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T1 - Weiterentwicklung eines Verfahrens zur nass-mechanischen Aufbereitung von polyolefinreichen Reststoffen zur Marktreife

AU - Schwabl, Daniel

N1 - gesperrt bis 11-09-2025

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - In der vorliegenden Arbeit wird ein Bogen über sechs Jahre währende Forschungsarbeiten der Lehrstühle für Aufbereitung und Veredlung, Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes, Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft sowie industrieller Partner gespannt. Übergeordnetes Ziel dieser gemeinsamen Forschungsbemühungen war es, ein nass-mechanisches Aufbereitungsverfahren für polyolefinreiche Reststoffe weiterzuentwickeln und zur Marktreife zu führen. Als technologische Brücke zwischen der bestehenden trockenen Aufbereitungstechnik in der Abfallbehandlung und einem chemischen Recycling mittels thermochemischer Konversion, sollte es für diese 90 %-ige Polyolefinkonzentrate verfügbar machen. Aus umfangreichen Vorarbeiten zur Aufbereitung von Altkunststoffen ergab sich eine Kombination bestehend aus einer Setzmaschine und einem Zentrifugalkraftscheider (ZKS) nach der LarCoDeMS-Bauweise als vielversprechendes Aufbereitungsverfahren. Die Setzmaschine überzeugt dabei dadurch, dass sie als robustes nass-mechanisches Trennaggregat dazu in der Lage ist, hohe Durchsätze zu ermöglichen und aus abrasiven und störstoffreichen Aufgabegütern schwere Verunreinigungen effizient abzutrennen. Die verbleibende Mischkunststofffraktion wiederum stellt ein ideales Aufgabegut für den ZKS dar. Im ZKS kann mittels des Trennmediums Wasser eine durch Zentrifugalkräfte beschleunigte Dichtetrennung bei einem Trennschnitt von 1 g/cm³ erfolgen, wodurch die Polyolefine infolge ihrer niedrigeren Dichte von den anderen Kunststoffen und leichten Störstoffen getrennt werden. Da der ZKS ohne bewegliche Einbauten funktioniert und eine separate Aufgabe von Trennmedium und –gut möglich ist, ist dieses Aggregat ideal für die heterogenen und in ihrer Zusammensetzung schwankenden polyolefinreichen Reststoffe bestens geeignet. Mit dieser Aggregatkombination sollte somit die Abtrennung einer störstoffreichen Schwergutfraktion zur Metallrückgewinnung und Deponierung, einer mit diversen Kunststoffen und leichten Störstoffen angereicherten Mittelgutfraktion für das energetische Recycling und einem 90 %-igen Polyolefinkonzentrat als Leichtgutfraktion für das chemische Recycling möglich sein. Um diese Annahmen zu überprüfen, wurde die Kombination aus Setzmaschine und ZKS im Technikumsmaßstab errichtet und über Parameterstudien optimiert. Mit dieser Technikumsanlage wurden umfangreiche Versuchsreihen mit Reststoffen aus den Bereichen Mischkunststoffe, Rejekte der Papierindustrie, Ersatzbrennstoffe und Landfill Mining sowie weiteren industriellen und kommunalen Abfällen – welche repräsentativ für die verfügbaren Abfallströme in Österreich sind – durchgeführt. Dabei gelang es, Polyolefinkonzentrate mit Polyolefingehalten von über 90 % zu erzeugen, welche den Anforderungen für ein chemisches Recycling entsprechen. Je nach Grad der Verunreinigung sowie des anfänglichen Polyolefingehaltes der Aufgabegüter kann es dabei erforderlich sein, mehrere ZKS-Stufen zu verwenden. Über weiterführende Versuche zur Gutentwässerung, der Metallabscheidung und Prozesswasserbehandlung, Untersuchungen der Güte des Prozesswassers, der Haupt- und Nebenprodukte sowie vertiefende Studien des Strömungsverhaltens des ZKS war es möglich, ein Anlagenkonzept sowie einen Business-Case für eine entsprechende Aufbereitungsanlage im Pilotmaßstab (95.000 t/a Aufgabegut; 25.000 t/a Polyolefin-Flake) zu entwickeln. Dabei wurden Investitionskosten von 6,2 Millionen € für den Bau der Pilotanlage als Green-Field-Szenario abgeschätzt, die sich nach der Discounted-Cash-Flow-Method innerhalb von 4 bis 5 Jahren amortisieren sollten. Es kann somit ausgesagt werden, dass die Kombination aus Setzmaschine und ZKS zur nass-mechanischen Aufbereitung von polyolefinreichen Reststoffen sowohl technisch, ökologisch als auch ökonomisch sehr gut geeignet ist. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit kann somit eine Umsetzung als Pilotanlage empfohlen werden.

AB - In der vorliegenden Arbeit wird ein Bogen über sechs Jahre währende Forschungsarbeiten der Lehrstühle für Aufbereitung und Veredlung, Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes, Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft sowie industrieller Partner gespannt. Übergeordnetes Ziel dieser gemeinsamen Forschungsbemühungen war es, ein nass-mechanisches Aufbereitungsverfahren für polyolefinreiche Reststoffe weiterzuentwickeln und zur Marktreife zu führen. Als technologische Brücke zwischen der bestehenden trockenen Aufbereitungstechnik in der Abfallbehandlung und einem chemischen Recycling mittels thermochemischer Konversion, sollte es für diese 90 %-ige Polyolefinkonzentrate verfügbar machen. Aus umfangreichen Vorarbeiten zur Aufbereitung von Altkunststoffen ergab sich eine Kombination bestehend aus einer Setzmaschine und einem Zentrifugalkraftscheider (ZKS) nach der LarCoDeMS-Bauweise als vielversprechendes Aufbereitungsverfahren. Die Setzmaschine überzeugt dabei dadurch, dass sie als robustes nass-mechanisches Trennaggregat dazu in der Lage ist, hohe Durchsätze zu ermöglichen und aus abrasiven und störstoffreichen Aufgabegütern schwere Verunreinigungen effizient abzutrennen. Die verbleibende Mischkunststofffraktion wiederum stellt ein ideales Aufgabegut für den ZKS dar. Im ZKS kann mittels des Trennmediums Wasser eine durch Zentrifugalkräfte beschleunigte Dichtetrennung bei einem Trennschnitt von 1 g/cm³ erfolgen, wodurch die Polyolefine infolge ihrer niedrigeren Dichte von den anderen Kunststoffen und leichten Störstoffen getrennt werden. Da der ZKS ohne bewegliche Einbauten funktioniert und eine separate Aufgabe von Trennmedium und –gut möglich ist, ist dieses Aggregat ideal für die heterogenen und in ihrer Zusammensetzung schwankenden polyolefinreichen Reststoffe bestens geeignet. Mit dieser Aggregatkombination sollte somit die Abtrennung einer störstoffreichen Schwergutfraktion zur Metallrückgewinnung und Deponierung, einer mit diversen Kunststoffen und leichten Störstoffen angereicherten Mittelgutfraktion für das energetische Recycling und einem 90 %-igen Polyolefinkonzentrat als Leichtgutfraktion für das chemische Recycling möglich sein. Um diese Annahmen zu überprüfen, wurde die Kombination aus Setzmaschine und ZKS im Technikumsmaßstab errichtet und über Parameterstudien optimiert. Mit dieser Technikumsanlage wurden umfangreiche Versuchsreihen mit Reststoffen aus den Bereichen Mischkunststoffe, Rejekte der Papierindustrie, Ersatzbrennstoffe und Landfill Mining sowie weiteren industriellen und kommunalen Abfällen – welche repräsentativ für die verfügbaren Abfallströme in Österreich sind – durchgeführt. Dabei gelang es, Polyolefinkonzentrate mit Polyolefingehalten von über 90 % zu erzeugen, welche den Anforderungen für ein chemisches Recycling entsprechen. Je nach Grad der Verunreinigung sowie des anfänglichen Polyolefingehaltes der Aufgabegüter kann es dabei erforderlich sein, mehrere ZKS-Stufen zu verwenden. Über weiterführende Versuche zur Gutentwässerung, der Metallabscheidung und Prozesswasserbehandlung, Untersuchungen der Güte des Prozesswassers, der Haupt- und Nebenprodukte sowie vertiefende Studien des Strömungsverhaltens des ZKS war es möglich, ein Anlagenkonzept sowie einen Business-Case für eine entsprechende Aufbereitungsanlage im Pilotmaßstab (95.000 t/a Aufgabegut; 25.000 t/a Polyolefin-Flake) zu entwickeln. Dabei wurden Investitionskosten von 6,2 Millionen € für den Bau der Pilotanlage als Green-Field-Szenario abgeschätzt, die sich nach der Discounted-Cash-Flow-Method innerhalb von 4 bis 5 Jahren amortisieren sollten. Es kann somit ausgesagt werden, dass die Kombination aus Setzmaschine und ZKS zur nass-mechanischen Aufbereitung von polyolefinreichen Reststoffen sowohl technisch, ökologisch als auch ökonomisch sehr gut geeignet ist. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit kann somit eine Umsetzung als Pilotanlage empfohlen werden.

KW - Recycling

KW - Kunststoffe

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KW - Aufbereitung

KW - Polyolefine

KW - Sekundärrohstoffe

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M3 - Dissertation

ER -