Der Einsatz von PCR Bottle Flakes in der Polymerherstellung / Polykondensation

Über die rasante Entwicklung des Polyester-Marktes weltweit, angefangen beim Aufbau riesiger weiterer Kapazitäten zur Herstellung von PET Neuware bis hin zum verstärkten Einsatz von PCR bottle flakes, ist schon viel geschrieben worden.

Die KREYENBORG Gruppe, weltweit mit ca. 350 Mitarbeitern aktiv, hat diesen Trend sehr frühzeitig erkannt und die Weichen gestellt, um diese Industrie mit innovativen und Kosten sparenden Lösungen zu versorgen.

Die Entwicklung und der mittlerweile extrem erfolgreiche Betrieb der KREYENBORG POLY-Filter auf Basis der von KREYENBORG entwickelten Bolzensiebwechsler-Technologie, das von der Schwester-Firma BKG (Bruckmann & Kreyenborg Granuliertechnik GmbH) entwickelte CrystallCut®-Verfahren oder das von der KPT (KREYENBORG Plant Technology GmbH) ständig weiter entwickelte Infrarot-Drehrohr IRD zum gleichzeitigen Trocknen und Kristallisieren von PET in wenigen Minuten statt Stunden sind nur einige Beispiele für die führende Position, die die KREYENBORG Gruppe in diesem Markt einnimmt.


Die Verarbeitung von PCR bottle flakes / Schmelzefiltration als verfahrenstechnische Herausforderung

Immer mehr in den Fokus rückt jedoch die Verarbeitung von PCR-Material, im Besonderen der PET bottle flakes. Der Gedanke, „grün“ zu werden, nachhaltig zu wirtschaften und somit bereits vorhandene Materialien zu nutzen und wieder aufzubereiten, spielt heutzutage neben der rein monetären Betrachtung sicher eine große Rolle im Bewusstsein der Produzenten und Konsumenten. Auch das ist ein Grund, weshalb große Hersteller von PET-Erzeugnissen und deren Inhalten die Vorreiter-Rolle übernehmen wollen und dazu übergehen, Recyclatanteile z.B. in Verpackungen zu definieren und vorzuschreiben. Es ist ein regelrechter Wettstreit ausgebrochen, wer denn nun die grünste PET-Flasche auf den Markt bringt, wer den größten Recyclat-Anteil in der Lebensmittelverpackung hat etc. „Green label“ heißt das Stichwort. Auf biologisch abbaubare Kunststoffe wie z.B. PLA soll an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden. Die Bemühungen, möglichst resourcenschonend Verpackungen aller Art herzustellen, sind jedoch unübersehbar.

Seit der Entwicklung des ersten Rückspül-Filters durch KREYENBORG im Jahre 1988, mit dessen Hilfe nach dem Wiederaufschmelzen des Materials Verunreinigungen wie z.B. Aluminium, Klebstoffe, Fremd-Kunststoffe etc. nicht nur ausgefiltert, sondern die Filterelemente während der laufenden Produktion auch automatisch gereinigt werden, hat man die Technologieführerschaft in punkto Schmelzefiltration bei KREYENBORG weiter ausgebaut und kann mit Stolz auf viele patentierte Innovationen und zufriedene Kunden weltweit verweisen.

Insbesondere die ständig weiter entwickelte und zur Perfektion gebrachte 4-Kanal-Technologie brachte einen riesigen Schub für die Branche, denn die aus diesen Maschinen abzuleitenden Vorteile für den Endanwender sind unübersehbar: Neben einem sehr schnellen return of investment aufgrund moderater Anschaffungskosten und sehr niedrigen laufenden Kosten, die auf dem Markt ihresgleichen suchen, spielen auch technische Gründe wie beste Rückspüleffizienz und konstante Prozessdrücke eine wesentliche Rolle. Und das alles „Made in Germany“, denn KREYENBORG plant, konstruiert und fertigt wie eh und je am Stammsitz in Münster (NRW). „Qualität setzt sich durch“ weiß Geschäftsführer und Inhaber Jan-Udo Kreyenborg, und Sven Conrad, Vertriebsleiter,  ergänzt: „Sparen kann am Ende sehr teuer sein, denn oft werden nur die reinen Anschaffungskosten betrachtet, was jedoch fatale Folgen haben kann.“

Deshalb liefert KREYENBORG nicht nur Maschinen, sondern bietet auch eine umfassende verfahrenstechnische und kaufmännische Beratung an, um mit dem Kunden gemeinsam eine auf seine spezielle Anwendung zugeschnittene und maßgeschneiderte Lösung auszuarbeiten.

Die Verarbeitung von PCR bottle flakes stellt sehr hohe Anforderungen an das Equipment, mit dem die flakes gewaschen, aufgeschmolzen und filtriert werden. Seit vielen Jahren ist KREYENBORG nun führend mit Schmelzefiltern (Rückspül-Siebwechslern) in rPET-Anlagen vertreten, in denen direkt wieder neue Verpackungsfolien für die Lebensmittelindustrie, Verpackungsbänder (sogenannte Umreifungsbänder, die die herkömmlichen Stahlbänder immer mehr vom Markt verdrängen) oder auch neues Flaschenmaterial (m sogenannten bottle to bottle recycling) sehr erfolgreich vertreten. Nun hat KREYENBORG die Tür in einen neuen Bereich aufgestoßen.


Erste kommerzielle Anlage für r-PET in der Polymerherstellung

Für einen Endkunden in Nordamerika hat KREYENBORG nun die erste kommerzielle Anlage geliefert und installiert, in der erstmals rPET flakes in den Hauptstrom der Neuware-Herstellung zugeführt werden und somit eine direkte Integration des PET-Recyclings in den Herstellungsprozess stattfindet, was einen erheblichen Kostenvorteil für den Hersteller mit sich bringt. Dass dies direkt mit einer maximalen Leistung von mehr als  4 to/hr erfolgt, zeigt dass hier keine kleinen Brötchen gebacken und durchaus sehr ehrgeizige Ziele verfolgt werden.

Es ist nicht zuletzt dem von KREYENBORG patentierten und im Preis-Leistungsverhältnis unschlagbaren V-Typ Rückspülfilter zu verdanken, dass diese Leistungen bei stark verschmutztem Ausgangsmaterial möglich sind. Bekanntermaßen bietet der V-Typ Rückspül-Siebwechsler neben den für Bolzen-Siebwechslern allgemein bekannten Vorteilen die auf dem Markt beste Performance hinsichtlich Rückspüleffizienz bei geringsten Rückspülverlusten.

Großer Vorteil des Systems gegenüber anderen auf dem Markt erhältlichen Rückspül-Systemen: die Rückspülungen (vollautomatisierte Selbstreinigung der Siebe während des laufenden Prozesses) erfolgt unabhängig vom Systemdruck. Und das nicht nur mit hoher Geschwindigkeit, sondern auch mit einem in der Steuerung frei einstellbar hohem, hydraulisch erzeugbarem Druck für die Rückspülung. Verschmutzungen, die sich mit einem entsprechenden Extrusionsdruck in den Siebgeweben absetzen, können somit mit mindestens dem gleichen oder einem höheren Druck wieder ausgespült werden, ohne dabei einen negativen Einfluss auf das nachfolgende Equipment zu haben. Denn der Filter arbeitet prozess-, druck- und volumenstromkonstant und ist somit auch in extrem sensitiven Anwendungen (z.B. im Direktspinnen) einsetzbar.

KREYENBORG zeichnet in dieser Anlage nicht nur für den Filter, sondern für die gesamte Austragseinheit verantwortlich. Aufgrund des sehr stark verschmutzten Ausgangsmaterials und einer sehr feinen Filtration von 40 µm wurde eine sogenannte Tandemfiltration realisiert. Das Kernstück der Anlage bildet der patentierte V-Typ Rückspül-Siebwechsler.


Aufbau und Funktion der Austragskombination

Das vom Extruder wieder aufgeschmolzene Polyester wird zunächst in den ersten Schmelzefilter gefördert. Hauptaufgabe ist hier, gröbere Verunreinigungen zu entfernen und somit auch die nachgeschaltete Schmelzepumpe vor möglichen Schäden zu schützen. Die Boosterpumpe vom Typ GPA, die von KREYENBORG speziell für niedrigviskose Medien konzipiert wurde, ist aufgrund der sehr niedrigen Viskosität des Materials und des daraus resultierenden mangelnden Druckaufbauvermögens des Extruders notwendig, um den darauf folgenden V-Typ-Rückspülsiebwechsler zu überfahren und noch genügend Druck für die nachgeschalteten Komponenten bereitzustellen.

Der V-Typ der Baugröße 280 erledigt die Hauptfiltrationsaufgabe: die Feinfiltration auf 40 µm.
Speziell unter den örtlichen Gegebenheiten galt es, drei völlig konträre Punkte miteinander zu vereinen.

1.    extrem stark verschmutztes Ausgangsmaterial
2.    eine geforderte, sehr feine Filtration von 40 µm
3.    kaum Druck nach dem Feinfilter für eine Rückspülung

Die Lösung dieser Aufgabenstellung konnte nur mit Hilfe des V-Typs realisiert werden.
Die relativ große aktive, d.h. unmittelbar im Prozess befindliche Filterfläche – es sind in normaler Produktion alle 4 Siebe im Einsatz – gewährleistet eine hohe Schmutzaufnahmekapazität und einen möglichst geringen Ausgangsdifferenzdruck. Weiterhin wird dadurch sichergestellt, dass nicht wie in anderen auf dem Markt erhältlichen Systemen Schmelze für längere Zeit unter Temperatur steht und somit thermisch abbaut und schließlich als degradiertes Polymer in den Endprozess gelangt.

Da während einer Rückspülung und auch während eines Siebwechsels mindestens weiterhin 75% der Filterfläche aktiv im Prozess verbleiben, können Druckschwankungen beim Siebwechsel  so stark minimiert werden, dass sie für den Folgeprozess irrelevant sind. Dafür sorgt nicht zuletzt die integrierte ACS-Steuerung, die für eine vollautomatisierte Entlüftung der Siebkavitäten nach dem Siebwechsel sorgt. Die Produktion incl. der vollautomatisierten Rückspülungen kommt dank des Verdrängerstößel-Prinzips und einer ausgeklügelten Steuerung mit minimalsten Druckschwankungen aus, deren Systemgrenzen sogar anwendungsbezogen in der SPS zu hinterlegen und änderbar sind. Dies stellt ein Novum in der Schmelzefiltration dar und  macht dieses System so einfach auf verschiedenste Anwendungen adaptierbar.

Durch die sehr schnelle Rückspülung eines der vier Siebe unter Zuhilfenahme der Verdrängerstößel und einer hohen Verfahrgeschwindigkeit dieser Stößel kann auch schnell auf Schwallverschmutzungen reagiert werden, ohne das Gesamtsystem zum Absturz zu bringen.

Der Endkunde, der bereits 2 der großen KREYENBORG POLY-Siebwechsler in der PET Polykondensation erfolgreich im Einsatz hat, vertraut auch im PET-Recycling auf die Kompetenz von KREYENBORG.