ES2936236T3 - Método para la separación de las capas de plásticos multicapa - Google Patents
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Abstract
Sistema y método para la separación de las capas de plásticos multicapa, en el que los fragmentos de plástico multicapa se llevan al interior de una vasija (1) presurizada durante 10 a 60 segundos. La vasija se presuriza con vapor sobrecalentado generado en una caldera e introducido en la vasija hasta que se alcanza una presión entre 1 y 12 bar y una temperatura entre 100 y 191,12 °C; a continuación se llevan los fragmentos a un depósito de descarga a una presión entre -0.7 bar y 0.1 bar relativos y temperatura entre 15 y 25 °C durante entre 1 minuto y 5 minutos; después se trasladan los fragmentos multicapa a una unidad de separación mecánica donde se separan en fragmentos de plástico monocapa y por último a una unidad de clasificación mecánica, donde se clasifican según su material.
Description
DESCRIPCIÓN
Método para la separación de las capas de plásticos multicapa
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema y un método para separar las capas de plásticos multicapa.
Antecedentes de la invención
Los plásticos multicapas se emplean actualmente en muchas actividades y campos como la agricultura, la industria y el envasado. A medida que crece la conciencia por la protección del entorno, existe un cambio generalizado hacia una gestión integral de la vida del producto, incluyendo su reciclaje y la recuperación de sus partes útiles, permitiendo un uso posterior de los materiales recuperados para productos nuevos y una reducción de los desechos, la contaminación y los costes.
El documento WO2017037260 presenta un método para separar las capas de plásticos multicapa que comprenden al menos una primera capa y una segunda capa de plásticos diferentes, que utiliza un sistema para la separación de capas de plásticos multicapa, comprendiendo el sistema:
- una entrada adecuada para la introducción de los fragmentos de plástico multicapa,
- una vasija situada a continuación de la tolva de entrada,
- una máquina de recompresión mecánica, una bomba,
- una caldera conectada a la vasija y a la máquina de recompresión mecánica,
- una unidad de clasificación mecánica situada a continuación de la unidad de separación mecánica,
- una válvula de recuperación conectada a la máquina de recompresión mecánica, una válvula conectada a la bomba, y una válvula de control de entrada entre la caldera y la vasija, comprendiendo el método las siguientes etapas:
- presurizar la vasija con vapor precalentado generado en una caldera e introducido en la vasija hasta que el interior de la vasija alcanza una presión de 50 bar, y una temperatura entre 100°C y 191,12°C ,
- desmenuzar los plásticos multicapa en fragmentos de plástico multicapa,
- introducir los fragmentos de plástico multicapa en la vasija y mantenerlos en ella durante un tiempo, produciéndose el debilitamiento de la unión entre las capas de los fragmentos de plástico multicapa, y
- trasladar los fragmentos de plástico monocapa a la unidad de clasificación mecánica, donde los fragmentos de plástico monocapa se clasifican por material.
Además, existen varios métodos para reciclar artículos fabricados con materiales multicapas, y concretamente artículos en los que al menos una capa es un plástico. Los métodos comprenden una primera etapa para debilitar la unión entre capas, esto es, el adhesivo, y una segunda etapa para separar física y/o químicamente las capas. La primera etapa requiere el calentamiento directo de los fragmentos de plástico multicapa. Estos fragmentos se obtienen mediante una etapa previa de desmenuzado de los artículos para reducir el tamaño de los objetos a un tamaño
adecuado para su procesado mediante el método de reciclaje. La segunda etapa habitualmente requiere una composición química que reacciona con alguna parte de los fragmentos de plástico multicapa, disolviendo el adhesivo o alguna de las capas de los fragmentos de plástico multicapa. La segunda etapa también puede incluir, de manera alternativa o conjunta con la separación química, una separación física de las capas de los fragmentos de plástico multicapa triturándolos, moliéndolos, puliéndolos, cortándolos y mediante sustancias abrasivas. Comúnmente se necesita una etapa posterior de secado para eliminar las trazas de agua y de cualquier fluido remanentes de la segunda etapa.
Estos métodos de reciclaje presentan varios inconvenientes:
-Necesitan mucha energía, porque toda la masa de fragmentos de plástico multicapa por reciclar debe calentarse a temperaturas superiores a 80 °C para debilitar el adhesivo, y posteriormente los plásticos separados se secan.
-Necesitan composiciones químicas que son tóxicas y contaminantes, las cuales por tanto necesitan un tratamiento y un procedimiento de eliminación especiales.
-Necesitan sustancias abrasivas, las cuales requieren una manipulación y un procedimiento de eliminación especiales.
-El proceso completo necesita muchos recursos, porque requiere sustancias variadas, como composiciones químicas que solo se usan una vez.
Sumario de la invención
El objeto de la invención es proporcionar un sistema y un método para separar las capas de plásticos multicapa que resuelva los inconvenientes mencionados.
El método de acuerdo con la invención utiliza un sistema para la separación de capas de plásticos multicapa, que comprende:
- una tolva de entrada para la introducción de los fragmentos de plástico multicapa,
- una vasija situada a continuación de la tolva de entrada,
- un depósito de descarga situado a continuación de la vasija,
- una máquina de recompresión mecánica conectada al depósito de descarga,
- una bomba conectada con el depósito de descarga,
- una caldera conectada a la vasija y a la máquina de recompresión mecánica,
- una unidad de separación mecánica situada a continuación del depósito de descarga,
- una unidad de clasificación mecánica situada a continuación de la unidad de separación mecánica,
que también comprende una válvula entre la tolva de entrada y la vasija, una válvula de descarga entre la vasija y el depósito de descarga, una válvula de recuperación entre el depósito de descarga y la máquina de recompresión mecánica, una válvula entre el depósito de descarga y la bomba y una válvula de control de entrada entre la caldera y la vasija.
La invención es un método como se define en la reivindicación 1. Realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. Este método comprende las siguientes etapas:
- presurizar la vasija con vapor precalentado generado en una caldera e introducido en la vasija hasta que el interior de la vasija alcanza una presión situada entre 1 bar y 12 bar, y una temperatura entre 100°C y 191,12°C ,
- llevar el interior del depósito de descarga situado a continuación de la vasija a una presión situada entre -0,7 bar y 0,1 bar relativos, y a una temperatura entre 15°C y 25°C ,
- desmenuzar los plásticos multicapa en fragmentos de plástico multicapa,
- introducir los fragmentos de plástico multicapa en la vasija y mantenerlos durante un tiempo entre 10 segundos y 60 segundos, produciéndose el debilitamiento de la unión entre las capas de los fragmentos de plástico multicapa,
- trasladar los fragmentos de plástico multicapa de la vasija al depósito de descarga, en el que permanecen durante un tiempo entre 1 minuto y 5 minutos,
- trasladar los fragmentos de plástico multicapa del depósito de descarga a la unidad de separación mecánica, donde los fragmentos de plástico multicapa se separan en fragmentos de plástico monocapa, y
- trasladar los fragmentos de plástico monocapa de la unidad de separación mecánica a la unidad de clasificación mecánica, donde los fragmentos de plástico monocapa se clasifican según el material,
El empleo de vapor sobrecalentado en el método de la invención, además de suponer un ahorro de energía, permite la aplicación simultánea en la vasija de presiones y de temperaturas elevadas durante cortos espacios de tiempo que favorecen la separación entre las diferentes capas de plástico.
Otras realizaciones ventajosas de la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra de manera esquemática la disposición de los elementos del sistema para separar las capas de plásticos multicapa de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquemática parcial de la instalación empleada para separar las capas de plásticos multicapa de la invención.
La figura 3 muestra una realización de una unidad de separación mecánica empleada en el sistema para separar las capas de plásticos multicapa de la invención.
Descripción detallada de la invención
Los plásticos multicapa tienen, al menos, una primera capa y una segunda capa de plásticos diferentes, pudiendo comprender más capas de otros plásticos.
La unión de las capas de plásticos normalmente es un adhesivo, colocado entre dos capas de plástico.
En este texto, el término “vacío” se refiere tanto al vacío absoluto, en el que la presión absoluta es nula, como al vacío relativo, en el que la presión es menor que otra presión de referencia. Para especificar cuando es necesario a cuál de los dos vacíos se refiere una frase, se explicita añadiendo “absoluto” o “relativo” respectivamente.
Los plásticos multicapa se desmenuzan en fragmentos de plástico multicapa mediante cualquier procedimiento mecánico. En una realización el tamaño final de los fragmentos, medidos en su longitud mayor, no es inferior a 10 mm.
El vapor sobrecalentado provoca un choque térmico, que no necesariamente calienta toda la partícula hasta una temperatura determinada, y un choque mecánico, debido al cambio brusco de presión al que están sometidas las capas de plástico al pasar de presión atmosférica a la presión de trabajo, permitiendo la separación exitosa de las capas en la etapa de separación mecánica. El vapor ejerce presión sobre los fragmentos, debilitando y rompiendo los enlaces químicos entre las capas. Como solo se calienta vapor, se ahorra energía, y no se necesitan sustancias químicas.
Las condiciones de temperatura y presión en el interior de la vasija y del depósito de descarga se mantienen constantes mediante la caldera, válvulas, bombas u otros medios de control. De esta forma, se evita la pérdida de energía y se aumenta la productividad, porque la vasija y el depósito están permanentemente preparados para recibir fragmentos de plástico multicapa.
La vasija puede estar conectada a un depósito de descarga a través de una válvula de descarga o de otro medio de control. Los ciclos de presurización y vacío consisten en la introducción de los fragmentos de plástico multicapa en la vasija, que ya contiene vapor sobrecalentado a la temperatura y a la presión predeterminada según los tipos de plásticos a tratar, a través de una válvula o de otros medios de control, y mantenerlos en su interior durante un tiempo predeterminado según los tipos de plástico a tratar. A continuación, minimizando las pérdidas de presión y temperatura, mediante válvulas u otros medios de control, aprovechando las diferencias de presión entre la vasija y el depósito de descarga, se trasladan los fragmentos de plástico multicapa al depósito de descarga, que ya está a unas condiciones de temperatura y de presión predeterminadas según los tipos de plásticos a tratar y menores que las condiciones de presión y temperatura del interior de la vasija, y se mantienen en su interior durante un tiempo predeterminado según los tipos de plástico a tratar.
Estos ciclos de presurización y de vacío se pueden ejecutar una o varias veces en función de los tipos de plástico y de otras propiedades de los fragmentos de plástico multicapa, retornando, a través de válvulas y otros medios de control, los fragmentos de plástico multicapa del depósito de descarga a la vasija.
Como se puede observar, la aplicación en la vasija de presión y de temperatura elevada es simultánea gracias a la acción del vapor sobrecalentado. Análogamente, la aplicación en el depósito de descarga de un vacío y de una temperatura reducida es simultánea.
Este tipo de ciclo de presurización y de vacío aumenta la diferencia de presión que los fragmentos de plástico multicapa soportan, comprimiendo y descomprimiendo las capas entre sí, produciendo fuerzas de tracción, compresión y cortantes entre ellas, debilitando aún más la unión entre las capas. Otra ventaja de este ciclo de presurización y de vacío es que las capas se secan durante la fase de vacío, eliminando la etapa posterior de secado.
Esta diferencia de temperaturas provoca que las uniones entre las capas de plástico se dañen y se rompan; también aparecen en las uniones tensiones estructurales y superficiales debido a las diferencias entre los coeficientes de expansión térmica de las uniones y de los plásticos. Además, la estructura molecular de los plásticos se modifica, produciendo cambios de volumen de las uniones y de las capas de plásticos, los cuales a su vez deterioran aún más la unión.
Durante el procesado de los fragmentos de plástico multicapa, concretamente durante su recepción y su salida de la vasija, se pueden producir pérdidas de vapor en esta. Para corregir esta desviación de las condiciones predeterminadas, se proporciona una válvula que comunica la vasija y la caldera y está gestionada por un sistema de control. El sistema de control gestiona la apertura de la válvula para permitir la entrada de vapor a la vasija y así mantener constantes las condiciones predeterminadas de presión y temperatura en el interior de la vasija.
Durante el procesado de los fragmentos de plástico multicapa, concretamente durante su recepción y su salida del depósito de descarga, se puede introducir vapor sobrecalentado proveniente de la vasija en este. Para corregir esta desviación de las condiciones predeterminadas, se proporciona una válvula y una bomba, la válvula conecta la bomba y el depósito de descarga; la bomba mantiene en su interior las condiciones de presión y de temperatura predeterminadas, extrayendo fluido del interior del depósito de descarga.
Para maximizar el rendimiento del método, el fluido extraído por la bomba del depósito de descarga puede recomprimirse y aprovecharse en otras partes del método.
La invención comprende una etapa de separación mecánica de las capas de plásticos de los fragmentos para obtener fragmentos de plástico monocapa, los cuales también son consecuentemente fragmentos monocomponente. Las uniones se han debilitado suficientemente para permitir la separación mecánica de las capas. Esta separación comprende las acciones de cortar, cepillar, pulir y frotar los fragmentos.
Finalmente, una vez que los fragmentos se han separado en fragmentos monocapa, se introducen en una unidad de separación mecánica de capas, donde se clasifican por su composición aprovechando las densidades diferentes de los plásticos, colocando los fragmentos monocapa en un flujo de aire controlado.
En un modo de realización, una de las capas de los plásticos multicapa es polietilentereftalato (PET) y otra de las capas es polietileno (PE). No obstante, el método es apto para separar capas de cualesquiera otros materiales plásticos.
En relación con las figuras 1 y 2, la vasija (1) comprende unos sensores interiores de presión y de temperatura, que proporcionan datos sobre estas magnitudes a un sistema de control. Este sistema de control controla estas variables actuando sobre unas válvulas de control, que son la válvula (10) de control de entrada de vapor, la válvula (2) de descarga de la vasija (1) y la válvula (20) de descarga de la tolva (9), y sobre la caldera (3), controlando la temperatura de su interior.
La composición del vapor sobrecalentado es agua.
La caldera (3) produce el vapor de agua mediante cualquier método de calentamiento (por ejemplo, resistencia eléctrica, microondas). La caldera (3) está controlada por el sistema de control para que produzca un vapor sobrecalentado de las características requeridas para los tipos de plástico que tratar.
Inicialmente, antes de introducir la primera tanda de fragmentos, se enciende la caldera (3), que produce vapor de agua sobrecalentado. La válvula (10) se abre para permitir el paso del vapor de agua sobrecalentado a la vasija (1), hasta alcanzar unas condiciones predeterminadas de presión y de temperatura (presión: 1-12 bar; temperatura: 100-191,12°C). Estas condiciones se mantienen constantes durante la aplicación del método de separación a toda la cantidad de fragmentos que tratar.
El depósito de descarga (4) está conectado fluidamente a una bomba (5) a través de una válvula (21). La bomba (5) mantiene en el interior del depósito de descarga (4) unas condiciones constantes de vacío relativo de -0,7 bar a 0,1 bar (con respecto a la presión ambiente), que se mantienen durante la aplicación del método de separación a toda la cantidad de fragmentos que tratar. La temperatura en el depósito de descarga (4) estará entre 15-25°C.
Cuando las condiciones de presión y de temperatura en la vasija (1) y en el depósito de descarga (4) son las predeterminadas, tras obtener los fragmentos de plásticos multicapa de un tamaño superior a 10 mm a partir de plásticos multicapa, se introducen en la vasija (1) por una tolva de entrada (9) abriendo una válvula (20), ubicada en la salida de la tolva de entrada (9).
A continuación, los fragmentos se mantienen durante un tiempo predeterminado en la vasija (1), donde sufren la acción de la alta presión y la alta temperatura del vapor de agua sobrecalentado. Si las capas están hechas con PET y PE, este tiempo es preferiblemente de entre 10 segundos y 60 segundos.
Trascurrido este tiempo, se abre la válvula (2) de descarga de la vasija (1), y los fragmentos pasan al depósito de descarga (4), donde se mantienen durante un tiempo predeterminado (entre 1 minuto y 5 minutos), donde sufren el vacío relativo y la temperatura inferior de su interior. Si las capas están hechas con PET y PE, este tiempo es preferiblemente de 5 minutos. Trascurrido el tiempo predeterminado en estas condiciones de vacío relativo, los fragmentos se trasladan a una unidad de separación mecánica (6).
El vapor de agua que hubiera entrado en el depósito de descarga (4) se extrae a través de una válvula de recuperación (11), que lo conecta con una máquina de recompresión mecánica (8). El agua condensada resultante se filtra y se reintroduce en la caldera (3).
Trascurrido el tiempo de vacío, los fragmentos se trasladan a una unidad de separación mecánica (6).
La unidad de separación mecánica (6), mostrada en la figura 3, comprende medios para pulir, cortar, cepillar y frotar los fragmentos de plástico multicapas entre sí, para obtener fragmentos monocapa y compuestos por un solo tipo de plástico. Estos medios son uno o varios tambores (16) que rotan sobre un eje dentro de una cámara (17). Unos tambores (16) comprenden una superficie rugosa que pela y pule los fragmentos. Otros tambores (16) comprenden una superficie cubierta con barras de metal colocadas perpendicularmente a la superficie del tambor. El corte, por tanto, se produce sin usar cuchillas ni ningún otro elemento afilado. Los tambores (16) se disponen en línea recta, uno tras otro, dejando un espacio pequeño (19) entre el punto más cercano de su superficie a una de las superficies de la cámara (17) y esta superficie de la cámara (17), preferiblemente una distancia de 0,8 mm, para promover la fricción entre los fragmentos y entre los fragmentos y las superficies de los tambores (16). Este espacio (19) es regulable mediante el movimiento de los rodillos hacia o de la superficie de la cámara (17), o mediante el movimiento de la superficie de la cámara (17) más cercana a los tambores (16) hacia o desde estos tambores (16). La fila de tambores (16) está dispuesta formando un ángulo próximo a 60° respecto al suelo. Los tambores (16) comprenden una barrera (18) colocada entre cada dos tambores (16), formando los tambores (16), la pared de la cámara (17) más cercana a estos y las barreras (18) un volumen de separación (13) solamente abierto por una tolva de entrada (12), situada en el extremo superior de la cámara (17) y por una tolva de salida (14), situada en el extremo inferior de la cámara (17), de forma que los fragmentos solamente se muevan por gravedad desde la tolva de entrada (12) a través del volumen (13), evitando su paso a otro volumen de la cámara (17).
La tolva de entrada (12) comprende una pared (15) que dirige los fragmentos hacia el volumen de separación (13).
Los fragmentos se introducen en la unidad de separación (6) por la tolva de entrada (12), y caen por gravedad a través de la cámara (17), concretamente del volumen de separación (13), recibiendo la acción de los tambores (16). A lo largo de su caída, las capas se separan entre sí y se elimina la humedad restante gracias a su agitación. Finalmente, separados ya en fragmentos monocapa, salen por la tolva de salida (14).
La tolva de salida (14) está conectada a la unidad de clasificación mecánica (7). La unidad de clasificación mecánica (7) comprende una mesa vibratoria, un aspirador y un ciclón. Las partículas se trasladan a la mesa. La acción de la mesa vibratoria, combinada con una aspiración regulada del aspirador, separa los fragmentos según su densidad, aspirando la fase más ligera, dejando en la mesa la fase más pesada, separando de esta forma los fragmentos según su composición.
Claims (10)
1. Método para la separación de las capas de plásticos multicapa, que comprenden al menos una primera capa y una segunda capa de plásticos diferentes, que emplea un sistema para la separación de las capas de plásticos multicapa, comprendiendo el sistema:
- una tolva de entrada (9) para la introducción de los fragmentos de plástico multicapa,
- una vasija (1) situada a continuación de la tolva de entrada (9),
- un depósito de descarga (4) situado a continuación de la vasija (1),
- una máquina de recompresión mecánica (8) conectada al depósito de descarga (4),
- una bomba (5) conectada con el depósito de descarga (4),
- una caldera (3) conectada a la vasija (1) y a la máquina de recompresión mecánica (8),
- una unidad de separación mecánica (6) situada a continuación del depósito de descarga (4),
- una unidad de clasificación mecánica (7) situada a continuación de la unidad de separación mecánica (6),
- una válvula (20) entre la tolva de entrada (9) y la vasija (1), una válvula (2) de descarga entre la vasija (1) y el depósito de descarga (4), una válvula (11) de recuperación entre el depósito de descarga (4) y la máquina de recompresión mecánica (8), una válvula (21) entre el depósito de descarga (4) y la bomba (5) y una válvula (10) de control de entrada entre la caldera (3) y la vasija (1),
comprendiendo el método las siguientes etapas:
- presurizar la vasija (1) con vapor precalentado generado en una caldera (3) e introducido en la vasija (1) hasta que el interior de la vasija (1) alcanza una presión situada entre 1 bar y 12 bar, y una temperatura entre 100°C y 191,12°C ,
- llevar el interior del depósito de descarga (4) situado a continuación de la vasija (1) a una presión situada entre -0,7 bar y 0,1 bar relativos, y a una temperatura entre 15°C y 25°C,
- desmenuzar los plásticos multicapa en fragmentos de plástico multicapa,
- introducir los fragmentos de plástico multicapa en la vasija (1) y mantenerlos durante un tiempo entre 10 segundos y 60 segundos, produciéndose el debilitamiento de la unión entre las capas de los fragmentos de plástico multicapa,
- trasladar los fragmentos de plástico multicapa de la vasija (1) al depósito de descarga (4), en el que permanecen durante un tiempo entre 1 minuto y 5 minutos,
- trasladar los fragmentos de plástico multicapa del depósito de descarga (4) a la unidad de separación mecánica (6), donde los fragmentos de plástico multicapa se separan en fragmentos de plástico monocapa, y
- trasladar los fragmentos de plástico monocapa de la unidad de separación mecánica (6) a la unidad de clasificación mecánica (7), donde los fragmentos de plástico monocapa se clasifican según su material,
en el que los fragmentos de plástico multicapa de la vasija (1) situados en el depósito de descarga (4) vuelven a la vasija (1) para someterse de nuevo a la etapa consistente en mantenerlos durante un tiempo entre 10 segundos y 60 segundos, produciéndose el debilitamiento de la unión entre las capas de los fragmentos de plástico multicapa.
2. Método según la reivindicación 1, en el que los plásticos multicapa se desmenuzan en fragmentos de forma que el tamaño final de los fragmentos, medidos en su longitud mayor, no es inferior a 10 mm.
3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una de las capas de los plásticos multicapa es polietilentereftalato (PET) y otra de las capas es polietileno (PE).
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los fragmentos de plástico multicapa se introducen en la vasija (1) por la tolva de entrada (9) abriendo la válvula (20) ubicada en la salida de la tolva de entrada (9).
5.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el traslado de los fragmentos de plástico multicapa de la vasija (1) al depósito de descarga (4) se realiza a través de la válvula de descarga (2) situada entre la vasija (1) y el depósito de descarga (4).
6.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el que el traslado del vapor precalentado de la caldera (3) a la vasija (1) se realiza a través de la válvula (10) de control de entrada de vapor situada entre la caldera (3) y la vasija (1).
7.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la bomba (5) extrae fluido del interior del depósito de descarga (4).
8.- Método según la reivindicación 7, en el que durante el traslado de los fragmentos de plástico multicapa de la vasija (1) al depósito de descarga (4) se produce la introducción de vapor de agua en el depósito de descarga (4) proveniente de la vasija (1); el vapor de agua se extrae a través de la válvula de recuperación (11), que lo conecta con la máquina de recompresión mecánica (8), de modo que el agua condensada resultante se filtra y se reintroduce en la caldera (3).
9.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la vasija (1) comprende unos sensores interiores de presión y de temperatura, que proporcionan datos sobre estas magnitudes a un sistema de control, el cual controla esta presión y temperatura actuando sobre la válvula (10) de control de entrada de vapor, la válvula de descarga (2) y la válvula (20), y sobre la caldera (3), controlando la temperatura de su interior.
10.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la unidad de separación mecánica (6) los fragmentos de plástico multicapa se separan en fragmentos de plástico monocapa mediante acciones que comprenden cortar, cepillar, pulir y frotar los fragmentos.
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