Projekt 11263/01

Wiederaufbereitung von Industrieschmierfetten

Projektdurchführung

Westfälisches Umwelt Zentrum (WUZ)
Pohlweg 55
33098 Paderborn

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der Bundesrepublik Deutschland fallen pro Jahr über 34.000 Tonnen gebrauchter Schmierfette an. Bei einem Großteil dieser Schmierfette ist davon auszugehen, dass sie oder ein wesentlicher Teil der enthaltenen Komponenten wiederverwertet werden könnten. Die Reinigung lässt sich jedoch nicht in der konsistenten Fettphase erreichen, sondern erst nach der Zerlegung in die Grundkomponenten Grundöl und Eindicker. Dieses sind die Hauptkomponenten der meisten Schmierfette. Es dominiert das Grundöl mit 75 - 95 %, als Eindicker werden Seifen im Umfang von 4 - 20 % eingesetzt. Hinzu kommen 1 - 5 Additive. Das Kreislaufwirtschafts-/Abfallgesetz, die Abfallverordnung und die EU-Altölrichtlinie regeln Verfahrensweise und Art der Schmierstoff-Entsorgung. Im Sinne ökologischer Belange ist dabei die Wiederverwendung einer thermischen Verwertung vorzuziehen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der ersten Phase galt es, den im Projektantrag vorgeschlagenen Verfahrensweg zur Aufbereitung der im Ausbesserungswerk der Deutschen Bahn AG, Paderborn, anfallenden Altfette hinsichtlich seiner Qualität und Quantität zu überprüfen. Dazu war es notwendig, Grundöl und Eindicker auf chemische und physikalische Veränderungen sowie den Grad der Verunreinigungen hin zu untersuchen.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen gaben die Grundlage zur Entwicklung und Überprüfung geeigneter, technisch handhabbarer und ökologisch wie ökonomisch sinnvoller Reinigungsverfahren. Diese wurden in der zweiten Phase im Labormaßstab durchgeführt.
Die dritte Phase galt der planungstechnischen Umsetzung der im Labormaßstab gesammelten Erkenntnisse in den Technikumsmaßstab. Auf der Grundlage der sich daraus ableitenden Verfahrensskizze wurde anschließend die Versuchsapparatur ausgelegt, konstruiert und in der vierten Phase errichtet.
Nach der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der erstellten Anlage zur Wiederaufbereitung von Schmierfetten befasste sich die letzte Phase mit der Optimierung der Prozessparameter sowie der Recyclisierung der im Technikums-Prozess gewonnenen Komponenten Grundöl und Eindicker zu einem neuen Schmierfett.


Ergebnisse und Diskussion

Die analytischen Grunduntersuchungen deuten in ihrer Gesamtheit darauf hin, dass die Betriebsfähigkeit der gebrauchten Schmierfette im wesentlichen durch physikalische Gegebenheiten, wie durch Scherstress bedingte Änderungen der Makro-Struktur der Seife im Schmierfett und der Aufnahme, zum Teil bis 1 mm großer Abrasivpartikel, limitiert wird. Chemische Veränderungen der Grundkomponenten Öl und Eindicker, wie sie aufgrund oxidativer Reaktionen erwartet werden können, sind signifikant nicht erkenn-bar.
Der in fünf Verfahrensschritte unterteilte Gesamtprozess sieht zunächst eine Extraktion des Grundöles aus dem Schmierfett vor. Nach der Entfernung des Grundöles vom Eindicker wird dieser im dritten Schritt mittels Umkristallisation und Filtration der Lösung von Schmutz und Abrasiv-Partikeln befreit und das Lösemittel im vierten Schritt wieder entfernt. Der abschließende fünfte Prozess-Schritt stellt die Neuformulierung eines Schmierfettes aus den gewonnenen Komponenten dar.
Die Versuche im Technikum zur Rückgewinnung der ein Schmierfett aufbauenden Komponenten Grundöl und Eindicker zeigen, dass diese Grundstoffe in einem verfahrenstechnisch komplikationslosen Prozess gut isoliert werden können.
Aufgrund der dabei eingesetzten Filter-Membranen mit einer Porenweite von 1 µm ist das Grundöl von allen Schmutz- und Abrasiv-Partikeln befreit, die die Schmierfilmfunktion beeinträchtigen. Die im Grundöl vorhandenen Additive zeigen sich zum weitaus überwiegenden Teil noch aktiv; Oxidations-Produkte als Zeichen einer massiven Gebrauchsschädigung können nicht detektiert werden.
Bei einer ausreichenden Abreichung des Grundöles kann die Seite durch eine einfache, filtergekoppelte Umkristallisation aufbereitet werden. Hier zeigt sich insbesondere die Qualität der Magnetfiltration von herausragender Bedeutung, um abrasive Eisenbestandteile abzutrennen.
Die Recyclisierung der Grundkomponenten zu einem neuen Schmierfett ist insbesondere aufgrund aktiver Additive kompliziert. Eine angestrebte Grundöl-Reinigung könnte hier von Vorteil sein. Bedingt durch anlagenspezifische Gegebenheiten ist dies in der erstellten Technikumsanlage bisher nur mit unbefriedigender Produktausbeute möglich. In der Anlage verbliebende Fettseifenrückstände behindern die extraktive Grundölreinigung, die zuvor im Labormaßstab erfolgreich durchführbar war. Der daraus resultierende Zwang, das Grundöl wieder direkt zu verwenden, zeigte sich in Hinblick auf die Schmierfettqualität und der Einsparung an energetischen Kosten letztendlich positiv, so dass das Verfahren schon jetzt als ökonomisch realisierbar erachtet werden muss.
Die in Zusammenarbeit mit der KAJO-Schmierstoff-Technik, Anröchte, entwickelte Schmierfett-Rezeptur sieht den Einsatz der gewonnenen Grundkomponenten Eindicker und Grundöl als Zuschlagstoffe in der Formulierung von Mehrzweck-Fetten vor. Auf diesem Wege können günstige Schmierfette mit hinreichenden EP-Eigenschaften erzielt werden. Da Additive insgesamt einen kostenintensiven Faktor darstellen, ergibt sich auch in der Einsparung der EP-Additive hieraus ein weiterer Kostenvorteil.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Präsentation des Verfahrenskonzeptes auf dem Stand der Universität Paderborn auf der ACHEMA 2000 in Frankfurt


Fazit

Die Technikumsversuche zur Rückgewinnung von Schmierfettkomponenten zeigen, dass ein Recycling in geschlossenen Kreisläufen technisch und ökonomisch machbar ist. Die dabei eingesetzte Magnetfiltration und Filtermembranen mit einer Porenweite von 1 µm können die eine Schmierfettfunktion im wesentlichen beeinträchtigenden Feststoffverunreinigungen in hinreichendem Maße abtrennen. Das in der errichteten Versuchsanlage getestete Aufbereitungsverfahren kann für einen Praxiseinsatz weiter optimiert werden. So können mit leistungsfähigeren Querstromfiltern und entsprechend dimensionierten Pumpen die Filtratmenge deutlich gesteigert und die Behandlungszeiten drastisch verkürzt werden. Die Magnetfiltration bietet Potentiale, Partikel bis 0,1 µm zu entfernen. Der Einsatz der zurückgewonnenen Fettkomponenten als Zuschlagsstoffe in der Herstellung von Mehrzweckfetten eröffnet den Weg zur Herstellung kostengünstiger Schmierfette. Die Wirtschaftlichkeit des Recyclingverfahrens misst sich auch an der Verfügbarkeit von Altfetten. Hier wird auf einen Anfall von täglich bis zu 200 kg gebrauchter Schmierfette in dem o.g. Ausbesserungswerk verwiesen. Auch Einsatzmöglichkeiten zur Rückgewinnung teurer Komponenten aus Spezialfetten, beispielsweise Gelenkwellenfette im Automobilbereich, werden gesehen. Es wird kritisch angemerkt, dass eine Aufbereitung größerer Schmierfettmengen in einem rein im Batchbetrieb zu fahrenden Konzept nur schwer erfüllbar erscheint, andererseits jedoch die Betriebsbedingungen und das Aufbereitungsverfahren Übergangsmöglichkeiten für einen vollkontinuierlichen Prozess nicht erkennen lassen. Deshalb endet der Abschlussbericht in einem Ausblick mit Vorschlag eines automatisierbaren semikontinuierlichem Prozess zur Schmierfettaufbereitung, um mit mehreren Rührkesseln und Filtrationselementen sowie einer Lösemittelkreislaufführung, gebrauchte Schmierfette als Rohstoff für neue, im Preis und Qualität konkurrenzfähige Produkte aufzubereiten.