und die anfängliche Zersetzung für den zweiten Erhitzungsschritt verwendet werden.

[0014] Die Kombination von Mikrowellen und einer zusätzlichen Wärmequelle kann die Gesamtenergieeffizienz des Verfahrens verbessern. Die verwendeten Temperaturen für das Pyrolyseverfahren ist abhängig vom Typ des Polymerrecyclats. Beispielsweise hat Methan eine höhere Wärmekapazität als Wasserstoff. Daher sollten für Recyclate, die grosse Mengen Methan verdampfen, höhere Temperaturen verwendet werden als für Wasserstoff.

[0015] Die beiden nachfolgenden Erhitzungsschritte sind beispielsweise hilfreich, um den Zersetzungsprozess verschiedener Komponenten des Polymerrecyclats zu optimieren. Im Bereich der Niedertemperaturpyrolyse werden organische Gasverbindungen aus dem Recyclat extrahiert, beispielsweise durch Trockendestillation. Beispielsweise verdampfen Additive, Öle und Weichmacher während der anfänglichen thermischen Zersetzung. Im Bereich der Hochtemperaturpyrolyse kann beispielsweise Naturgummi, Styrol-Butadien-Gummi oder PolyButadien-Gummi während der fortgesetzten Zersetzung regeneriert werden.

[0016] Das Pyrolyseverfahrung gemäss dieser Erfindung wird im schnellen Pyrolysebereich durchgeführt, wobei vorteilhafterweise flüchtige Gase, die während der Pyrolyse erzeugt werden, in weniger als 4 Sekunden, vorzugsweise in weniger als 2 Sekunden, aus dem Pyrolysereaktor entnommen werden. Die minimale Kontaktzeit zwischen Pyrolysegasen und der heissen Umgebung im Reaktor verhindert eine weitere Zersetzung der Pyrolysegase zu Feststoffen. Dies führt zu einer grossen Menge von flüchtigen Verbindungen im Vergleich zu einer langsamen Pyrolyse, bei welcher die Kohlenstoffausbeute höher ist. Durch die Verwendung der volumetrischen Erwärmungseigenschaften der Mikrowellenleistung kann das polymere Recyclat, insbesondere Gummi, schnell auf den Temperaturbereich erwärmt werden, in dem eine exothermische Depolymerisationsreaktion auftritt.

[0017] In der Variante der vorliegenden Erfindung des Pyrolyseverfahrens wird ein Unterdruck auf die Pyrolysekammer zur Entfernung oder Entzug von Pyrolysegasen ausgeübt. Die Entnahme von Gasen aus dem Reaktor wird durch das Anziehen eines Teilvakuums in den Abgasleitungen unterstützt.

[0018] Das hier beschriebene Pyrolyseverfahren ist ein schnelles Pyrolyseverfahren, das zur Aufnahme ganzer Gummireifen oder grosser Reifenstücke geeignet ist, wobei der Pyrolysereaktor unter vermindertem Druck betrieben wird, um eine schnelle Entnahme von Pyrolysegasen sicherzustellen.

[0019] In der Variante der vorliegenden Erfindung des Pyrolyseverfahrens wird das Recyclat in kontinuierlicher Bewegung durch ein Förderband durch die Pyrolysekammer befördert und Pyrolysegase des Recyclats werden in Intervallen während der kontinuierlichen Bewegung des Recyclat aus der Pyrolysekammer an unterschiedlichen Austrittsöffnungen entzogen. Dies ermöglicht die physikalische Trennung verschiedener flüchtiger organischer Verbindungen während der thermischen Zersetzung des Polymerrecyclats.

[0020] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Pyrolysereaktor zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen, insbesondere Gummi- und Kunststoffrecyclaten, eine Pyrolysekammer zur Aufnahme des Recyclats und mindestens eine Wärmequelle zur Erhitzung des Recyclats auf eine Zersetzungstemperatur wobei mindestens eine Wärmequelle eine Mikrowellenstrahlungsquelle ist.

[0021] Der Reaktor ist gegen die Umgebung abgedichtet, um zu verhindern, dass Pyrolysegase entweichen oder Sauerstoff eindringt. Der Reaktor kann vor dem Betrieb beispielsweise mit Stickstoff gereinigt werden.

[0022] Die Pyrolysekammer des Pyrolysereaktors kann eine innere feuerfeste Auskleidung aus einem mikrowellentransparenten Material umfassen. Die feuerfeste Auskleidung kann die Wärme um das zu pyrolysierende Polymerrecyclat eindämmen. Es ermöglicht auch, dass sich die Mikrowellenenergie in der Pyrolysekammer verteilt um somit das Recyclat gleichmässiger zu erhitzen. Idealerweise erstreckt sich die feuerfeste Auskleidung nur auf einen länglichenTeil der Pyrolysekammer, in die Mikrowellenstrahlung eingeführt wird. Der restliche Teil der Pyrolysekammer hat stattdessen eine doppelwandige Konstruktion, um als zusätzliche Wärmequelle für die Reaktorwände zu dienen.

[0023] Der Pyrolysereaktor umfasst mindestens eine Wellenleiterspeisung, die mehrere Strahlungsausgänge umfasst. Die Strahlungsausgänge werden vorzugsweise entlang einer Länge der Pyrolysekammer in einem Abstand voneinander angelegt.

[0024] Im Falle einer länglichen Pyrolysekammer des Pyrolysereaktors kann ein Förderband vorgesehen werden, um Polymerrecyclate in und durch die Pyrolysekamme zu führen. Somit kann das Polymerrecyclat und seine Elemente jeweils entlang der Länge der Pyrolysekammer von einem Ende zum gegenüberliegenden Ende der Kammer übertragen werden. Ferner kann die Pyrolysekammer mehrere voneinander entfernte Austrittsöffnungen entlang einer Länge der Pyrolysekammer umfassen, um Pyrolysegase des Recyclats in Intervallen an unterschiedlichen Austrittsöffnungen abzuleiten.

[0025] Alternativ kann der Pyrolysereaktor eine Pyrolysekammer in Form eines Chargenreaktors mit einer Kreisform umfassen. In diesem Fall hat die Pyrolysekammer vorzugsweise eine Ringform mit einem hohlen Mittelabschnitt.

[0026] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen beschrieben, die die Prinzipien der Erfindung erklären können, aber deren Umfang nicht einschränken dürfen. Die Zeichnungen veranschaulichen: <tb>Fig. 1:<SEP>Eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Pyrolysekammer, die für ein Pyrolyseverfahren verwendet wird, und eine erste Ausführungsform eines Pyrolysereaktors gemäss der Erfindung; <tb>Fig. 2:<SEP>Ein schematisches Diagramm eines Aufbaus des Pyrolysereaktors, wie bei Fig. 1 beschrieben; <tb>Fig. 3:<SEP>Eine schematische Ansicht einer Pyrolysekammer einer zweiten Ausführungsform eines Pyrolysereaktors; und <tb>Fig. 4:<SEP>Ein Temperatur/ Zeit-Diagramm der thermischen Zersetzung von Gummi im Pyrolysereaktor gemäss der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0027] Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen eines Pyrolysereaktors gemäss der vorliegenden Erfindung beschrieben, die geeignet sind, ein Pyrolyseverfahren zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen durchzuführen. In beiden Ausführungsformen umfasst der Pyrolysereaktor zur thermischen Zersetzung von Polymerabfällen, insbesondere Gummi- und Kunststoffabfällen, eine Pyrolysekammer zur Aufnahme des Recyclats und mindestens eine Wärmequelle zur Erhitzung des Recyclats auf eine Zersetzungstemperatur des Reststoff. Mindestens eine Wärmequelle umfasst eine Mikrowellenstrahlungsquelle.

[0028] Die zwei Ausführungsformen unterscheiden sich hauptsächlich in der Konstruktion ihrer Pyrolysekammer, während andere Merkmale des Reaktors und die Schritte des Verfahrens gleich sind. Strukturelle Merkmale des Reaktors und Erläuterungen zu den Verfahrensschritten, welche für beide Ausführungsformen passen sind für beide Ausführungsformen als austauschbar zu betrachten. Ihre Wiederholung wird vermieden, um die Klarheit der Spezifikation zu verbessern.

[0029] Beispielsweise ist es für beide Ausführungsformen vorteilhaft, den schnellen Pyrolyseprozess so zu definieren, dass flüchtige Gase in weniger als 4 Sekunden, vorzugsweise in weniger als 2 Sekunden, erzeugt werden, wenn das Recyclat durch Mikrowellenstrahlung auf seine Zersetzungstemperatur erhitzt wird. Zusätzlich zu einer Mikrowellenstrahlungsquelle kann der Pyrolysereaktor eine leitende Heizquelle enthalten, die als zusätzliche Erwärmung dient. Einige der flüchtigen organischen Verbindungen die während der thermischen Zersetzung eines Polymerabfallmaterials erzeugt werden, wie nicht kondensierbare Gase, können verwendet werden um die Wände der Pyrolysekammer zu erhitzen, wodurch der Pyrolyseprozess durch leitende Erwärmung durch die Kammerwände unterstützt wird. Alternativ können zu diesem Zweck auch elektrische Heizelemente verwendet werden. In gleicher Weise gelten andere Merkmale und Schritte für beide Ausführungsformen.

[0030] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Pyrolysekammer 1 eines Pyrolysereaktors gemäss der vorliegenden Erfindung. Der Reaktor kann in Form einer kontinuierlichen Retorte sein. Beispielsweise kann es ein Förderband umfassen, um Polymerabfallmaterial in die Pyrolysekammer 1 zu befördern und das Recyclat und seine zersetzte Komponente durch die Pyrolysekammer 1.

[0031] Beispielsweise können komplette Reifen oder Reifenstücke von einem Ende der Kammer intermittierend in die Pyrolysekammer 1 eingeführt werden. Am Anfangspunkt ist ein Luftschleusensystem zur Reinigung von Sauerstoff vorgesehen. Gleichzeitig können Reifenstücke mit einem Schneckenförderer in die Retorte eingezogen werden. Pyrolysegase werden in Intervallen entlang der Länge der Pyrolysekammer 1 abgezogen, wobei aufeinanderfolgende Gasaustrittsöffnungen 2 an Stellen mit steigender Produkttemperatur vorgesehen sind, an denen sich die entsprechenden gesammelten Gase unterscheiden. In dieser Ausführungsform werden Abgase an 3 Positionen an der Seite der Kammer gesammelt, die 3 verschiedenen Produkttemperaturen entsprechen. Dies ermöglicht eine physikalische Trennung der verschiedenen flüchtigen Gase durch verschiedene Kondensatorsysteme, die den Austrittsöffnungen zugeordnet sind. Feststoffe werden durch ein zweites Luftschleusensystem oder mit einem Schneckenförderer an einem zweiten Ende der Pyrolysekammer 1 abgegeben.

[0032] Ein automatisiertes Steuersystem, wie beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (englisch:SPS), wird verwendet, um den Pyrolyseprozess gemäss dieser Erfindung zu steuern. Das Steuersystem kann beispielsweise die Masse des in den Reaktor eintretenden Produkts messen, beispielsweise durch ein Wiegezufuhrsystem auf dem Zufuhrförderband, sowie die Temperatur der Pyrolysekammer und der Abgase an verschiedenen Stellen messen. Diese Informationen werden verwendet, um die Reaktortemperatur und die Temperatur des Produkts zu steuern sowie die Mikrowellenleistung zu regulieren um die Produktion zu maximieren und den Energieeinsatz zu minimieren.

[0033] Eine geschlitzte Wellenleiterspeisung, bestehend aus Schlitzen 3, die sich der Länge entlang der der Pyrolysekammer 1 erstrecken, kann verwendet werden, um Mikrowellenstrahlung entlang der Länge der Kammer zu verteilen. Mikrowellenstrahlung kann an verschiedenen Stellen um den Umfang der Kammer und entlang der Länge der Pyrolysekammer 1 zugeführt werden, um eine gleichmässige Erwärmung des Produkts sicherzustellen. Die in Fig. 1 gezeigte geschlitzte Wellenleiterzufuhr ist so ausgelegt, dass die Schlitze 3 ein Leistungsprofil ausstrahlen, so dass mehr Energie in der Zone abgegeben wird, in der die anfängliche Erwärmungsphase auftritt, und weniger gegen Ende des Prozesses, wo das Material im Wesentlichen carbonisiert ist und eine erhöhte Temperatur aufrechterhalten wird, um die Entfernung der letzten Spuren von flüchtigem Material sicherzustellen.

[0034] Die Pyrolysekammer 1 kann eine innere feuerfeste Auskleidung 4 aufweisen, die aus einem mikrowellentransparenten Material wie Aluminiumoxid oder Mullit hergestellt ist, um die Wärme um die zu pyrolysierenden Reifen aufzunehmen. Es ermöglicht auch, dass sich die Mikrowellenenergie innerhalb des feuerfesten Materials entlang des Umfangs des Reaktors verteilt, um eine gleichmässigere Erwärmung des Produkts zu erreichen.

[0035] Die feuerfeste Auskleidung kann sich nur bis zu einem Teil der Länge der Pyrolysekammer erstrecken, in welche die Mikrowellenleistung eingeleitet wird, während der Rest der Kammer eine doppelwandige Konstruktion aufweisen kann, damit heisse Gase oder Heizöl zirkulieren können, wodurch eine herkömmliche Erwärmung Reaktorwände in der Kammer erreicht wird und zur Unterstützung des Prozesses dient. Diese können beispielsweise durch Verbrennen der nicht kondensierbaren Teile der gesammelten flüchtigen Stoffe erhalten werden.

[0036] Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm des Pyrolysereaktors gemäss der ersten Ausführungsform. Am ersten Ende der Pyrolysekammer 1 wird Polymerabfallmaterial in Form von Gummi durch ein Förderband eingeführt und entlang der Länge der Pyrolysekammer 1 transportiert. Im Verlauf der sukzessiven thermischen Zersetzung gemäss der Pyrolysemethode der Erfindung, wird die Pyrolysekammer bzw. der Gummi zuerst durch Mikrowellenstrahlung auf die Zersetzungstemperatur des Gummis erhitzt, wodurch eine exotherme Depolymerisationsreaktion des Gummis verursacht wird, beispielsweise mit einer Temperatur zwischen 300-450 ° C. Erste flüchtige organische Verbindungen können durch eine erste Austrittsöffnung 2a entzogen werden. Anschliessend werden die verbleibenden Gummimischungen durch eine Kombination aus Mikrowellenstrahlung und einer zusätzlichen Wärmequelle auf eine höhere Temperatur im Bereich von 600 bis 900 ° C erhitzt. Während des zusätzlichen Erhitzens können zweite flüchtige organische Verbindungen über die Austrittsöffnung 2b entzogen werden, welche sich der Länge entlang der Kammer in einem Abstand zu Austrittsöffnung 2a befindet. Dementsprechend können dritte flüchtige organische Verbindungen über die Austrittsöffnung 2c entzogen werden, welche sich der Länge entlang der Kammer im Abstand zur Austrittsöffnung 2b befindet. Am zweiten Ende der Pyrolysekammer 1 wird mit Reifenstahl vermischtes karbonisiertes Material abgegeben und kann unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens, wie beispielsweise eines Vibrationssiebs 5 oder dergleichen, abgetrennt werden.

[0037] Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Pyrolysekammer 1 einer zweiten Ausführungsform des Pyrolysereaktors gemäss der vorliegenden Erfindung. Der Reaktor hat die Form eines Chargenreaktors wie eines Druckbehälters, der sich öffnet, um eine Ladung kleinerer Reifen aufzunehmen. Beispielsweise ist die Pyrolysekammer 1 des Reaktors kreisförmig und kann oben in der kreisförmigen Kammer geöffnet werden. In der gezeigten Ausführungsform ist der Reaktor mit einem einzelnen grossen Reifen 7 beladen, wie er von Erdbewegungsgeräten verwendet wird. Mikrowellenstrahlung wird über die Zufuhröffnungen 6 im Dach der Kammer auf die Pyrolysekammer 1 angewendet. Elektrische Elemente oder das Verbrennen einiger Pyrolyseprodukte können zu einer Erwärmung der Kammerwände führen, um Kondensation im Gefäss zu verhindern. Die Mikrowellenleistung wird durch eine Anzahl von Mikrowellenzufuhröffnungen 6 auf dem Dach des Gefässes eingeleitet. Die Position und Ausrichtung der Mikrowellenzufuhröffnungen gewährleisten eine gleichmässige Verteilung der Mikrowellen im Gefäss. Das Gefäss kann auch die Form eines Rings haben, in dem der Mittelabschnitt 8 entfernt ist, um das unbenutzte Volumen in der Pyrolysekammer 1 zu verringern.

[0038] Die Grafik in Fig. 4 zeigt ein Heizprofil des Chargenreaktors von Fig. 3. Wie zu sehen ist, steigt in einer anfänglichen Erwärmungsphase des schnellen Pyrolyseprozesses die Temperatur unter Anwendung von Mikrowellenerwärmung innerhalb von 5 Minuten über 400 ° C.. Schnell freigesetzte flüchtige organische Verbindungen des Reifens 7 können aus der Pyrolysekammer entzogen werden. In einer anschliessenden Aufheizphase steigt die Temperatur über 600 ° C und zersetzt weitere Reifenbestandteile. Der Prozess wurde eine Stunde lang (3600 Sekunden) fortgesetzt, um sicherzustellen, dass alle flüchtigen Stoffe aus dem Russ verdampft waren, obwohl der Prozess innerhalb von 25 Minuten (1500 Sekunden) abgeschlossen war.

Auflistung der Referenznummern

[0039] 1 Pyrolysekammer 2 Ausgangsöffnungen 3 Schlitze 4 Verkleidung 5 Rüttelsieb 6 Zufuhröffnung 7 Gummireifen 8 Zentraler Bereich

Claims (14)

1. Pyrolysemethode zur thermischen Zersetzung von polymeren Abfallmaterial, insbesondere Gummi- und Kunststoff Abfallmaterial, unter Berufung eines schnell Pyrolyseprozess, wodurch das Abfallmaterial - In eine Pyrolysekammer (1) eingeführt wird, und - Erhitzt wird zu einer Zerfallstemperatur mittels Mikrowellenbestrahlung

2. Pyrolysemethode nach Anspruch 1, wo die Mikrowellenbestrahlung zur Erhitzung des Abfallmaterials zu seiner Zerfallstemperatur eine Energiedichte zwischen 30kW und 700kW pro Kubikmeter der Pyrolysekammer besitzt, vorzugsweise zwischen 50kW und 500kW pro Kubikmeter.

3. Pyrolysemethode nach Anspruch 1 oder 2, worin Unterdruck in der Pyrolysekammer (1) angewandt wird zur Entfernung von Pyrolysegasen.

4. Pyrolysemethode nach irgendeines der vorstehenden Ansprüchen, worin das Abfallmaterial erhitzt wird zu seiner Zerfallstemperatur in einer ersten Erhitzungsstufe, nachfolgend eine zweite Erhitzungsstufe zur Erhitzung des Abfallmaterials oberhalb dem Beginn der Zerfallstemperatur des Materials, erreicht mittels Mikrowellenbestrahlung in Kombination mit einer zusätzlichen Hitzequelle.

5. Die Pyrolysemethode nach Anspruch 4, wo restliche Bestände der flüchtigen Gase, gewonnen aus dem Pyrolyseprozess und verwendet werden als zusätzliche Hitzequelle für leitfähige Erhitzung des Abfallmaterialsin der Pyrolysekammer (1).

6. Pyrolysemethode nach einem den vorangegangenen Ansprüchen, wobei der schnell Pyrolyseprozess definiert wird als solches wo flüchtige Gase in weniger als 4 Sekunden erzeugt werden, vorzugsweise in weniger als 2 Sekunden, wenn das Abfallmaterial erhitzt wird zu seiner Zersetzungstemperatur mittels Mikrowellenbestrahlung.

7. Pyrolysemethode nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, wo das Abfalmaterial durch eine Pyrolysekammer (4) geführt wird in einer fortlaufenden Bewegung mittels eines Förderbandes und wo pyrolyse Gase des Abfallmaterials der Pyrolysekammer entzogen werden in Intervallen während der fortlaufenden Bewegung an verschiedenen Ausgangsöffnungen (2a, 2b, 2c) in der Pyrolysekammer (1).

8. Pyrolysereaktor zur thermalen Zersetzung von polymeren Abfallmaterials, insbesondere Gummi- und Kunststoffabfallmaterial, bestehend aus einer Pyrolysekammer (1) zur Aufnahme des Abfallmaterials mit wenigstens einer Erhitzungsquelle zur Erhitzung des Abfallmaterials zur Zersetzungstemperatur des Abhallmaterials, wobei wenigstens eine Hitzequelle besteht aus einer Mikrowellenstrahlungsquelle.

9. Pyrolysereaktor nach Anspruch 8, worin die Pyrolysekammer (1) eine interne leitfähige Verkleidung (4) eines Mikrowellendurchlässigen Materials beinhält.

10. Pyrolysekammer nach dem vorstehendem Anspruch, wo die leitfähige Verkleidung (4) sich erstreckt zu Ausschliesslich der Länge der Pyrolysekammer (2) wo Mikrowellenbestrahlung eingesetzt wird, und wo der Rest der Pyrolysekammer (1) eine doppelwändige Konstruktion haben mag damit heisse Gase oder Öle zirkulieren können, zur Schaffung einer zusätzlichen Hitzequelle für die Reaktorwände.

11. Pyrolysereaktor nach Ansprüchen 8 bis 11, worin wenigens eine schlitzförmige Wellenleiterführung bestehend aus einer Mehrzahl von Schlitzen (3) sich entlang der Länge der Pyrolysekammer (1) zieht.

12. Pyrolysereaktor nach Ansprüchen 8 bis 11, wo ein Förderband vorgesehen wird zur Beförderung der polymeren Recyclatsstoffen in und durch die Pyrolysekammer (1).

13. Pyrolysereaktor nach dem vorstehenden Anspruch, worin die Pyrolysekammer (1) besteht aus mehreren Ausgangsöffnungen (2) in Abstand von einander entlang der Länge der Pyrolysekammer (1) zur Evakuierung von dem Pyrolysegas des Abfallmaterials in Intervallen an verschiedenen Ausgangsöffnungen (2).

14. Pyrolysereaktor nach Anspruch 8, worin die Pyrolysekammer (1) die Form eines Batch-Reaktors hat.