Prallreaktor

Die Erfindung betrifft einen Prallreaktor zum Zerkleinern von Zerkleinerungsgut, umfassend einen zylindrischen Mantel, einen Boden und einen Deckel, wobei der Mantel, der Boden und der Deckel einen Prallreaktorraum einschließen, wobei in dem Prallreaktorraum ein Rotor angeordnet ist, wobei der Rotor mit Prallelementen versehen ist, wobei zumindest eine Aufgabeöffnung zum Zuführen von Zerkleinerungsgut in dem Prallreaktorraum vorgesehen ist und wobei zumindest eine Entnahmeöffnung zum Entnehmen von zerkleinertem Material aus dem Prallreaktorraum vorgesehen ist.

Prallreaktoren werden verwendet, um Zerkleinerungsgut, welches aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sein kann, so zu zerkleinern, dass eine Stofftrennung und anschließende Wiederverwertung möglich ist. Dabei wird das Zerkleinerungsgut durch eine Schlagbeanspruchung mit einem hohen Impulsübertrag mittels rotierender Prallelemente zerkleinert und in Einzelbestandteile aufgetrennt. Ein derartiger Prallreaktor ist beispielsweise aus der WO 2018/037053 A1 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prallreaktor zum Zerkleinern von Zerkleinerungsgut bereitzustellen, welcher eine besonders gute stoffliche Trennung des Zerkleinerungsgutes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Der erfindungsgemäße Prallreaktor zum Zerkleinern von Zerkleinerungsgut umfasst einen zylindrischen Mantel, einen Boden und einen Deckel, wobei der Mantel, der Boden und der Deckel einen Prallreaktorraum einschließen, wobei in dem Prallreaktorraum ein Rotor angeordnet ist, wobei der Rotor mit Prallelementen versehen ist, wobei zumindest eine Aufgabeöffnung zum Zuführen von Zerkleinerungsgut in dem Prallreaktorraum vorgesehen ist und wobei zumindest eine Entnahmeöffnung zum Entnehmen von zerkleinertem Material aus dem Prallreaktorraum vorgesehen ist, wobei die Aufgabeöffnung und/oder die Entnahmeöffnung verschließbar ist. Dadurch kann in dem Prallreaktor eine von der Umgebungsluft unabhängige Atmosphäre geschaffen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn chemisch reaktives Zerkleinerungsgut in dem Prallreaktor zerkleinert werden soll. Derartiges Zerkleinerungsgut sind beispielsweise Akkumulatoren, insbesondere Akkumulatoren, die noch nicht vollständig entladen oder nicht durch eine thermische Vorbehandlung inaktiviert sind.

Der Rotor weist vorzugsweise einen oder zwei regelmäßig über den Umfang verteilte Rotorarme auf, wobei an den freien Enden der Rotorarme Prallelemente auswechselbar angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Rotor zweiflüglig ausgebildet und weist zwei einstückig und materialeinheitlich ausgebildete Rotorarme auf, welche zentral an eine Antriebswelle angebunden sind, wobei die Antriebswelle mit einem Elektromotor verbunden ist. Alternativ kann der Antrieb auch über einen Hydraulikmotor erfolgen. Die Rotorarme können stabförmig, flügelförmig oder schwertförmig ausgebildet sein. Für eine bessere mechanische Stabilität kann sich der Querschnitt der Rotorarme in Richtung der Antriebswelle vergrößern.

Des Weiteren ist denkbar, dass die Rotorarme aus Ketten oder Seilen ausgebildet sind. Die Prallelemente sind vorzugsweise flächig, beispielsweise aus einem plattenförmigen Material ausgebildet. Die Prallelemente können in Umfangsrichtung betrachtet rechteckig, aber auch tropfenförmig oder dergleichen ausgebildet sein. Die Prallelement weisen eine Prallfläche auf, welche in Umfangsrichtung weist. Dadurch gelangen die Prallelemente beim Prallvorgang in intensiven Kontakt mit dem Zerkleinerungsgut. Die Prallelemente sind vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung an den Rotorarmen befestigt.

Die Prallelemente können im Bereich der umlaufenden Kanten abgerundet sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn keine intensive Zerkleinerung gewünscht ist, sondern lediglich ein Impulsübertrag für eine Auftrennung von Materialverbünden gefordert ist. Dies können beispielsweise Kunststoffgehäuse von Elektrokleingeräten sein.

In dem Mantel kann eine erste Entnahmeöffnung angeordnet sein, wobei die erste Entnahmeöffnung ein Sieb umfasst. Siebe sind besonders einfach ausgebildete Klassiereinrichtungen und besonders robust. Durch Wahl des Lochdurchmessers, beziehungsweise der Maschenweite, können die durchzulassenden Partikelgrößen definiert werden. Das Sieb kann variabel ausgebildet sein, beispielsweise durch einen Schieber, welcher die Spaltweite oder Maschenweite modifiziert. Dadurch kann die Durchlässigkeit für die zerkleinerten Produkte im Hinblick auf deren Größe angepasst werden. Dies kann auch im laufenden Betrieb erfolgen.

Der ersten Entnahmeöffnung kann ein Sichter zugeordnet sein. Durch den Sichter können Partikel aus einem Stoffstrom abgetrennt werden, wobei es je nach Ausgestaltung des Sichters auch möglich ist, Partikel in Abhängigkeit der Größe und/oder Masse aus dem Stoffstrom abzutrennen.

Der Sichter kann ein Abweiserad umfassen. Ein Abweiserad, auch bezeichnet als Abweiseradsichter, ist im Wesentlichen in Form eines Radiallüfters ausgebildet. Ein Abweiserad ist ein Zentrifugalkraft-Windsichter. Das Abweiserad umfasst eine Nabe, welche in Rotation versetzbar ist. An der Nabe sind axial zueinander beabstandet Rotorscheiben angeordnet, wobei an den Rotorscheiben über den Umfang verteilt Rotorschaufeln angeordnet sind, wobei die Rotorschaufeln aus einem Blechstreifen oder aus einem Profil ausgebildet sein können. In eine Rotorscheibe ist zentral eine Öffnung eingebracht, durch die Luft aus dem Prallreaktorraum abgesaugt wird. Die durch die Öffnung und damit auch durch das Abweiserad hindurchströmende Luft wird auch als Sichtluft bezeichnet. Aus dem Prallreaktorraum strömt die mit Partikeln behaftete Sichtluft über den Außenumfang und die Rotorschaufeln des Rotors in das Abweiserad ein.

Durch die Rotation des Abweiserades wird die Sichtluft in Umfangsrichtung beschleunigt und ebenfalls in Rotation versetzt. Auf die Partikel wirkt dabei die Zentrifugalkraft ein, wobei Partikel oberhalb der Trenngrenze abgewiesen und von der Sichtluft abgetrennt werden. Dementsprechend werden Partikel mit einem Durchmesser oberhalb der Trenngrenze abgeschieden und Partikel mit einem Durchmesser unterhalb der Trenngrenze werden hindurchgelassen. Die abgeschiedenen Partikel bewegen sich aufgrund der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft zurück in den Prallreaktorraum. Die hindurchgelassenen Partikel werden mit der Sichtluft abgesaugt. Die Trenngrenze bestimmt sich im Wesentlichen aus der Dichte der Partikel, der Drehzahl des Abweiserades, dem Durchmesser der Rotorscheiben sowie dem Volumenstrom und der Viskosität der Sichtluft. Die Trenngrenze kann dabei je nach Ausgestaltung des Abweiserades 0,5 pm oder mehr betragen.

Dem Mantel kann eine zweite Entnahmeöffnung zugeordnet sein, wobei der zweiten Entnahmeöffnung eine zweite Entnahmeklappe zugeordnet ist. Über die zweite Entnahmeklappe kann Material aus dem Prallreaktorraum entnommen werden, welches nicht über die erste Entnahmeöffnung abtransportiert werden kann. Das aus dem Prallreaktorraum entnommene Material kann über die zweite Entnahmeklappe in einen Auswurfkasten gelangen und kann von dort aus einerweiteren Verwertung zugeführt werden. Insbesondere ist es denkbar, eine weitere Trennung in einem dem Auswurfkasten zugeordneten zweiten Sichter durchzuführen. Der zweite Sichter kann als Schwerkraftsicher, Zyklon oder Zick-Zack-Sichter ausgebildet sein. In dem zweiten Sichter können Materialfraktionen nach Dichte getrennt werden, beispielsweise eine Kunststofffraktion von einer Metallfraktion.

Wird die zweite Entnahmeklappe der zweiten Entnahmeöffnung geöffnet, während der Rotor läuft, kann in dem Auswurfkasten ein Überdruck entstehen. Um den Überdruck abzubauen, kann dem Auswurfkasten eine zweite Öffnung zugeordnet sein, aus welcher gezielt Gas abströmen kann. Damit durch die zweite Öffnung keine Partikel ausgetragen werden, ist der zweiten Öffnung vorzugsweise ein Abscheider in Form eines Abweiserades zugeordnet. Dabei ist das Abweiserad vorzugsweise eingerichtet, nur gasförmige Bestandteile und Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 0,5 pm hindurchzulassen. Es können aber auch Partikel mit einer vorgewählten größeren Partikelgröße durch das Abweiserad ausgeschleust werden. In diesem Fall können gezielt Partikel über die Öffnung ausgeschleust werden. Dem Prallreaktor kann eine dritte Entnahmeöffnung zugeordnet sein, wobei der dritten Entnahmeöffnung zumindest ein Abweiserad zugeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung umfasst der Prallreaktor wenigstens zwei Entnahmeöffnungen, wobei der ersten Entnahmeöffnung ein Sieb und/oder ein Sichter zugeordnet ist und wobei der dritten Entnahmeöffnung ein Abweiserad zugeordnet ist. Je nach Ausgestaltung des Abweiserades ist es dabei möglich, entweder während der Zerkleinerung freigesetzte Gase aus dem Prallreaktorraum abzuführen oder Partikel mit einer vorgewählten Partikelgröße auszuschleusen. Es ist auch denkbar, über die dritte Entnahmeöffnung einen Unterdrück in dem Prallreaktorraum zu erzeugen, wobei das Abweiserad ausgerüstet ist, lediglich Partikel mit einer vorgewählten Maximalgröße oder auch nur gasförmige Bestandteile hindurchzulassen. Dadurch können während der Zerkleinerung auftretende Schadgase besonders sicher aus dem Prallreaktorraum entfernt werden und es kann des Weiteren verhindert werden, dass die Schadgase in die Umgebung gelangen.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Drehzahl des der dritten Entnahmeöffnung zugeordneten Abweiserades variierbar. Vorzugsweise ist die Drehzahl des Abweiserades aus drei Drehzahlstufen wählbar.

Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine erste Drehzahlstufe vorzusehen, bei welcher das Abweiserad lediglich gasförmige Bestandteile und Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 0,5 pm hindurchlässt. Eine zweite Drehzahlstufe kann vorgesehen sein, bei welcher Partikel mit einer bestimmten Maximalgröße, beispielsweise Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5 pm bis 200 pm, durch das Abweiserad hindurchgelassen werden und eine dritte Drehzahlstufe kann vorgesehen sein, bei der in dem Prallreaktorraum schwebende gröbere Partikel, beispielsweise Partikel mit einer Partikelgröße von 200 pm bis zu einer Partikelgröße von 500 pm, hindurchgelassen werden. Dadurch kann durch das Abweiserad während des Zerkleinerungsprozesses eine Trennung von Gasen und Stoffen verschiedener Größe durchgeführt werden. Nach einem vorteilhaften Verfahren erfolgt dabei während der Zerkleinerung zunächst eine Abscheidung über das Abweiserad, welches in der ersten Drehzahlstufe rotiert und dadurch eingerichtet ist, gasförmige Bestandteile hindurchzulassen. Diese Drehzahlstufe weist eine besonders große Drehzahl auf. In diesem Schritt können während des Zerkleinerungsprozesses zunächst freigesetzte gasförmige Bestandteile der zu zerkleinernden Akkumulatoren, beispielsweise Lösungsmittel, über das schnell rotierende Abweiserad abgezogen werden. Dabei ist vorteilhaft, dass durch das schnell drehende Abweiserad Partikel, zumindest Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 0,5 pm aus dem Luftstrom der Sichtluft abgewiesen werden und im Prallreaktorraum verbleiben.

In einem nächsten Schritt wird die Drehzahl des Abweiserades reduziert, so dass das Abweiserad in der zweiten Drehzahlstufe rotiert. In der zweiten Drehzahlstufe erfolgt ein Hindurchlassen von Partikeln mit einer mittleren Korngröße, vorzugsweise Partikel mit einer Korngröße von mehr als 0,5 pm bis zu einer Korngröße von 200 pm. Die zweite Drehzahlstufe kommt vorzugsweise erst dann zum Einsatz, nachdem die gasförmigen Bestandteile über die erste Drehzahlstufe abgezogen wurden. In der zweiten Drehzahlstufe kann insbesondere die partikuläre Schwarzmasse aus dem Prallreaktorraum abgezogen werden.

In einem dritten Schritt wird für das Hindurchlassen von groben Partikeln die Drehzahl des Abweiserades noch einmal reduziert. In der dritten Drehzahlstufe ist das Abweiserad vorzugsweise eingerichtet, im Luftstrom befindliche Partikel mit einer Korngröße von mehr als 200 pm und bis zu einer Korngröße von 1 mm hindurchzulassen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können der dritten Entnahmeöffnung zur Abscheidung von Gasen und/oder Partikeln verschiedener Größe mehrere Abweiseräder zugeordnet sein. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Abweiseräder vorgesehen. Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind drei Abweiseräder vorgesehen. Jedes der der dritten Entnahmeöffnung zugeordneten Abweiseräder ist dabei ausgerüstet, Partikel in einer vorgewählten Größe hindurchzulassen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, ein erstes Abweiserad vorzusehen, welches lediglich gasförmige Bestandteile und Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 0,5 pm hindurchlässt. Ein zweites Abweiserad kann vorgesehen sein, Partikel mit einer bestimmten Mindestgröße, beispielsweise Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5 pm bis 200 pm, hindurchzulassen und ein drittes Abweiserad kann vorgesehen sein, in dem Prallreaktorraum schwebende Partikel, beispielsweise Partikel mit einer Partikelgröße von 200 pm bis 500 pm, hindurchzulassen. Dadurch kann durch die Anordnung von Abweiserädern während des Zerkleinerungsprozesses eine Trennung von Gasen und Stoffen verschiedener Größe durchgeführt werden.

Nach einem vorteilhaften Verfahren erfolgt dabei während der Zerkleinerung zunächst eine Abscheidung über das erste Abweiserad, welches eingerichtet ist, gasförmige Bestandteile hindurchzulassen. Dieses Abweiserad rotiert mit einer besonders großen Drehzahl. In diesem Schritt können während des Zerkleinerungsprozesses zunächst freigesetzte gasförmige Bestandteile der zu zerkleinernden Akkumulatoren, beispielsweise Lösungsmittel, über das schnell rotierende Abweiserad abgezogen werden. Dabei ist vorteilhaft, dass durch das schnell drehende Abweiserad Partikel, zumindest Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 0,5 pm aus dem Luftstrom der Sichtluft abgeschieden werden und im Prallreaktorraum verbleiben.

In einem nächsten Schritt erfolgt eine Abscheidung über das zweite Abweiserad, welches eingerichtet ist, Partikel mit einer mittleren Korngröße, vorzugsweise Partikel mit einer Korngröße von mehr als 0,5 pm bis zu einer Korngröße von 200 pm hindurchzulassen. Das zweite Abweiserad kommt vorzugsweise erst dann zum Einsatz, nachdem die gasförmigen Bestandteile über das erste Abweiserad abgezogen wurde. Über das zweite Abweiserad kann insbesondere die partikuläre Schwarzmasse, auch bezeichnet als Aktivmasse, aus dem Prallreaktorraum abgezogen werden. In einem dritten Schritt erfolgt ein Hindurchlassen von groben Partikeln über das dritte Abweiserad. Die dritte Abweiserad ist vorzugsweise eingerichtet, im Luftstrom befindliche Partikel mit einer Korngröße von mehr als 200 gm und bis zu einer Korngröße von 1 mm abzuscheiden. Hierzu kann das dritte Abweiserad im Vergleich zu dem zweiten Abweiserad mit einer geringen Drehzahl rotieren.

Die Abweiseräder werden vorzugsweise nacheinander betrieben, so dass ein Ausschleusen von Material jeweils nur über ein aktives Abweiserad erfolgt.

Die durch die Abweiseräder hindurchgelassenen Stoffströme können für eine weitere Abtrennung einer Trennvorrichtung, beispielsweise einem weiteren Sichter, beispielsweise einem Zyklon zugeführt werden. Dabei kann jedem Abweiserad jeweils eine nachgelagerte Trennvorrichtung zugeordnet sein.

Die mit der Sichterluft aus dem Prallreaktorraum abgezogenen Gase und Partikel können in einem nachfolgenden Prozess aus der Sichterluft abgetrennt werden. Die Partikel können mittels eines nachgeschalteten Sichters abgetrennt werden, beispielsweise durch einen den Abweiserädern nachgeschalteten Schwerkraftsichter. Denkbar ist auch die Abtrennung magnetischer Bestandteile durch einen Magnetsichter. Ebenso ist es denkbar, die Sichterluft mit Partikeln durch eine Siebanordnung oder durch Filter zu leiten. Eine Abtrennung der Gase, beispielsweise der Lösungsmittel, kann durch eine Gastrennung, beispielsweise durch ein Membranverfahren, eine Gaszentrifuge oder durch Destillation erfolgen.

Nach Abtrennung der Partikel und Gase kann die Sichterluft wieder dem Prallreaktorraum zugeführt werden. Dabei ist insbesondere denkbar, die Sichterluft über in den Mantel eingebrachte Öffnungen in den Prallreaktorraum einzubringen.

Insbesondere Folien, welche nach der Zerkleinerung verhältnismäßig großflächig bleiben können, können auch über die Auswurfklappe entnommen werden und einer nachgelagerten Separierung unterzogen werden. Denkbar ist aber auch, Folien über ein Abweiserad abzuziehen. Während des Zerkleinerungsvorgangs werden Folien bereits zu Beginn der Zerkleinerung freigesetzt. Insofern könnten Folien über ein langsam drehendes Abweiserad abgezogen werden. Chemische Energiespeicher weisen häufig sowohl Kunststofffolien als auch Metallfolien auf. Kunststofffolien bleiben während des Zerkleinerungsvorgangs relativ großflächig und können aufgrund auf der geringen Dichte über das Abweiserad ausgetragen oder zusammen mit den Metallfolien über eine Entnahmeöffnung entnommen werden. Vorteilhaft ist, dass die Metallfolien durch den Prallvorgang verkugelt werden können, was eine nachgeschaltete Materialtrennung vereinfacht.

Der Mantel, der Boden und/oder der Deckel können temperierbar sein. Dazu ist es denkbar, zum Temperieren den Mantel, den Boden und/oder den Deckel entweder zu Erwärmen oder auch zu Kühlen. Das Temperieren kann durch einen außerhalb angebrachten Temperierkreislauf bewirkt werden. Ein Erwärmen kann vorteilhaft sein, wenn durch Wärmeeinwirkung eine bessere Zerkleinerung möglich ist. Ein Kühlen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Zerkleinerung mit exothermen Reaktionen einhergeht.

Der Sichter kann temperierbar sein. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Sichter zu erwärmen und so eine Kondensation gasförmiger Bestandteile an dem Sichter zu verhindern. Alternativ ist auch denkbar, den Sichter zu kühlen, um eine übermäßige Erwärmung beim Sichten heißer Medien zu verhindern.

Eine erste Aufgabeöffnung kann als Schleuse ausgebildet sein. Die Schleuse ermöglicht die Zufuhr von Zerkleinerungsgut unter Wahrung einer von der Umgebung unabhängigen Atmosphäre in dem Prallreaktorraum.

Die Schleuse kann als Zellenradschleuse ausgebildet sein. Zellenradschleusen sind robust und ermöglichen ein gezieltes Aufgeben von Zerkleinerungsgut in den Prallreaktorraum. Dabei kann die Zellenradschleuse ausgerüstet sein, das Volumen, in welchem das aufzugebende Zerkleinerungsgut angeordnet ist, entweder zu vakuumieren und/oder zur Inertisierung mit Stickstoff zu fluten.

Dabei kann die Zellenradschleuse vertikal angeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Aufgabe des Zerkleinerungsgutes über den Umfang der Zellenradschleuse. Alternativ kann die Zellenradschleuse auch horizontal angeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Aufgabe des Zerkleinerungsgutes stirnseitig.

Die Schleuse kann eine Quetschventilanordnung umfassen. Eine Quetschventilanordnung umfasst zumindest zwei Anordnungen von Quetschventilen, so dass eine Zufuhr von Zerkleinerungsgut ohne Austausch von Umgebungsluft mit dem Prallreaktorraum erfolgen kann. Eine Quetschventilanordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Zerkleinerungsgut aufgrund der Größe nicht für eine Zellenradschleuse geeignet ist. Es ist auch denkbar, drei Quetschventile vorzusehen, wobei die drei Quetschventile zwei Kammern einschließen, wobei eine erste Kammer eine Sicherheitsleerkammer bildet und eine zweite Kammer zum Vakuumieren und/oder zum Fluten mit Stickstoff ausgebildet ist.

Die Schleuse kann zumindest einen Schieber umfassen. Vorzugsweise umfasst die Schleuse zwei hintereinander geschaltete Schieber. Schieber sind besonders robuste Bauteile und je nach Ausgestaltung ist die Aufgabe von besonders großem Zerkleinerungsgut möglich. Um zu verhindern, dass ein Atmosphärenaustausch erfolgt, können die Schieber mit einer Dichtungsanordnung ausgerüstet sein.

Eine vorteilhafte Dichtungsanordnung kann durch eine Luftbalgdichtung ausgebildet sein. Diese ermöglicht bei geschlossenem Schieber eine dichtende Anlage, kann aber zum Öffnen der Schieber so entlastet werden, dass der Schieber zum Öffnen freigegeben ist. Die Schieber können des Weiteren mit einer Reinigungseinrichtung ausgerüstet sein. Durch die Reinigungseinrichtung kann verhindert werden, dass Partikel und dergleichen in die mechanische Anlenkung der Schieber gelangen. Hierzu können beispielsweise Reinigungsbürsten vorgesehen sein, welche innenseitig an zumindest einer Oberfläche der Schieber angreifen.

Die Schleuse kann eine Walzenanordnung umfassen. Vorzugsweise sind wenigstens zwei mit Abstand zueinander angeordnete Walzenpaare vorgesehen. In unbelastetem Zustand liegen die Walzen der Walzenpaare aneinander an, so dass die Aufgabeöffnung verschlossen ist. Zum Aufgeben von Zerkleinerungsgut können sich die Walzen der Walzenpaare voneinander beabstanden, so dass Zerkleinerungsgut zwischen den Walzen der Walzenpaare hindurch transportiert werden kann. Dabei liegen die Walzen dicht an dem Zerkleinerungsgut an. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere zum Aufgeben von besonders langgestrecktem Zerkleinerungsgut.

Der Mantel, der Boden und/oder der Deckel kann mit zumindest einer Fluidstrahldüse ausgerüstet sein. Die Fluidstrahldüse ermöglicht das Einbringen eines Fluidstrahls, beispielsweise eines Luftstrahls in den Prallreaktorraum. Der Fluidstrahl bewirkt lokal eine Beschleunigung bereits zerkleinerter Partikel, welche durch Zusammenprall mit dem Fluidstrahl weiter zerkleinert werden. Die durch den Fluidstrahl beschleunigten Partikel prallen gegen den zylindrischen Mantel, den Boden oder gegen den Rotor. Des Weiteren prallen die zu zerkleinernden Partikel gegen andere Partikel. Beides bewirkt eine weitere Zerkleinerung des Zerkleinerungsgutes. Für den Fluidstrahl kann die aufbereitete Sichterluft verwendet werden.

Es kann eine weitere Aufgabeöffnung zum Einbringen von Hilfsstoffen vorgesehen sein. Durch die weitere Aufgabeöffnung kann getrennt von dem Zerkleinerungsgut ein Hilfsstoff in den Prallreaktorraum zugeführt werden.

Der Hilfsstoff kann ein Gas, eine Flüssigkeit und/oder ein partikulärer Feststoff sein. Beispielsweise ist es denkbar, über die weitere Aufgabeöffnung Stickstoff oder auch Rauchgas zur Inertisierung des Prallreaktorraums einzubringen. Des Weiteren ist denkbar, Wasser in den Prallreaktorraum einzubringen, welches eine Kühlung des Zerkleinerungsgutes und je nach Ausgestaltung auch durch Reaktion mit dem Zerkleinerungsgut eine verbesserte Zerkleinerung bewirkt. Ebenso ist es denkbar, zur Verbesserung des Zerkleinerungsergebnisses Sand oder dergleichen in den Prallreaktorraum einzubringen.

Der erfindungsgemäße Prallreaktor eignet sich insbesondere zur Zerkleinerung von Akkumulatoren, welche noch eine gewisse Restladung aufweisen können und welche auch nicht inaktiviert sind, beispielweise durch eine thermische Vorbehandlung. Durch den mit Prallelementen versehenen Rotor erfolgt lediglich eine sehr kurzzeitige Kontaktierung mit dem Zerkleinerungsgut. Dadurch kann vermieden werden, dass durch Funkenschlag eine vorzeitige Abnutzung der Prallelemente erfolgt, wie dies bei schneidenden Zerkleinerungseinrichtungen, wie Schneidmühlen, möglich ist.

Der Aufgabeöffnung kann eine Einrichtung zur Vorzerkleinerung vorgeschaltet sein. Dabei kann der Aufgabeöffnung beispielsweise eine Schneidmühle in Form einer Rotorschere zugeordnet sein. Dabei kann der Einrichtung zur Vorzerkleinerung wiederum eine verschließbare Aufgabeöffnung zugeordnet sein, über die unzerkleinertes Material, beispielsweise unzerkleinerte Akkumulatoren, vorzerkleinert werden. Dadurch ist es möglich, Akkumulatoren verschiedenster Größen einer Vorzerkleinerung zu unterziehen, so dass dem Prallreaktor ein Zerkleinerungsgut vorgegebener Größe zugeführt werden kann. Die Einrichtung ist dabei vorzugsweise unmittelbar der Aufgabeöffnung zugeordnet, so dass die Transportwege kurz sind. Des Weiteren ist es möglich die Einrichtung zusammen mit der Aufgabeöffnung in einem Gehäuse anzuordnen, so dass bei der Vorzerkleinerung freigesetzte Schadgase gezielt abgezogen werden können. Die freigesetzten Gase können über die Aufgabeöffnung in den Prallreaktorraum geleitet und von dort abgezogen werden.

Im Zusammenhang mit der Vorzerkleinerung ist es auch denkbar, die zu zerkleinernden Akkumulatoren in einem vorgeschalteten Prozess zu inaktivieren, beispielsweise durch eine thermische Behandlung.

Durch die verschließbare Entnahmeöffnung und die verschließbare Aufgabeöffnung kann eine Inertisierung des Prallreaktorraumes hergestellt werden, so dass durch schlagartige Entladung auftretende chemische Reaktionen unterbunden werden können. Flierzu ist es insbesondere vorteilhaft, der Aufgabeöffnung eine Schleuse zuzuordnen. Des Weiteren können auftretende Reaktionsgase durch die zuvor beschriebene dritte Entnahmeöffnung entnommen werden. In dem Prallreaktorraum kann ein Vakuum erzeugt werden, indem aus der Entnahmeöffnung Gas abgezogen wird. Es ist auch möglich, den Prallreaktorraum mit einem Inertisierungsgas zu fluten, beispielsweise mit Stickstoff oder mit Rauchgas. Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren von Akkumulatoren in einem Prallreaktor wie zuvor beschrieben werden Akkumulatoren über die Aufgabeöffnung in den Prallreaktorraum gegeben und durch mechanische Beanspruchung durch den mit Prallelementen versehenen Rotor zerkleinert, wobei die zerkleinerten Bestandteile durch die Entnahmeöffnung entnommen werden.

Die Aufgabeöffnung kann dabei so ausgebildet sein, dass die Akkumulatoren unter Abschluss der Atmosphäre in den Prallreaktorraum gegeben werden können. Hierzu kann die Aufgabeöffnung eine Schleuse umfassen, beispielsweise eine Zellenradschleuse. Die Schleuse kann ferner ausgerüstet sein, mit einem Inertisierungsgas geflutet zu werden.

Über eine weitere Aufgabeöffnung können Hilfsstoffe, beispielsweise Inertisierungsgase in den Prallreaktorraum eingebracht werden, so dass der Prallreaktorraum mit einem Inertisierungsgas wie Stickstoff oder Rauchgas geflutet werden kann.

Die Entnahmeöffnung kann ausgebildet sein, den Prallreaktorraum zumindest teilweise zu evakuieren. Dadurch können während des Zerkleinerungsvorgangs freigesetzte gasförmige Bestandteile, beispielsweise Lösungsmittel, aus dem Prallreaktorraum entfernt werden.

Es können auch mehrere Entnahmeöffnungen vorgesehen sein, wobei eine erste Entnahmeöffnung zur Entnahme von gasförmigen und pulverförmigen Bestandteilen ausgebildet und eine zweite Entnahmeöffnung zur Entnahme von partikelförmigen und größeren Bestandteilen ausgebildet ist.

Der ersten Entnahmeöffnung und/oder der zweiten Entnahmeöffnung kann ein Sieb zugeordnet sein. Durch das Sieb werden Partikel zurückgehalten, die das Sieb nicht passieren können. Der ersten Entnahmeöffnung und/oder der zweiten Entnahmeöffnung kann eine Auswurfklappe zugeordnet sein. Durch die Auswurfklappe können zerkleinerte Bestandteile entnommen werden, die das Sieb nicht passieren können.

Zumindest einer Entnahmeöffnung kann ein Abweiserad wie oben beschrieben zugeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft für die Zerkleinerung von Akkumulatoren, die nicht vollständig entladen sind und noch eine Restladung aufweisen. Dazu zählen auch Akkumulatoren, die vollständig geladen sein können. Es ist möglich, derartige mit Restladung versehene Akkumulatoren direkt in den Prallreaktor zu geben und zu zerkleinern. Es ist insbesondere nicht erforderlich, die Akkumulatoren zuvor, beispielsweise durch eine thermische Vorbehandlung, zu inaktivieren. Die Kontaktierung durch die Prallelemente erfolgt immer nur sehr kurzzeitig, so dass die Gefahr von Spannungsüberschlägen reduziert ist, welche zu einem vorzeitigen Verschleiß führen können. Alternativ können die Akkumulatoren einer Vorzerkleinerung zugeführt werden, was insbesondere bei voluminösen Akkumulatoren vorteilhaft ist.

Durch die Zerkleinerung entstehen verschiedene Zerkleinerungsprodukte, welche durch das Verfahren voneinander getrennt und einer gesonderten Weiterverwertung zugeführt werden können. Akkumulatoren enthalten zumeist aus Kunststoff oder Metall ausgebildete Gehäuse, aus Kunststoff oder Metall ausgebildete Folien und Elektrolyte, welche pulverförmige Bestandteile (Schwarzmasse) und Lösungsmittel enthalten.

Die Zerkleinerung der Akkumulatoren kann so erfolgen, dass zunächst das Gehäuse der Akkumulatoren aufgetrennt und der Zellwickel von dem Gehäuse getrennt ist. Dies kann mit reduzierter Leistung des Rotors und reduzierter Drehzahl der mit den Prallelementen versehenen Rotorarme erfolgen, so dass die Gehäusebestandteile lediglich geöffnet und nicht oder nur wenig zerkleinert sind. In einem nächsten Schritt können die Gehäusebestandteile zunächst entnommen werden, bevor die im Prallreaktor verbleibende Elektroden-Separator-Anordnung, beispielsweise der Zellwickel, weiter zerkleinert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Akkumulatoren für Elektrokleingeräte, welche in ein Kunststoffgehäuse eingebettet sind.

Bei der Zerkleinerung des Zellwickels können Lösungsmittel freigesetzt werden.

Diese können aus dem Prallreaktorraum abgezogen werden, indem über eine Entnahmeöffnung ein Unterdrück angelegt wird. Dabei kann der Entnahmeöffnung ein Abweiserad zugeordnet sein, welches zur Entnahme von Lösungsmittel mit hoher Drehzahl rotiert und dadurch nur gasförmige Bestandteile oder höchstens Partikel mit einer sehr kleinen Partikelgröße hindurchlässt.

Die bei der Zerkleinerung freigesetzte Schwarzmasse, die die pulverförmigen Bestandteile des Elektrolytes umfasst, kann ebenfalls über eine Entnahmeöffnung aus dem Prallreaktorraum abgezogen werden. Dabei kann durch eine Anordnung mehrerer Abweiseräder eine weitere stoffliche Trennung der Schwarzmasse vorgenommen werden.

Die übrigen Bestandteile des Akkumulators, die Folien und metallischen Bestandteile des Gehäuses und der Ableitbleche können ebenfalls über eine Entnahmeöffnung entnommen werden, entweder zerkleinert und durch ein Sieb passiert oder über die Entnahmeklappe.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Zerkleinerung von Brennstoffzellen.

Einige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Prallreaktors werden nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Diese zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1 einen Prallreaktor mit Abweiserad im Sichter hinter der

Entnahmeöffnung;

Fig. 2 einen Prallreaktor mit Abweiserad im Sichter hinter der Entnahmeöffnung und einem zweiten Abweiserad im Deckel;

Fig. 3 einen Prallreaktor mit mehreren Abweiserädern im Deckel; Fig. 4 einen Prallreaktor mit einem Abweiserad im Auswurfkasten;

Fig. 5 eine Aufgabeöffnung mit Zellenradschleuse;

Fig. 6 eine Aufgabeöffnung mit Zellenradschleuse;

Fig. 7 eine Aufgabeöffnung mit Quetschventilanordnung;

Fig. 8 eine Aufgabeöffnung mit Quetschventilanordnung;

Fig. 9 eine Aufgabeöffnung mit Schieber;

Fig. 10 eine Aufgabeöffnung mit Walzenanordnung.

Figur 1 zeigt einen Prallreaktor 1 zum Zerkleinern von Zerkleinerungsgut, umfassend einen zylindrischen Mantel 2, einen Boden 3 und einen Deckel 4, wobei der Mantel 2, der Boden 3 und der Deckel 4 einen Prallreaktorraum 5 einschließen, wobei in dem Prallreaktorraum 5 ein Rotor 6 angeordnet ist, wobei der Rotor 6 mit Prallelementen 7 versehen ist, wobei zumindest eine Aufgabeöffnung 8 zum Zuführen von Zerkleinerungsgut in den Prallreaktorraum 5 vorgesehen ist und wobei zumindest eine Entnahmeöffnung 9 zum Entnehmen von zerkleinertem Material und gasförmigen Zerkleinerungsprodukten aus dem Prallreaktorraum 5 vorgesehen ist, wobei die Aufgabeöffnung 8 und die Entnahmeöffnung 9 verschließbar sind. Der Rotor 6 ist über eine Welle mit einem außerhalb des Prall reaktorrau ms 5 angeordneten Elektromotor 12 wirkverbunden und in Rotation versetzbar.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung erfolgt die Entnahme durch eine in den Mantel 2 eingebrachte Entnahmeöffnung 9, wobei in die Entnahmeöffnung 9 ein Sieb eingebracht ist. Der Entnahmeöffnung 9 ist ein Sichter 14 in Form eines Schwerkraftsichters nachgeschaltet, wobei eine Abtrennung von Gasen und Feststoffen erfolgt. Die Gase werden über ein im Deckel des Sichters 14 angeordnetes Abweiserad 15 ausgeschleust. Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 0,5 pm werden von dem Abweiserad abgewiesen und über eine am Boden des Sichters 14 angeordnete Austragsschnecke 16 ausgetragen.

Der Mantel 2 des Prallreaktors 1 ist in der Draufsicht betrachtet hexagonal ausgebildet. Alternativ kann der Mantel 2 in der Draufsicht betrachtet auch oktagonal ausgebildet sein. Bei rotierendem Rotor 6 bildet sich bei dieser Ausgestaltung ein turbulentes Strömungsfeld in dem Prallreaktorraum 5 aus, was den Zerkleinerungsvorgang und einen Verkugelungsvorgang von flächigen Metallstücken unterstützt. Zur weiteren Verbesserung des Strömungsfeldes sind an dem Mantel 2 in den Prallreaktorraum 5 ragende Einrichtungen 13 befestigt.

Der Mantel 2 des Prallreaktors 1 ist temperierbar. Hierzu ist an der Außenseite des Mantels 2 eine Rohranordnung angebracht. Durch die Rohrleitung ist ein Wärmeträgermedium führbar, welches den Mantel 2 wahlweise erwärmt oder kühlt. Alternativ ist denkbar, dass an die Außenseite des Mantels 2 eine elektrische Widerstandsheizung angebracht ist.

Die Aufgabeöffnung 8 ist in Form einer Schleuse ausgebildet. Dadurch ist es möglich, den Prallreaktorraum 5 gegenüber der Umgebung abzuschirmen und es kann verhindert werden, dass während der Zerkleinerung freigesetzte Gase über die Aufgabeöffnung 8 in Richtung der Umgebung gelangen. Des Weiteren ist es möglich, den Prallreaktorraum 5 mit einem Inertgas zu fluten.

Der Prallreaktor 1 ist ferner mit einerweiteren Entnahmeöffnung versehen, welche insbesondere der Entnahme von grobzerkleinerten Feststoffen und Folien dient.

Die Prallreaktor 1 ist eingerichtet, chemische Energiespeicher, insbesondere elektrochemische Energiespeicher in Form von Akkumulatoren, beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu zerkleinern und Zerkleinerungsgut bereitzustellen. Die durch die Zerkleinerung entstehenden Zerkleinerungsprodukte, insbesondere Gase und Pulver, können anschließend einer stofflichen Wiederverwendung zugeführt werden.

Bei dem Verfahren zur Zerkleinerung von chemischen Energiespeicherzellen in dem Prallreaktor 1 werden in einem ersten Schritt chemische Energiespeicher einer Vorzerkleinerung zugeführt. Die Vorzerkleinerung kann mittels einer Rotorschere erfolgen, welche die chemischen Energiespeicher auftrennt. Die Rotorschere ist dabei direkt der Aufgabeöffnung 8 zugeordnet und zusammen mit der Aufgabeöffnung 8 in einem Gehäuse angeordnet. Vor der Vorzerkleinerung kann dabei insbesondere eine Inertisierung der chemischen Energiespeicher mittels Vakuumdestillation erfolgen.

In einem zweiten Schritt werden die vorzerkleinerten Energiespeicher über die Aufgabeöffnung 8 dem Prallreaktor 1 zugeführt und unter Einfluss des mit den Prallelementen 7 versehenen Rotors 6 zerkleinert. In einem dritten Schritt werden die Zerkleinerungsprodukte über die Entnahmeöffnung 9 entnommen, wobei die Entnahme getrennt nach Gasen, Partikeln und Restbestandteilen erfolgt.

Figur 2 zeigt eine Weiterbildung des in Figur 1 beschriebenen Prallreaktors 1. Zusätzlich ist im Deckel 4 des Prallreaktors 1 ein Abweiserad 17 angeordnet. Über dieses, eine Entnahmeöffnung 9 bildende, Abweiserad 17 wird Gas aus dem Prallreaktorraum 5 abgezogen und ein Unterdrück im Prallreaktorraum 5 hergestellt. Über das Abweiserad 17 wird insbesondere Reaktivgas aus dem Prallreaktorraum 5 abgezogen, welches bei der Zerkleinerung chemischer Energiespeicher freigesetzt wird. In dem Mantel 2 ist eine weitere Entnahmeöffnung 9‘ eingebracht, wobei sich an die weitere Entnahmeöffnung 9‘ ein weiterer Sichter 14' anschließt.

Sowohl dem Prallreaktorraum 5 als auch dem der Entnahmeöffnungen 9 nachgeschalteten Sichter 14 können über in die Deckel 4 eingebrachten Öffnungen 18 Hilfsstoffe für die Zerkleinerung, beispielsweise Flüssigkeit, Gas oder Pulver einbracht werden. Der Sichtermantel 19 ist ebenso wie der Mantel 2 temperierbar.

Figur 3 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung des in Figur 1 beschriebenen Prallreaktors 1. Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind in dem Deckel 4 des Prallreaktors 1 drei Abweiseräder 17‘, 17“, 17‘“ vorgesehen, welche Entnahmeöffnungen 9 bilden.

Das erste Abweiserad 17' lässt lediglich gasförmige Bestandteile und Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 0,5 pm hindurch. Das zweite Abweiserad 17“ lässt Partikel mit einer Partikelgröße von 0,5 pm bis 200 pm hindurch und das dritte Abweiserad 17‘“ lässt in dem Prallreaktorraum 5 schwebende Partikel ab 200 pm hindurch. Dadurch kann durch die Anordnung von Abweiserädern 17‘, 17“, 17‘“ eine Trennung von Gasen und Stoffen verschiedener Größe durchgeführt werden.

Während der Zerkleinerung erfolgt zunächst eine Abscheidung über das erste Abweiserad 17‘, welches gasförmige Bestandteile hindurchlässt. Dieses Abweiserad 17' rotiert mit einer besonders großen Drehzahl. Im nächsten Schritt erfolgt eine Abscheidung über das zweite Abweiserad 17“, um Partikel einer mittleren Korngröße hindurchzulassen. Zum Schluss erfolgt ein Hindurchlassen über das dritte Abweiserad 17‘“, welches im Luftstrom befindliche Partikel mit einer Korngröße oberhalb von 200 gm abscheidet. Insofern können die Abweiseräder 17‘, 17“, 17‘“ nacheinander Partikel hindurchlassen, das Hindurchlassen kann aber auch gleichzeitig erfolgen.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist dem Deckel 4 ein Abweiserad 17 zugeordnet, dessen Drehzahl in drei Drehzahlstufen variierbar ist. In einer ersten Drehzahlstufe mit hoher Drehzahl erfolgt zunächst ein Hindurchlassen von gasförmigen Bestandteilen und Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 0,5 gm. In einer zweiten Drehzahlstufe mit reduzierter Drehzahl erfolgt das Hindurchlassen von Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 gm bis 200 gm. In einer dritten Drehzahlstufe mit nochmals reduzierter Drehzahl erfolgt ein Hindurchlassen von Partikeln mit einer Partikelgröße von mehr als 200 gm bis zu einer Partikelgröße von 500 gm.

Über eine in den Mantel 2 eingebrachte Entnahmeöffnung 9 in Form einer Entnahmeklappe können größere Zerkleinerungsprodukte entnommen werden. An diese Entnahmeöffnung kann sich ein Sichter 14 gemäß Figur 1 oder Figur 2 anschließen.

Figur 4 zeigt eine Weiterbildung des in Figur 2 beschriebenen Prallreaktors 1. Zusätzlich ist der zweiten Entnahmeöffnung 9' ein Sichter 14' in Form eines Schwerkraftsichters nachgeschaltet, wobei eine Abtrennung von Gasen und Feststoffen erfolgt. Die Gase werden über ein im Deckel des Sichters 14' angeordnetes Abweiserad 20 abgezogen. Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 0,5 gm werden von dem Abweiserad 20 abgewiesen.

In den Mantel des Prallreaktors sind Fluidstrahldüsen 10 eingebracht, über welche ein Fluidstrahl in den Prallreaktorraum 5 eingebracht werden kann. Der Fluidstrahl unterstützt den Zerkleinerungsvorgang.

Figuren 5 und 6 zeigen im Detail eine Aufgabeöffnung 8 in Form einer Zellenradschleuse eines Prallreaktors 1 gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.

Figuren 7 und 8 zeigen im Detail eine Aufgabeöffnung in Form einer Quetschventilanordnung eines Prallreaktors 1 gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.

Figur 9 zeigt im Detail eine Aufgabeöffnung in Form eines Schiebers eines Prallreaktors 1 gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.

Figur 10 zeigt im Detail eine Aufgabeöffnung in Form einer Walzenanordnung eines Prallreaktors 1 gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.