bvse-jahrestagung 2015 Unterstützende Messtechnik zur Altpapier-Eingangskontrolle Identifikation von Störstoffen im Altpapier

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1 bvse-jahrestagung 2015 Unterstützende Messtechnik zur Altpapier-Eingangskontrolle Identifikation von Störstoffen im Altpapier Jörg Hempel und Enrico Pigorsch, PTS Heidenau

2 2 Gliederung 2 1. Unerwünschte und Störstoffe im Altpapier 2. Was ist und was kann die NIR-Spektroskopie? 3. NIR-Messverfahren zur Altpapiersortierung und -bewertung 4. Zusammenfassung

3 3 Unerwünschte und Störstoffe in Altpapier und Altholz 3 Stoffliche Wiederverwertung von Altpapier erfordert Abtrennung von unerwünschten Stoffen und Störstoffen Definition was zu diesen Stoffen gehört wird bestimmt durch Verwendungszweck sowie durch Vereinbarungen zwischen Marktteilnehmern, z.b. EN 643 beim Altpapier Methoden und Verfahren zur Detektion und Identifizierung der Störstoffe finden Anwendung sowohl zur Sortierung als auch zur Qualitätsbewertung Industrielle Anwendung findet vor allem die Nahinfrarot (NIR)-Messtechnik in der Altpapier - Sortierung und - Qualitätsbewertung

4 Forderung nach Einsatz objektiver Messverfahren bei der Altpapierbewertung 4 4 CEPI-Dokument "Recovered paper quality control & receipt inspection: The European paper industry's needs" (Juni 2006) u. a. Forderung nach objektiven Messmethoden Novellierung der europäischen Altpapier-Sortenliste EN 643 (2014 in Bearbeitung) u. a. aktualisierte Definitionen und Grenzwerte für unerwünschte Papiere und Stoffe Bedarf an objektiven Messverfahren Anforderungen an zu entwickelnden Methoden und Verfahren von Seiten der Papierindustrie: Die Kontrolle muss direkt am Wareneingang erfolgen. Es darf keine wesentliche Unterbrechung der Wareneingangs- bzw. der Produktionsprozesse geben. Die Verfahren müssen für industrielle Dimensionen ausgelegt sein. Die Kontrolle muss nahezu zerstörungsfrei erfolgen. Ein Verfahren soll möglichst mehrere Qualitätsparameter erfassen können. NIR-Spektroskopie

5 5 5 NIR-Spektroskopie

6 6 NIR-Spektroskopie 6 Identifizierung Quantifizierung NIR Spektroskopie Einsatz der NIR-Messverfahren für - Sortierung - Bewertung in Wareneingangs- und Ausgangskontrolle bzw. im Prozess

7 7 NIR-Spektroskopie 7 Die wesentlichen Vorteile der NIR-Spektroskopie für den Einsatz bei der Bewertung eines kontinuierlichen Materialstroms bestehen in: Schnelligkeit der Messungen (ms-bereich) zerstörungsfreie und berührungslose Messung Einsatzmöglichkeit für gleichzeitige Identifizierung und quantitative Bestimmungen von mehreren Stoffen oder Komponenten Möglichkeit der Online-Messung Gleichzeitige Messung an mehreren Messpunkten möglich

8 8 Diodenarray NIR-Spektrometer 8 KUSTA 4004M (LLA Instruments) - Multiplexer mit max. 32 Messstellen - Scanrate 35 Hz - Spektralbereich 1400 nm nm Messzeile PMa (LLA Instruments) - Länge 800 mm, 20 Messstellen (Glasfasern) - Messung in Reflexion über Band - optimaler Messabstand ca. 200 mm

9 9 Moderne NIR Kameras mit erweitertem Messbereich 9 Beleuchtung NIR-Kamera Vorteile - kompakter als Diodenarray- Spektrometer mit Glasfasern - höhere Ortsauflösung bis ca. 8 mm über 2,40 m Band Förderband NIR-Kamera unispec2.2 HSI (LLA Instruments GmbH) 2D InGaAs Detektor 320 Ortspixel x 256 spektrale Pixel Messfrequenz max. 160 Hz Spektralbereich nm

10 10 Trend zur Miniaturisierung 10 Faustgroßes NIR-Spektrometer von JDSU (USA) Altpapierballen-Messgerät PBS der PTS

11 11 11 Altpapier-Monitoring NIR-Messsystem der PTS Winner of the European Paper Recycling Award 2011

12 AP-Monitoring - Installation der Messeinrichtung in Papierfabrik Altpapierzuführung zum Pulper oder Trommel Messkopf Glasfasern Spektrometer Auswerterechner Konstruktion und Bau der Messgerätehalterung durch RTT Steinert GmbH

13 13 AP-Monitoring - Installation am Ausgang einer Altpapiersortieranlage 13

14 14 Bestimmte Parameter des Altpapiers 14 Folgende Parameter des Altpapiers können mit dem AP-Monitoring-System bestimmt werden: Anteil an deinkbaren Papieren Verhältnis von Zeitungen / Illustrierten Aschegehalt Feuchte Anteil an Verpackungspapieren (Wellpappe, grauer Karton) Anteil papierfremder Bestandteile (Kunststoffe, Holz,Textilien) Anteil Flexodruckzeitungen Anteil lackbeschichteter Magazincover (Dispersions- und UV-Lack)

15 15 Online-Messungen in Papierfabrik 15 AP-Monitoring UPM-Schongau Online-Messung Versuchstag :03:12:031 14:30:50:046 15:02:29:234 15:30:06:875 15:57:44:500 16:25:21:921 16:52:58:968 17:20:37:187 17:48:15:390 18:16:17:468 18:43:55:093 19:39:11:546 20:06:48:984 20:34:26:609 21:02:04:250 21:29:41:671 21:57:18:515 22:24:55:734 22:52:33:140 23:22:42:921 Masse % bzw. Flexo-Index Asche Feuchte Deinking OMG NON OCC FXN Zeit

16 16 Altpapierballenmessgerät PBS (Paper Bale Sensor) 16 Mit dem PBS besteht erstmals die Möglichkeit, Feuchtigkeit, Kunststoffanteil sowie Faserstoff und Aschegehalt von Altpapierballen innerhalb weniger Minuten simultan und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Die Messung erfolgt innerhalb eines gebohrten Lochs im Ballen.

17 17 17 Balemat Messsystem zur Automatisierten Ballenmessung PBS wurde in Zusammenarbeit mit der finnischen Firma Haarla Oy (Tampere) in eine automatisierte Altpapierballen-Messstation Balemat integriert. Erste Installation bei Kartonhersteller Meyr-Melnhof Karton AG in Gernsbach

18 BALEMAT 2 High Capacity, high accuracy 18 High capacity system with maximized flexibility for Bale logistics Minimized system idle time Testing over bales per year

19 19 Balemat2 Truck The Balemat2 Truck - system is a simplified & compact version of the Balemat II system. This was developed for customers that have space limitations and that don t require completely autonomous operation nor completely random sampling of bales. The truck-version highlights are: Requires a very small footprint No need to unload bales from the truck Simplified construction and semi-automatic operation with positioning done by the truck drivers Still utilizes the calibrated measuring system from PTS with accepted results throughout the industry.

20 20 Balemat2 Truck Tests the bales on the truck Testing sequence approx one minute per bale. Manual or optionally automatic positioning of the drill. This is depending on the truck construction and how much the sides are opened. Automation challenges: separating between bales, finding metals, avoiding collisions and speed vs. manual positioning. Optional sample collection for bales where the measuring results are unacceptable. Why collect samples from good bales?

21 21 21 EU-Projekt SORT IT Innovative Altpapiersortierung

22 22 NIR Kamera HELIOS 2.3 (EVK GmbH) 22 Neue NIR Imaging-Kamera mit erweitertem Messbereich NIR-Kamera HELIOS 2.3 Spektralbereich nm MCT Detektor Spektrale Auflösung 3 nm Ortspixel 240 Spektrale Pixel 316 Messfrequenz 90 Hz EVK DI Kerschhaggl GmbH Graz-Raaba (Austria)

23 Sensorsysteme in Sortieranlage Installation des Sensorsystems in Sortieranlage Teil der Sortieranlage

24 24 24

25 25 Zusammenfassung 25 NIR-Messtechnik ermöglicht die Detektion und Identifizierung von Störstoffen in großen Materialströmen mit hoher Messfrequenz, hoher Ortsauflösung und ausreichender Spezifität NIR-Messtechnik wird eingesetzt zur Sortierung und Qualitätsbewertung NIR-Messsysteme für Altpapiersortierung und -bewertung werden bereits industriell eingesetzt PTS, Papiertechnische Stiftung Jörg Hempel, Dipl.Math. Pirnaer Str. 37 D Heidenau Tel.: Mobile.: Fax

26 PTS-Basisseminar Auswahl und Bewertung von Altpapier Workshop zu Wissenserwerb, praktischer Anwendung und Erfahrungsaustausch Inhalte: Problematische Papiere bzw. Papierprodukte (er)kennen Auswirkungen auf den Papierherstellungsprozess abschätzen Messmethoden und -verfahren zur Identifizierung von qualitativen Parametern im Rahmen der Qualitätskontrolle Zusammenhang zwischen der Herkunft und Zusammensetzung von Altpapierqualitäten, (Er)kennen problematischer Papiere und Abschätzung der Auswirkungen auf den Papierherstellungsprozess Dialog & Praxis: Erfahrungsaustausch zur Altpapiereingangskontrolle; Beurteilung verschiedener Faserstoffe und Papierprodukte durch visuelle Identifizierung; Vorführung von Messgeräten Termin: Di , 11 Uhr bis Mi , 16 Uhr Ort: PTS, Pirnaer Straße 37, Heidenau Leitung: Dipl. Ing. (FH) C. Seidemann Dipl.-Ing. L. Tempel Tel.: +49 (0) Tel.: +49 (0)