CN111688055A - 用于回收聚烯烃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于回收聚烯烃的方法,该方法包括以下步骤:挤出废旧聚烯烃材料;由挤出到液体冷却介质中离开的聚烯烃材料制备颗粒;分离冷却介质以获得干燥聚烯烃颗粒;和优选以逆流的方式用处理气体在处理空间中处理干燥聚烯烃颗粒。紧接在分离冷却介质之后干燥聚烯烃颗粒仍具有的温度T2高于液体冷却介质的温度T1,并且范围为71℃至200℃,优选80℃至160℃,但是低于颗粒的熔点,并且在处理空间中至少75%的干燥聚烯烃颗粒的温度T3范围为T2±20℃,但低于颗粒的熔点。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善的用于回收聚烯烃的方法。
背景技术
出于生态原因,废旧塑料制品的回收正发挥日益增加的作用。本发明涉及废旧聚烯烃材料的回收。这是来自已在工业上使用的制品或私人使用的物品的材料。来自工业使用的聚烯烃材料被称为后工业材料。来自私人使用的聚烯烃材料被称为消费后材料。
由聚烯烃材料制成的制品被广泛使用,尤其是将聚乙烯和聚丙烯用作聚烯烃。例如,涉及塑料袋、农用箔或塑料瓶或其它容器。
废旧聚烯烃材料通常被挥发性组分污染,该挥发性组分是聚烯烃材料在其使用过程中吸收的。这些挥发性组分给聚烯烃材料带来不希望的气味或甚至毒性,这使得聚烯烃材料不适合进一步使用。为了使聚烯烃材料适合通过回收再利用,在回收期间必须实现从聚烯烃材料中有效减少挥发性组分或优选从聚烯烃材料中完全除去挥发性组分。
在US5,767,230中提出,首先将材料在粉碎设备如制粒机中粉碎至一定的所需尺寸,然后通过用热气体如空气或氮气在优选90-115℃的温度下对其处理1至15小时除去挥发性组分。
然而,如US9,028,734B2中所述,该过程具有的缺点是,只有一定尺寸的颗粒才能在与该颗粒尺寸精确匹配的装置中进行处理。因此,在US9,028,734B2中提出了通过挤出和随后的制粒制备待处理的颗粒。这里,将挤出的颗粒置于冷却水浴中,并借助于水将其转移至处理反应器中。在该处理空间中,将颗粒用优选90至125℃的热空气加热,并释放挥发性组分。
供选择地,在EP2 072 203 A1中提出,将通过挤出和随后的水下制粒在40-60℃下制备的颗粒转移至处理反应器中,在该处理反应器中用例如约75-100℃的热水将其加热15分钟至6小时,并释放挥发性组分。
然而,根据WO 2013/072 035 A1,使用热水(或另一种热液体)作为清洁介质需要复杂的清洁阶段。因此,在WO 2013/072 035 A1中提出了通过挤出和随后在40-60℃下水下制粒制备颗粒-液体浆料,然后使用例如蒸汽在处理空间中将其加热并除去挥发性组分。作为其中的教导的基本方面,描述了在处理空间中液体和存在的蒸气的结合导致有效除去挥发性组分,此外,可以省略在处理空间前面的干燥步骤。
现有技术的教导仍然不是最佳的。将颗粒-水浆料引入处理空间的缺点是,当使用空气或另一种干燥气体时,包含在浆液中的水蒸发,导致不期望的颗粒冷却。
发明内容
本发明的问题是,克服现有技术的缺点并提供一种改善的用于回收聚烯烃的方法。
该问题通过本发明的用于回收聚烯烃的方法解决。
本发明涉及一种用于回收聚烯烃的方法,该方法包括以下步骤:
a)挤出废旧聚烯烃材料,
b)在液体冷却介质中,由挤出到形成的聚烯烃材料制造颗粒,
c)分离冷却介质以获得干燥聚烯烃颗粒,
d)优选以逆流方式,在处理空间中用处理气体处理干燥聚烯烃颗粒,
其特征在于,该方法以如下方式进行:使得干燥聚烯烃颗粒直接在步骤c)中分离冷却介质之后仍然具有温度T2,温度T2高于步骤b)中的液体冷却介质的温度T1,且范围为71℃-200℃,优选80℃-160℃,但低于颗粒的熔点,并且在处理空间中至少75%的干燥聚烯烃颗粒的温度T3范围为T2±20℃,但低于颗粒的熔点。
根据本发明,令人惊讶地发现,如果通过将由挤出形成的聚烯烃材料引入到热的液体冷却介质中,然后由液体冷却介质快速分离聚烯烃颗粒来实现由废旧聚烯烃材料制备聚烯烃颗粒,则可以从聚烯烃材料中有效地且能量上有利地除去挥发性组分,其中此处的液体冷却介质的温度T1优选范围为50至100℃,优选为70至100℃,甚至更优选为75至95℃,特别优选为80至90℃。根据本发明,优选的冷却介质是水。
这样,因此制备的聚烯烃颗粒保持了后续处理阶段所需的温度;因此,如上述讨论的现有技术中所需的在处理阶段中通过清洁气体在能量上不利地加热聚烯烃颗粒是不必要的。
此外,根据本发明,发现与WO 2013/072 035 A1的教导相反,有利的是不将颗粒-水浆料引入处理空间中用于除去挥发性组分,而是将干燥聚烯烃颗粒引入处理空间中用于除去挥发性组分。根据本发明,发现如WO 201 3/072 035 A1中所述的在处理空间中水的存在,对于有效除去挥发性组分不是必需的。根据本发明,因此可以克服与在处理空间中水的存在相关的缺点(当在处理空间中使用空气或另一种干燥气体时由于水的蒸发导致不期望的颗粒冷却)。
因此,根据本发明,在制备聚烯烃颗粒之后,将聚烯烃颗粒从来自制粒阶段的液体冷却介质中快速分离,使得紧接在分离冷却介质之后,其具有高于液体冷却介质的温度T1的温度T2。换句话说,在聚烯烃材料离开挤出机之后已经与液体冷却介质接触之后的几秒内,优选不超过10s内,发生从制粒阶段分离液体冷却介质。
这确保了处理空间中至少75%的干燥聚烯烃颗粒的温度T3范围在T2±20℃内,但低于颗粒的熔点。当然,在处理阶段,聚烯烃材料一定不能熔化。换句话说,仅由于先前的处理步骤,处理空间中的聚烯烃颗粒就具有借助于气体如空气有效除去挥发性组分所需的温度,而无需加热处理空间中的聚烯烃颗粒。因此,根据本发明的方法是在能量上有效的。
本发明涉及废旧聚烯烃材料的回收。
根据本发明,废旧材料被理解为已经被在工业上或私人地使用过至少一次的材料。来自工业使用的聚烯烃材料被称为后工业材料;来自私人使用的聚烯烃材料称为消费后材料。
聚烯烃是通过聚合烯烃单体(即链烯烃)制备的聚合物。在工业上,主要涉及由C2-C10链烯烃组成的聚烯烃。基于乙烯的聚烯烃(即,聚乙烯)或基于丙烯的聚烯烃(即,聚丙烯)是特别优选的。待通过根据本发明的方法处理的聚烯烃可以是上述单体的均聚物或共聚物。
聚烯烃的制备是常规已知的(例如,齐格勒-纳塔方法),并且在此无需详细解释。通常,链烯烃单体在合适催化剂的存在下聚合。
本发明涉及有效分离废旧聚烯烃材料与挥发性组分。这些挥发性组分在其使用过程中被聚烯烃材料吸收,例如通过吸收或扩散被聚烯烃材料吸收。
废旧聚烯烃材料例如是用于健康和个人护理领域的容器、用于清洁剂和饮料如牛奶、水或果汁的容器、或用于固体或糊状食品如酸奶或即食餐的容器和托盘,其中挥发性组分可以是天然存在的或添加的调味物质、填充商品的残留物、填充商品的降解产物以及聚烯烃材料的降解产物。此外,挥发性物质包括已在再循环、分类和加工的前面步骤期间与聚烯烃材料接触并被其吸收的物质。
此外,废旧聚烯烃材料可以是例如来自家庭或农业部门的箔,在这种情况下,挥发性组分可以是从粘附产品如食物垃圾、土壤或肥料转移的物质。
根据本发明,挥发性组分应理解为在-60℃至60℃的储存条件下可通过扩散从聚烯烃材料逸出的物质。通常,这种物质的分子量为30至300g/mol,并且在大气压下的沸点为-60℃至360℃,优选小于280℃,特别优选小于230℃。特别地,挥发性组分是具有1至30个碳原子,优选1至20个碳原子,更优选1至15个碳原子,特别优选2至12个碳原子的低分子物质。挥发性化合物的实例是相应的烃、醇或萜烯如柠檬烯、胺或硫醇。
在实施根据本发明的方法之前,可以优选使废旧聚烯烃材料经受预处理。例如,预处理选自按颜色分类,按聚合物类型分类,尺寸减小,表面清洁如洗涤,预干燥及其组合。这些预处理步骤是常规已知的。按颜色分类可以手动进行,或优选使用适当的分类机(如按照技术运行的机器)进行。可以例如通过如在泳水池(swim-sink basin)中的密度分离进行按聚合物类型的分类。可以在公知的粉碎机如制粒装置中进行粉碎。可以使用已知溶剂(冷水或热水、有机溶剂)进行表面清洁,可以将这些溶剂与表面活性物质(如肥皂或非离子表面活性剂)混合。
一个特别优选的实施方案提供了以下事实:通过有目的地收集和分类根据本发明的待清洁的聚烯烃材料,超过95%,特别是99%至100%来自于聚烯烃瓶、食品的容器或托盘,其中,根据本发明清洁的聚烯烃材料可以再利用为直接与食品接触。
取决于废旧聚烯烃材料的弄脏或污染的类型和程度,可以进行一种或多种上述预处理。然而,如果材料受到仅轻微污染,则预处理可以不是必要的。
将可以如上所述进行预处理的废旧聚烯烃材料在挤出机中熔化。根据本发明,常规的单轴、双轴或多轴挤出机可用于此目的。例如,在DE 19536289 C2中描述了一种合适的双螺杆挤出机。例如在WO 03/022050 A1中描述了一种可用的多轴挤出机如环形的12轴挤出机。
将可以如上所述进行预处理的废旧聚烯烃材料以固态引入到挤出机的入口中,在挤出机中通过加热使其熔化。
根据一个优选的实施方案,可以通过将材料在挤出机之前的干燥机中或在挤出机的第一部分中在低于熔融温度的温度下保持预定时间而在加热聚烯烃材料期间进行预干燥和/或脱气。干燥机和/或挤出机优选具有用于使该区域中的挥发性组分逸出的出口。根据本发明的优选实施方案,该预干燥和/或脱气可以在减压下和/或在添加惰性气体下进行。在这种情况下,挤出机具有必要的单元(真空泵或气体入口和气体出口)。供选择地,也可以仅在聚烯烃材料熔化之后进行脱气。在这种情况下,熔体脱气也可以在减压下和/或在添加惰性气体下进行。在这种情况下,挤出机具有必要的单元(真空泵或气体入口和气体出口)。
根据一个优选的实施方案,熔融的聚烯烃材料也可以通过熔融过滤纯化以除去杂质颗粒。优选使用熔体泵建立必要的压力。这些步骤及其所需的组件是技术人员已知的。
在挤出机的出口装置,特别是模或模板中,由聚烯烃熔体形成单个聚合物股。为了由聚合物股制备颗粒(即,具有限定的形状和尺寸的颗粒),可以使用本领域已知的制粒技术如股线制粒、水环制粒、水下制粒或头部制粒(还有热面制粒)。在该方法中,将从熔体通道出来的聚合物股固化并分离成大量单个颗粒,其中分离可以在固化之前或在固化之后进行。分离例如通过独立的液滴形成,通过使用液体剪切介质或通过机械分离,特别是切割来实现。当液滴独立地或受剪切介质的压迫在模出口处形成时,切割可以直接在模出口处进行,或者切割可以仅在通过处理段后进行。
聚烯烃熔体的固化通过借助至少一种液体冷却介质或不同液体冷却介质的组合冷却来实现。作为液体冷却介质,存在特别合适的液体,其具有高比热容,优选地大于2kJ/(kg K)的高比热容,并且具有足够高的沸点,优选高于90℃的沸点,并且其基本上不侵蚀或改变聚烯烃,并且不在聚烯烃中留下有毒残留物。根据本发明,优选单一液体冷却介质。优选的是水或乙二醇或它们的混合物。特别优选水作为冷却介质。
根据本发明,在进入制粒装置时液体冷却介质的优选温度为至少50℃,优选至少70℃,但低于其沸点。因此,在水的情况下,根据该实施方案的常压下的冷却介质的温度为50℃至100℃,更优选为70℃至100℃,甚至更优选为75℃至95℃,特别优选80℃至90℃。由于沸点与压力的关系,液体冷却介质的合适温度随着液体体系中压力的增加而增加。在较低的压力下,合适的温度降低,在具有低外部压力的开放式系统中情况也是如此。
根据本发明,优选的制粒方法是股线制粒或水下制粒,其中水下制粒是特别优选的。
在水下制粒的情况下,制粒在水下进行。同时在水下制粒机中冷却获得的颗粒。然而,如上所述,冷却不能太强有力以致将颗粒冷却到低于处理空间中的后续处理所需的温度。例如,这可以通过使用热水,该热水在常压下的温度为50℃至100℃,优选为70℃至100℃,更优选为75℃至95℃,特别优选为80℃至90℃,并通过快速分离形成的聚烯烃颗粒与液体冷却介质来实现。另外,颗粒只能与液体冷却介质接触持续短的时间。根据本发明,颗粒和液体冷却剂的接触时间为几秒,优选至多10s,特别优选0.1至3s,特别优选0.2至1.5s。
这样制备的颗粒应优选具有限定的颗粒形状如圆柱形、球形、液滴形、透镜状、球形或如在例如EP 0 541 674中提出的设计形状。平均颗粒尺寸应为0.1mm至10mm,优选为0.5mm至3.5mm,特别优选为0.85mm至3m m。平均丸粒尺寸是平均丸粒直径的统计平均值,其是颗粒高度、长度和宽度的平均(可通过已知方法测量)。颗粒尺寸分布应保持在窄范围内。优选地,100个测量的颗粒的颗粒重量的标准偏差为2至20%。
然后将颗粒通过连接管线转移至用于干燥颗粒的单元(用于从冷却介质分离的分离装置)。为避免丸粒的过度冷却,应将它们尽可能快地引出制粒机并引导其通过连接管线。优选地,可以通过引入气流(优选空气)提高连接管线中的流速。
通过在现有技术中被称为干燥装置的分离装置在处理空间中将颗粒与液体冷却介质分离。这些可以仅仅是冷却介质但非颗粒可以通过的被动分离装置如网格或格栅。通常将主动分离装置用于至少部分分离,其中分离可能由于气流、离心力、冲击、蒸发或其组合的原因发生。这种装置例如被称为抽吸装置、冲击式干燥机或离心式干燥机。可以通过将气流送入分离装置中辅助分离,其中,该气流任选地包括加热的气体或干燥的气体,特别是空气。具有空气供应的离心干燥机是优选的。
根据本发明的优选实施方案,为了加速液体冷却介质的蒸发,可以将范围为80至160℃,优选90至140℃,特别优选95至120℃的温度施加于分离装置中。颗粒保留在分离装置中持续最多10s,特别优选0.1至3s,特别优选0.1至2s。
分离装置具有用于将颗粒插入单元中的至少一个入口。入口例如可以是壳体中的开口或被导入壳体中的管的出口。此外,分离装置具有用于从单元中除去颗粒的至少一个排出口。排出口例如可以是壳体中的开口或从壳体中导出的管的入口。此外,分离装置具有用于从单元中除去液体冷却介质的至少一个排出口。
在处理空间中存在吸收蒸发的冷却介质的气相。优选地,气体是空气。然而,也可以使用氧含量比空气更低的其他气体或气体混合物。
分离装置优选不是封闭的单元。分离装置优选具有至少一个用于排出气体,优选空气的出口。优选地,分离装置的出口通向排气管,在排气管中布置有用于使空气循环通过分离装置的风扇。任选地,出口连接到用于从排出的气体中回收液体冷却介质的冷凝器。
分离装置还可以具有至少一个用于引入气体,优选空气的入口。在这种情况下,入口优选位于处理空间的与出口相对的端部,以确保气体完全流过处理空间。然而,也可能的是,用于引入气体的入口不位于分离装置中,而是位于下游单元中或至下游单元的连接管线中。
根据一个实施方案,气体经由吸入过滤器被送至入口。在通向入口的气体管线中,可以设置用于使空气循环通过分离装置的风扇。还可以提供除了排气管中的风扇外的此风扇,或者可以代替它。
通向入口的管和引自出口的管可以连接在一起以形成闭合回路。然而,根据该实施方案,气体必须在重新进入处理空间之前通过冷凝器以分离包含在气体中的蒸发的冷却介质。
根据本发明的装置优选具有冷却介质回路。冷却介质优选通过循环泵和任选的热交换器(用于任选地加热或冷却冷却介质)从存储容器(储罐)被送至成型单元(制粒装置)中。在分离装置或任选的冷凝器中分离出的冷却介质可以通过管道被送回至储罐中。
根据本发明,在其制备后将聚烯烃颗粒与来自制粒阶段的液体冷却介质快速分离,使得紧接在分离冷却介质之后,其即具有高于液体冷却介质的温度T1的温度T2。
根据本发明,聚烯烃颗粒优选紧接在分离冷却介质之后表现出温度T2,温度T2范围为71℃-200℃,优选为80℃-160℃,并且在聚乙烯的情况下特别优选为71-120℃。
分离液体冷却介质后,聚烯烃颗粒是干燥的。根据本发明,“干燥”是指颗粒的最大残留水分含量为2重量%,优选为0.01-1.5重量%,特别优选为0.01-1重量%。
从液体冷却介质分离聚烯烃颗粒之后,将聚烯烃颗粒转移到后面的单元中,即,包括处理空间的处理单元中。优选地,这是借助于连接管线实现的,该连接管线布置在分离装置与处理装置之间,并且该连接管线连接分离装置的排出口与处理装置的入口。
根据本发明的实施方案设计连接管线,使得确保待处理的聚烯烃颗粒从上游单元到下游单元的无阻碍通道。
根据本发明的另一实施方案,在分离装置和处理装置之间的连接管线中布置有筛,根据规格的尺寸的单个颗粒可以不受阻碍地通过筛,但是该筛保留颗粒附聚物和过大的颗粒。
根据本发明的另一实施方案,在分离装置与处理装置之间的连接管线中布置有关闭单元,优选闸门单元如旋转气锁单元,或滑阀,或启动分流器。
根据本发明的另一实施方案,在分离装置和处理装置之间的连接管线中布置选自筛、闸门单元如旋转气锁单元、滑阀和启动分流器的多个前述单元。
连接管线中的颗粒可以通过自由下落(即,由于竖直管线或倾斜管线中的重力),机械地或优选地气动地被输送。根据本发明的一个特别优选的实施方案,通过连接管线的颗粒的气动输送通过输送速度为1-8m/s的密流输送实现,或者供选择地通过输送速度为10-18m/s的细流输送实现。为了防止在输送过程中聚烯烃颗粒的过度冷却,优选在输送气体与聚烯烃颗粒接触之前加热输送气体。任选地,以这样的方式加热输送气体,使得聚烯烃颗粒在输送机的出口处比在输送机的入口处具有更高的温度。
优选地,输送气体的温度范围为60至200℃,对于聚乙烯,特别是范围为60至160℃,优选70至120℃,对于聚丙烯,尤其是范围为80至180℃,优选90至160℃。
然后,聚烯烃颗粒进入处理空间,该处理空间布置在处理装置中。在该处理空间中,挥发性组分被有效地从聚烯烃颗粒中除去。
根据本发明,聚烯烃颗粒优选基本上从顶部到底部流过处理空间,而处理气体以逆流或供选择地以横流或逆流和横流的组合流过处理空间。
可以使用例如空气、蒸汽或惰性气体如氮气、稀有气体如氩气或CO2作为处理气体。处理气体可包含几种处理气体的混合物。处理气体可包含有助于除去挥发性组分的添加剂。根据本发明,优选的处理气体是空气。所用的空气可以是吸入的环境空气、来自通常露点低于10℃的压缩空气网络的空气或者来自通常露点低于-10℃的干燥空气发生器的空气。
具有处理空间的处理装置基本上可以是可以在其中用气体进行颗粒处理的任何单元。换句话说,根据本发明的方法可以用可以在其中设定根据本发明的条件的任何单元进行。
根据本发明,处理装置优选在分离装置下方布置有处理空间。
处理空间被壳体包围。处理空间的水平横截面可以具有任何形状,但是优选为圆形或矩形。处理空间优选基本上竖直地布置,并且特别优选完全竖直地布置,使得颗粒可以以移动的固定床的形式从顶部到底部流过装置。重要的是可以实现均匀的产品流。处理空间在侧面受到护套的限制。护套壁可以由圆柱形段、圆锥形段或圆锥形段和圆柱形段的组合组成,其中可影响装置的高度上的气流速度分布。顶部区域中的收缩使气流速度增加,这导致局部紊流,得到改善的产品分布。
本发明的一个具体实施方案提供了至少近似旋转对称的壳体护套,导致关于其制备的优点以及对于常规产品流的优点。
在处理空间内部,可以布置位移体,颗粒不能凸出通过该位移体且该位移体因此减小了处理空间。这种位移体可以例如用于进送处理气体、调节自由横截面积或改善颗粒流。
在处理空间内部,可以布置隔板以将处理空间分成两个或多个腔室。这些腔室可以通过用于颗粒的通道口彼此连接。
优选地,至少一个入口通向处理空间的顶部区域,并允许将颗粒引入处理空间中。入口例如可以是壳体中的开口或被导入壳体中的管的出口。可以将入口分为几个段,这允许将颗粒分布在处理空间中。
优选地,至少一个排出口通向处理空间的下部,可以通过该排出口将经处理的颗粒从处理空间排出。排出口例如可以是壳体中的开口或进入从壳体导出的管的入口。通常,将颗粒通过圆锥形区域引导至排出口。如果颗粒在排出锥体中未被流体化或振动,则排出锥体相对于水平的角度优选为50-80°,而如果颗粒在排出锥体中被流体化或振动,则排出锥体相对于水平的角度优选为15-60°,尤其是30-50°。供选择地,也可以将颗粒通过机械排出装置如螺杆引导至排出口。
根据本发明的优选实施方案,关闭单元,优选闸门单元如旋转气锁单元、滑阀或辊单元位于排出口下方。颗粒在处理空间中的填充水平或在包括处理空间的处理装置中的颗粒重量可以作为控制变量。
用于处理气体的至少一个供应装置和至少一个排出装置通向根据本发明的装置的处理空间。每个供应装置具有至少一个入口,处理气体通过该入口流入处理空间。每个排出装置具有至少一个出口,处理气体通过该出口流出处理空间。
供应装置可以位于护套中或者优选地位于处理空间的底板区域中。排出装置可以位于护套中,或者优选地位于处理空间的顶部区域中。
一个具体实施方案规定,用于处理气体的排出装置被集成在聚烯烃颗粒的入口中。
本发明的一个具体实施方式规定,在底部通过透气的关闭装置,特别是具有多个入口的多孔板部分地限制处理空间,处理气体,但非颗粒,可以至少部分地流过该透气的关闭装置。为此目的,开口小于颗粒的直径。通道面积优选为1%至30%。优选的是颗粒直径的20-90%,尤其是30-80%的开口。开口的数量、尺寸和布置可以是均匀的或不均匀的。关闭装置锥形地或倾斜地布置在底部,其中,所描述的出口锥体的角度在这里也是有效的。
流过处理空间的处理气体用于有效地从聚烯烃颗粒中除去挥发性组分。分别地没有计划没有实施在处理空间中加热聚烯烃颗粒。根据本发明,可以省去在处理空间中加热聚烯烃颗粒,因为聚烯烃颗粒一进入处理空间就具有足够的用于有效除去挥发性组分的潜热。根据本发明,这如上所述通过如下实现:一方面用热的液体冷却介质制粒,和另一方面随后通过分离液体冷却介质快速干燥聚烯烃颗粒。这样,防止聚烯烃颗粒的过度冷却。
根据本发明,处理空间中至少75%的干燥聚烯烃颗粒的温度T3范围为T2±20℃,优选为T2-20℃至T2+5℃,甚至更优选T2-15℃至T2,但低于颗粒的熔点,因为在处理空间中的材料的熔化显然是不期望的。
由于在处理空间中加热聚烯烃颗粒是不期望的并且不应该进行,因此将比较冷的处理气体或仅将比较少量的处理气体进送至处理空间中。优选地,当进入处理空间时,处理气体的温度T4低于干燥聚烯烃颗粒的温度T2,或者将处理气体以小于通过处理空间的聚烯烃颗粒的通过量的一半的量引入处理空间中。
因此,在处理空间中建立温度分布,其中在入口区域中均匀的温度占优势。由于热损失,反应器壁的区域中的外层略微冷却,其中,中心的材料与边缘处的材料之间的温差随停留时间的增加而增加,且因此随到达处理空间的出口区域的途径(approach)的增加而增加。在处理空间的出口区域中,由于提供的处理气体的原因可能发生进一步的冷却。供选择地,通过所供应的处理气体可以实现材料的轻微加热,其中优选地不超过进入处理空间的入口区域中的温度。根据本发明,处理空间应被设计为使得处理空间中的聚烯烃材料的至少75%,特别是至少85%在温度T3的范围内。为此,如上所述,选择供应的处理气体的量和温度,使得处理气体仅引起聚烯烃材料的温度的轻微变化,和/或在靠近处理空间的出口的位置处供应冷的处理气体,其中将处理空间中的仅一小部分聚烯烃材料冷却。此外,处理空间应该是隔热的,或配备有主动护套加热系统,使得可以保持低热损失。
根据本发明,优选的是,将干燥聚烯烃颗粒保留在处理空间中持续0.5至20小时,优选1至10小时,特别优选2至6小时的时间段。
如果将以逆流方式引导处理气体,则处理空间的横截面积优选地设计为使得建立表观空速为0.05至0.8m/s,特别是0.1至0.7m/s的向上导引的气流。如果以逆流方式引导处理气体,则优选表观空速范围为0.2至4.0m/s,特别是0.3至3.0m/s。
根据本发明的一个实施方案,在处理空间中在增压下,优选在0.1至990毫巴的过压下,更优选在20至500毫巴的过压下处理干燥聚烯烃颗粒。在此,过压被理解为是除大气压(1巴)之外施加的压力,因此根据该实施方案,以绝对压力表示的处理空间中的压力为1.0001至1.99巴,优选为1.02至1.5巴。
根据本发明的供选择的实施方案,在处理空间中在减压下,优选在0.1至999毫巴的减压下,更优选在10至900毫巴的减压下,特别优选在20至500毫巴的减压下处理干燥聚烯烃颗粒。在这里,减压被理解为是指与大气压力(1巴)相比降低的压力,因此根据该实施方案,以绝对压力表示的处理空间中的压力为0.9999至0.001巴,更优选为0.99至0.1巴,特别优选为0.98至0.5巴。
根据一个优选的实施方案,以这样的方式选择处理空间中的减压,使得可以操作气动抽吸输送机并且将物料随其进送到处理空间中。在这种情况下,优选50至400毫巴,特别是70至300毫巴的减压,因此根据该实施方案,处理空间中的绝对压力为0.95至0.6巴,优选为0.93至0.7巴。
任选地,所使用的处理气体至少部分地在循环系统中传导(conduct),其中可以分别添加和除去少量的交换气体。根据该优选实施方案,在用于处理气体的排出装置和供应装置之间存在基本上闭合的管道回路。
该回路可以包括其他单元如泵、压缩装置(例如风扇、鼓风机或压缩机)、热交换器(例如加热器)、关闭装置(例如阀或龙头)或清洁装置(例如过滤器、旋风除尘器、洗涤器或催化燃烧装置)。根据本发明的优选实施方案,在离开处理空间之后,用液体,优选地用水清洁处理气体。
根据本发明的一个优选实施方案,在离开处理空间之后,如果必要,则将聚烯烃颗粒冷却,并且任选地使其通过处理空间的下游的分级筛,以便从输送(灰尘、线、还有反射丝线(angel hair)或束流)中除去任何磨损颗粒。
利用根据本发明的方法,可以显著降低聚烯烃颗粒中挥发性组分的比例。根据本发明,聚烯烃颗粒中挥发性组分的比例优选降低至少90%,更优选降低至少95%,特别优选降低至少99%。通过根据本发明的方法纯化的聚烯烃颗粒具有仅在ppm范围内的挥发性组分。
根据本发明的方法优选连续地进行。
然后可以按照通常方式将通过根据本发明的方法纯化的聚烯烃颗粒加工成新的塑料制品。适当的加工装置是技术人员已知的,并且可以直接布置在根据本发明的处理装置之后。
本发明的方法可以在包括以下的设备中进行:
-挤出装置,
-挤出装置之后的制粒装置,优选水下制粒装置,
-制粒装置之后的干燥装置,优选离心分离机,
-具有处理空间的处理装置,该处理装置具有材料入口、材料出口、气体入口和气体出口,该处理装置优选另外包括真空泵,和
-在上述用于输送物料的装置之间的连接单元。
优选地,挤出装置配备有熔体过滤器。
此外,优选在干燥装置和处理装置之间的连接单元中布置启动分流器和旋转阀。
特别优选地,根据本发明的方法可以在包括以下的装置中进行:
-带有熔体过滤器的挤出装置,
-在挤出装置之后的水下制粒装置,
-离心干燥机形式的干燥装置,
-离心干燥机和处理装置之间的连接管线,该连接管线具有启动分流器和在此之后的旋转气锁单元,
-具有处理空间的处理装置,其中该处理装置具有物料入口、物料出口、气体入口和气体出口以及泵,优选为水环式真空泵,并且处理气体以与颗粒的流动方向成逆流地流过处理空间,
-在处理装置的物料出口处的旋转气锁单元。
附图说明
通过非限制性附图进一步描述本发明。显示如下:
图1是用于实施根据本发明的方法的装置的示意图。
图2是用于实施根据本发明的方法的装置的另一实施方案的示意图。
图中相同的单元用相同的附图标记表示。
具体实施方式
根据图1的装置具有用于制备聚合物熔体的反应器1。根据本发明,反应器1还是用于熔化固体产物如废旧聚烯烃材料的装置。在这种情况下,反应器1例如可以是挤出机。
将熔融的聚烯烃材料转移到制粒装置2。在制粒装置2中,以已知的方式由熔融材料制备颗粒。例如,它可以是水下制粒机(如图1所示)。在这种情况下,制粒在水下进行。同时在制粒装置2中冷却获得的颗粒。然而,如上面解释的,冷却必须不能太强有力以致颗粒被冷却到低于温度T2。这可以通过使用温度T1范围为50至100℃,优选70至100℃,甚至更优选75至95℃,尤其优选80至90℃的热水实现。颗粒应被冷却至范围为71℃至200℃,优选80℃至160℃的温度,并且在聚乙烯的情况下,特别优选被冷却至范围为71℃至120℃的温度。
将颗粒通过连接管线3转移到用于干燥颗粒的单元(分离装置)5中。为避免丸粒的过度冷却,应将丸粒尽可能快地引出制粒装置2并引导其通过连接管线3。优选地,可以通过引入气流(优选空气)提高连接管线3中的流速。
在用于干燥颗粒的单元(分离装置)5中,将颗粒与液体冷却介质(水)分离并将其干燥。将分离的冷却介质通过管道4a引回到冷却介质的储罐4b中。储罐4b具有用于供应冷却介质的入口4e。通过循环装置(泵)4c将冷却介质从储罐4b转移到制粒装置2。在此,冷却介质优选通过热交换器4d。在热交换器4d中,可以根据需要加热或冷却冷却介质。尤其是,从分离装置5返回的冷却介质由于与热颗粒接触可能具有太高的温度,并且必须在进入制粒装置2之前被冷却。
经由入口4e供应的新鲜冷却介质可以包含碱性介质或pH缓冲介质。特别地,在此提供被设定为在窄范围内具有中和或缓冲作用的水的使用。供选择地,可以将碱性介质或pH缓冲介质直接添加到冷却回路中,例如添加到储罐4b中。
除了机械分离装置之外,还通过气体,优选空气或基本包含空气的气体气氛在100至200℃,优选110至160℃的温度下干燥单元5中的颗粒。在根据图1的装置中,空气通过入口5a被引入分离装置5中。用于气体的入口5a可以位于分离装置5的壳体中或在连接管线6中,或者位于两者中。任选地,吸入过滤器(未示出)可以安装在通向入口5a的气体管线中。空气通过出口管5b离开分离装置5。在根据图1的装置中,用于使空气循环通过分离装置5的风扇5c布置在出口管5b中。供选择地,风扇可以位于空气入口管线5a中。此外,入口5a和出口管线5b可以彼此连接以形成循环系统。然后必须在该循环系统中提供冷凝器。
将颗粒从分离装置5经由连接管线6通过入口7a转移到具有处理空间的单元7中。在连接管线6中设有带有排出管线的启动分流阀6a。
在单元7中,根据本发明处理聚烯烃颗粒。在单元7的处理空间内,以逆流或横流方式由通过单元7的气流对颗粒进行热处理。在单元7的处理空间内,存在固定床的条件。
在单元7的处理空间中至少75%的干燥聚烯烃颗粒具有温度T3,其在T2±20℃的范围内,但低于颗粒的熔点。
优选地,引入到单元7中的处理气体是空气。优选地,当进入处理空间时,处理气体的温度T4低于干燥聚烯烃颗粒的温度T2,或者将该气体以小于通过处理空间的聚烯烃颗粒的通过量的一半的量引入处理空间。
干燥聚烯烃颗粒保留在单元7的处理空间中持续0.5至20小时,优选1至10小时,特别优选2至6小时的时间段。
清洁的颗粒通过排出口7d和排出管线10,优选经由排出装置10a,例如关闭单元如旋转气锁单元,离开单元7。
工艺气体通过入口7c进入单元7,并通过出口7b离开单元7,进入气体排出管线9。在工艺气体的供应管线8中有用于气体循环的鼓风机8a,例如风扇。在入口7c的上游设置有热交换器8b,以使气体在进入单元7之前达到期望的温度。但是,单元7中使用的工艺气体,优选空气,也可以通过管8、9的闭合回路系统送入。
使用根据图1的装置,可以通过相应地调节所引入的气体量,在单元7的处理空间中在增压下,优选在0.1至990毫巴的过压下,更优选在20至500毫巴的过压下处理干燥聚烯烃颗粒。
图2示出了适用于本发明的装置的另一实施方案。根据该实施方案,经干燥的聚烯烃颗粒不直接从单元5输送至单元7,而是被送至在启动分流阀6a之后的关闭单元6b如旋转气锁单元。通过输送气体管线6c和用于加热输送气体的装置6d,例如热交换器,进送加热的输送气体,以在离开旋转气锁单元6b之后将颗粒气动输送至单元7中。
在根据图2的实施方案中,在气体排出管线9中布置有泵9a,优选真空泵。这样,通过泵9a从单元7的处理空间中除去至少部分气体气氛,在减压下,优选在0.1至999毫巴的减压下,更优选在10至900毫巴的减压下,特别优选在20至500毫巴的减压下在单元7的处理空间中处理干燥聚烯烃颗粒是可能的。同时,泵9a可以用于输送气体。
在图2中所示的实施方案中,在通过关闭单元10a,优选旋转气锁单元离开单元7之后,清洁过的聚烯烃颗粒通过分离装置11,优选分级筛。在该过程中分离的过大的颗粒通过排出管线12从产物流中被除去,而纯化的聚烯烃颗粒则通过排出管线13。
Claims (14)
1.一种用于回收聚烯烃的方法,其包括以下步骤:
a)挤出废旧聚烯烃材料,
b)由挤出到液体冷却介质中形成的聚烯烃材料制备颗粒,
c)分离冷却介质以获得干燥聚烯烃颗粒,
d)优选以逆流方式,在处理空间中用处理气体处理干燥聚烯烃颗粒,
其特征在于,
该方法以如下方式进行:使得干燥聚烯烃颗粒直接在步骤c)中分离冷却介质之后,仍然具有温度T2,温度T2高于步骤b)中的液体冷却介质的温度T1,且范围为71℃-200℃,优选80℃-160℃,但低于颗粒的熔点,并且在处理空间中至少75%的干燥聚烯烃颗粒的温度T3范围为T2±20℃,但低于颗粒的熔点。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,步骤b)中的液体冷却介质是水。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,步骤c)在离心干燥机中进行。
4.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,步骤d)中的处理气体是空气。
5.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,处理气体在进入所述处理空间时具有低于所述干燥聚烯烃颗粒的温度T2的温度T4,或者将处理气体以对应于少于通过所述处理空间的聚烯烃颗粒的通过量的一半的量引入所述处理空间中。
6.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,干燥聚烯烃颗粒保留在处理空间中持续0.5至20小时,优选1至10小时,特别优选2至6小时的时间段。
7.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在处理空间中在高压下,优选在0.1至990毫巴的过压下,更优选在20至500毫巴的过压下处理所述干燥聚烯烃颗粒。
8.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在处理空间中在减压下,优选在0.1至999毫巴的减压下,更优选在10至900毫巴的减压下,特别优选在20至500毫巴的减压下处理所述干燥聚烯烃颗粒。
9.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在离开处理空间之后,所述处理气体用液体,优选用水清洁。
10.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,步骤b)中的液体冷却介质的温度T1范围为50至100℃,优选70至100℃,甚至更优选75至95℃,特别优选80至90℃。
11.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,颗粒和液体冷却介质的接触时间为几秒,优选至多10s,特别优选0.1至3s,特别优选0.2至1.5s。
12.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在挤出过程中通过熔体脱气和/或过滤除去组分。
13.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在挤出之前对所述聚烯烃材料进行预处理,其中,所述预处理选自按颜色分类,按聚合物类型分类,粉碎,表面清洁如洗涤,预干燥及其组合。
14.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,将所述干燥聚烯烃颗粒通过气动输送转移到所述处理空间中。
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