PL231669B1 - Sposób recyklingu odpadowych materiałów termoizolacyjnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób recyklingu odpadowych materiałów termoizolacyjnych, zwłaszcza polistyrenu, z odpadów komunalnych pozwalający na ich wtórne zastosowanie.

Jednym z najstarszych tworzyw sztucznych jest polistyren. Początkowo był on wykorzystywany tylko do wytwarzania twardych, trwałych detali. Z chwilą opanowania metody spieniania jego zastosowanie gwałtownie wzrosło. Obecnie stosowany jest praktycznie w każdej gałęzi przemysłu od budownictwa po przemysł spożywczy. Produkuje się z niego przedmioty twarde, pianki izolacyjne, opakowaniowe, talerze i kubki.

Odpady polistyrenu mogą mieć różne pochodzenie. Odpady poprodukcyjne nie stwarzają istotnych problemów w ich kolejnym zastosowaniu. Odpady te, takie jak braki produkcyjne, łatwo można zgranulować i zastosować powtórnie. Innym rodzajem odpadów są wysegregowane już na etapie zbiórki duże odpady w postaci produktów takich jak kształtki zabezpieczające transportowe, przykładowo do ochrony mebli, lodówek, telewizorów. Odpady te również nie powodują praktycznie żadnych utrudnień technologicznych przy ich ponownym wykorzystaniu.

Najtrudniejszym odpadem polistyrenu jest odpad komunalny. Odpady te kontaktują się z zawartością wysypiska jak również same posiadają zanieczyszczenia. Zwłaszcza tacki czy kubki po produktach spożywczych, a szczególnie po rybach, charakteryzują się bardzo nieprzyjemnym zapachem. Ilość tego typu polistyrenu odpadowego jest bardzo duża a odpad ten jest praktycznie nie nadający się do powtórnego wykorzystania ze względu na swój nieprzyjemny zapach. Polistyren wyodrębniony z odpadów komunalnych nie jest dalej selekcjonowany pod kątem jego pierwotnego zastosowania a to oznacza, że potencjalnie czysty odpad mieszany jest z odpadem o nieprzyjemnym zapachu.

Istnieje szereg metod zmierzających do odzyskania polistyrenu z odpadów, w tym komunalnych. Metody te oparte są na ogólnej zasadzie rozpuszczenia polistyrenu w rozpuszczalniku, dodaniu drugiego odczynnika jakim jest ciecz nierozpuszczająca polistyrenu w celu jego wytrącenia a następnie oddzielone granule wyodrębnia się i suszy. Tak pozyskany surowiec może być ponownie stosowany.

Znany jest z opisu CN103224646 sposób obejmujący rozdrabnianie polistyrenu, dodawanie rozpuszczalnika, filtracje, dodawanie substancji wytrącającej, filtrację uzyskanych granulek, frakcjonowanie i oddzielenie składników w mieszaninie rozpuszczalnika i substancji wytrącającej.

Z opisu JP2002363333 znany jest sposób polegający na rozpuszczeniu polistyrenu w rozpuszczalniku organicznym, dodaniu wody i środka ułatwiającego powstawanie zawiesiny. Odzyskiwanie polistyrenu odbywa się przez odparowanie i usunięcie rozpuszczalnika.

Znany jest z opisu EP1907462 sposób zawierający następujące etapy: zmniejszenie objętości spienionego polistyrenu przez rozpuszczanie w rozpuszczalniku, oddzielenie nierozpuszczalnych składników, wytrącanie polistyrenu z roztworu za pomocą nierozpuszczalnika, oddzielanie, wymywanie i suszenie strąconego polistyrenu, frakcjonowanie przez destylację składników ługu macierzystego stosowanego przy wytrącaniu i przemywaniu przez destylację, odzyskiwanie rozpuszczalnika z głowicy kolumny destylacyjnej i jego zawracanie, odzyskiwanie nierozpuszczalnika z części dolnej kolumny destylacyjnej. Nierozpuszczalnikiem jest butanol wybrany spośród n-butanolu, izobutanolu lub sec-butanolu, a rozpuszczalnikiem jest węglan dimetylu, sam lub w mieszaninie zawierającej do 25% wagowych wspomnianego butanolu.

Z polskiego opisu PL 214369 znany jest sposób recyklingu spienionego polistyrenu przez rozpuszczenie w rozpuszczalniku organicznym, wzbogacenie w środki pomocnicze. Odpadowy polistyren rozpuszcza się w rozpuszczalniku organicznym w szczególności w nadmiarze chlorku metylenu DCM, po czym w znany sposób rozpuszczalnik zostaje odparowany w podwyższonej temperaturze i po skropleniu zawracany do procesu, natomiast uplastyczniony termicznie polistyren wzbogaca się w środki pomocnicze i kieruje się do wytłaczarki, bądź pompy, gdzie jest wytłaczany w postaci granulatu i/lub mikro-granulatu.

Opisane powyżej metody oparte są na rozpuszczeniu polistyrenu a następnie jego wytrąceniu innym nierozpuszczalnikiem lub poprzez chłodzenie. Metody te są w pełni skuteczne jednak nadają się do odpadów czystych. Można również stosować je do polistyrenu wyodrębnionego z odpadów komunalnych jednak tak pozyskany polistyren nie nadaje się do stosowania na wyroby przeznaczone do długotrwałego używania. Nawet po kilku latach wyroby z nich wykonane zaczynają wydzielać nieprzyjemny zapach. Jest to związane z zanieczyszczeniami, które przylegają do polistyrenu podczas składowania i potem stają się składnikiem wyrobu. Stwierdzono, że 0,1% wagowych zawartości opakowań po

PL 231 669 B1 rybach w masie przerabianego odpadu powoduje wydzielanie się nieprzyjemnego zapachu z uzyskanych wyrobów wtórnych. Wyroby poddawane w trakcie użytkowania różnego rodzaju naciskom, tarciom czy uszkodzeniom mechanicznym narażone są na spękania i zniszczenia jednolitej struktury. Ze zniszczonej czy jedynie pękniętej struktury wydobywa się nieprzyjemny zapach ze związków wonnych zamkniętych wewnątrz granulek styropianu powstałych w trakcie jego odzysku. Dlatego też tworzywo t akiego pochodzenia jest najczęściej wykorzystywane jako składnik paliw alternatywnych.

Od dawna prowadzone były próby pozbawiania polimeru uciążliwego zapachu ale jak dotychczas powszechnie stosowane metody nie prowadziły do jego usunięcia a tylko maskowały zapach na jakiś czas i po upływie kilku miesięcy zapach zaczynał się wydobywać z produktów. Najbardziej prawdopodobne wydaje się, że problemem jest okluzja. Dotychczasowe metody polegające na rozpuszczeniu odpadów polistyrenu a następnie po odseparowaniu zanieczyszczeń wytrącenie go z roztworu doprowadzały do uzyskania tylko pozornie czystego granulatu. W trakcie szybkiego wytrącania część wonnych związków pozostawała w zamykających się strukturach polistyrenu i po jakimś czasie nieprzyjemny zapach zaczynał się wydobywać.

Przedmiotem wynalazku jest sposób recyklingu odpadowych materiałów termoizolacyjnych, zwłaszcza polistyrenu z odpadów komunalnych, pozbawionych substancji o nieprzyjemnym zapachu.

Sposób odzysku polistyrenu z odpadów komunalnych polegający na rozpuszczeniu wyselekcjonowanego odpadowego polistyrenu w rozpuszczalniku organicznym, oddzieleniu nierozpuszczalnych zanieczyszczeń a następnie dodaniu nierozpuszczalnika i oddzielenie wytrąconego polistyrenu, polega na tym, że do roztworu polistyrenu w rozpuszczalniku, po oddzieleniu zanieczyszczeń, dodaje się wodny roztwór środka alkalicznego w ilości 0,1%-2,0% wagowych w stosunku do ilości polistyrenu w przeliczeniu na czysty środek alkaliczny, całość ogrzewa się w temperaturze wrzenia mieszaniny przez kilka godzin przy ewentualnym mieszaniu, następnie wyłącza się grzanie a po rozdzieleniu faz organicznej i wodnej fazy te oddziela się, fazę organiczną neutralizuje się i następnie po ewentualnym wstępnym usunięciu przez destylację części rozpuszczalnika dodaje się wodę podczas ogrzewania i destylacji pozostałej części rozpuszczalnika aż do jego usunięcia a powstałą zawiesinę surowca w wodzie studzi się i rozdziela.

Roztwór polistyrenu w rozpuszczalniku po oddzieleniu zanieczyszczeń a przed dodaniem wo dnego roztworu środka alkalicznego korzystnie podgrzewa się do temperatury 35°C-40°C.

Jako środek alkaliczny korzystnie stosuje się wodorotlenek sodu lub węglan sodu.

Fazę organiczną po oddzieleniu od fazy wodnej można kilkukrotnie płukać wodą.

Do neutralizacji fazy organicznej korzystnie stosuje się dwutlenek węgla lub organiczne kwasy karboksylowe, szczególnie kwas szczawiowy lub cytrynowy.

Do neutralizacji fazy organicznej można również stosować kationity.

Otrzymany surowiec opcjonalnie suszy się lub pozostawia w magazynie do samoczynnego suszenia.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat instalacji, w której zarówno etap alkalizowania jak i neutralizacji prowadzony jest w jednym aparacie a Fig. 2 przedstawia schemat instalacji, w której neutralizację prowadzi się za pomocą kationitu.

P r z y k ł a d 1

Zastosowano aparaturę przedstawioną na rysunku Fig. 1.

Składała się ona z ekstraktora 1 mającego postać uniwersalnego stalowego aparatu o pojemności 12000 I zaopatrzonego w mieszadło, układ destylacyjny 1a i płaszcz grzejno-chłodzący 1b. Pod ekstraktorem 1 umieszczono filtr 2 zaopatrzony w odcinany zaworem układ destylacyjny 2a oraz płaszcz grzejno-chłodzący 2b. Wewnątrz filtra 2 pod pokrywą umieszczono worek 2c gromadzący zanieczyszczenia. W pokrywie znajdowały się zawory i króćce do podawania rozpuszczalnika oraz wody poprzez dozownik 8. W dnie filtra 2 znajdował się zawór spustowy połączony przewodem z pompą 3 i poprzez zawór 4 przy zamkniętym zaworze 5 podający roztwór polistyrenu do reaktora 6. Reaktor 6 identyczny jak ekstraktor 1 zaopatrzony był w mieszadło, układ destylacyjny 6a i płaszcz grzejno-chłodzący 6b. W reaktorze 6 poddawano roztwór polistyrenu działaniu wodnego roztworu alkalii odprowadzanego po użyciu przez rozdzielacz 9, oraz usuwano rozpuszczalnik i poddawano działaniu wodnego roztworu dwutlenku węgla. Otrzymaną w reaktorze 6 zawiesinę przetłaczano do separatora 7 w postaci filtra workowego zawieszonego nad basenem 7a gromadzącym filtrat wodny. Po usunięciu w całości zwilżającej polistyren wody otrzymywano czysty produkt. Nierozpuszczalne zanieczyszczenia zatrzymane

PL 231 669 B1 w filtrze 2 przemywano przy zamkniętym zaworze łączącym go z ekstraktorem 1 czystym rozpuszczalnikiem który następnie tłoczono pompą 3 poprzez zawór 5 przy zamkniętym zaworze 4 do ekstraktora 1 wykorzystywano do następnej szarży polistyrenu.

Wykonanie

Przygotowano 20 ton poużytkowego styropianu o składzie polistyren 93,0% wagowych, zanieczyszczenia: mechaniczne 6,0% wagowych, tłuszcze i białka 0,80% wagowych i woda 0,2% wagowych.

Jako rozpuszczalnika użyto toluenu, do alkalizowania użyto roztwór wodorotlenku sodowego a jako kwas użyto dwutlenek węgla.

W ekstraktorze 1 znajdowało się 4200 kg toluenu pozostałego po przepłukaniu filtra 2 z szarży poprzedniej. Załadowano do niego jeszcze 1720,4 kg styropianu, zamknięto właz i ostrożnie uruchomiono mieszadło a następnie ogrzewanie. Gdy temperatura w aparacie przekroczyła 35°C ogrzewanie wyłączono nie wyłączając mieszania. Przygotowano filtr 2 do pracy. Następnie zamknięto zawór spustowy reaktora 6, otwarto zawór 4 a zamknięto zawór 5 i otwarto zawory spustowe ekstraktora 1 i filtra po czym włączono pompę 3. Po zakończeniu filtracji do reaktora 6 załadowano roztwór 6 kg wodorotlenku sodowego w 200 I wody i włączono mieszanie oraz ogrzewanie. Zawartość reaktora doprowadzono do wrzenia i utrzymano w tej temperaturze 2 godziny po czym wyłączono ogrzewanie a następnie mieszanie. Po pół godzinie usunięto dolną fazę wodną przez rozdzielacz 9 a następnie wykonano płukanie 200 kg czystej wody poprzez mieszanie w czasie 15 minut i odstawanie w czasie 30 minut. Usunięto fazę wodną przez rozdzielacz 9. Włączono ogrzewanie i mieszanie reaktora 6 i załadowano doń 1400 kg wody. W międzyczasie, przy zamkniętym zaworze spustowym ekstraktora 1, przepłukano filtr 2 toluenem w ilości 4200 kg, który poprzez pompę 3 przy zamkniętym zaworze 4 a otwartym 5 załadowano do ekstraktora 1 po czym włączono ogrzewanie filtra 2 otwierając zawór odprowadzający opary rozpuszczalnika do układu skraplającego. Gdy temperatura filtra 2 przekroczyła 120°C poprzez dozownik 8 wprowadzono do filtra 2 1 kg wody której opary usunęły resztki toluenu a następnie włączono studzenie filtra 2. Gdy temperatura obniżyła się do 35°C filtr 2 rozmontowano usuwając zanieczyszczenia z worka 2c w nim się znajdującego po czym ponownie go zmontowano. Gdy w reaktorze 6 przekroczono punkt wrzenia w rozdzielaczu układu destylacyjnego 6a pojawił się destylat składający się z wody, którą zawracano do reaktora 6 i toluenu, który odbierano. Po odebraniu każdych 200 kg toluenu ładowano tyle samo wody aż załadowano w ten sposób 2000 kg wody i potem odbierano tylko toluen aż do zakończenia jego destylacji po czym odebrano jeszcze 200 kg wody celem usunięcia resztek toluenu a następnie wyłączono ogrzewanie i wyssano z reaktora 6 powietrze a zastąpiono je dwutlenkiem węgla. Przy otwartym zaworze odpowietrzającym podawano dalej dwutlenek węgla w tempie 100-300 l/min przez 30 min rurą służącą do ładowania roztworów i płukań. Następnie wyłączono studzenie, zamknięto zawór odpowietrzający, wytworzono w reaktorze 6 nadciśnienie 0,07 MPa i utrzymano je. Gdy temperatura w aparacie opadła do 40°C otwarto zawór spustowy reaktora 6 i przetłoczono znajdującą się w nim zawiesinę do separatora 7, po czym wyłączono mieszanie i zamknięto dopływ dwutlenku węgla. Przesącz, czyli woda z separatora 7, nadawał się do ponownego użycia w reaktorze 6 a zawarty w worku separatora 7 osad polistyrenu suszono. Uzyskano 1600 kg polistyrenu i 103,2 kg osadu z filtra 2. Osad ten zawierał głównie papiery, polietylen, polipropylen i piasek.

Tak uzyskany granulat polistyrenu rozdrobniono, umieszczono w zamkniętym naczyniu i wstrząsano wielokrotnie. Działania te miały na celu przybliżenie się do warunków użytkowania wyrobów z wtórnego polistyrenu. Stwierdzono, że z rozdrobnionego materiału nie wydobywa się nieprzyjemny zapach.

P r z y k ł a d 2. Zastosowano aparaturę i sposób postępowania opisany w przykładzie 1, przy czym jako rozpuszczalnik użyto 1,2-dwuchloroetan. Do alkalizacji użyto roztworu wodnego zawierającego 16 kg węglanu sodowego a do neutralizacji stosowano roztwór kwasu szczawiowego i dodatkowo przez reaktor 6 przepuszczano sprężone powietrze.

Uzyskano 1600 kg polistyrenu i 103,2 osadu z filtra 2.

Tak uzyskany granulat polistyrenu rozdrobniono, umieszczono w zamkniętym naczyniu i wstrząsano wielokrotnie. Działania te miały na celu przybliżenie się do warunków użytkowania wyrobów z wtórnego polistyrenu. Stwierdzono, że z rozdrobnionego materiału nie wydobywa się nieprzyjemny zapach.

P r z y k ł a d 3. Zastosowano aparaturę przedstawioną na rysunku Fig. 2. Aparatura w stosunku do przykładu 1 uzupełniona była dwoma dodatkowymi aparatami umieszczonymi pomiędzy reaktorem 6 i separatorem 7. Aparaty te to kolumna jonitowa 10 zawierająca kationit, przez którą tłoczono roztwór z reaktora 6 do odparowalnika 11, w którym dodawano wodę. Następnie przetłaczano otrzymaną zawiesinę do separatora 7 i postępowano jak w przykładzie 1.

PL 231 669 B1

Jako surowca użyto odpadowego styropianu o składzie: polistyren 88% wagowych, tłuszcze i białka 1% wagowy, woda 0,3% wagowych, zanieczyszczenia nierozpuszczalne 10,7% wagowych.

Jako rozpuszczalnika użyto ksylenu a dwutlenek węgla zastąpiono kationitom a ponadto przez reaktor 6 przepuszczano azot.

Wykonanie

W ekstraktorze 1 znajdowało się 4200 kg ksylenu pozostałego po przepłukaniu filtra 2 z szarży poprzedniej, do którego załadowano 1720,5 kg styropianu i postępowano jak w przykładzie 1. Roztwór w reaktorze 6 poddawano działaniu wodorotlenku sodu a następnie płukano 200 kg wody. Po usunięciu wody z tego płukania poprzez rozdzielacz 9 otrzymany roztwór przetłoczono poprzez wymiennik jonitowy 10 do odparowalnika 11, w którym usuwano rozpuszczalnik zastępując go wodą metodą opisaną w przykładzie 1. Po wystudzeniu otrzymanej zawiesiny polistyrenu przetłaczano ją z odparowalnika 11 do separatora 7 azotem. Uzyskano 1514 kg polistyrenu i 184,1 kg nierozpuszczalnych zanieczyszczeń.

Tak uzyskany granulat polistyrenu rozdrobniono, umieszczono w zamkniętym naczyniu i wstrząsano wielokrotnie. Działania te miały na celu przybliżenie się do warunków użytkowania wyrobów z wtórnego polistyrenu. Stwierdzono, że z rozdrobnionego materiału nie wydobywa się nieprzyjemny zapach.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (1)

1. Sposób recyklingu odpadowych materiałów termoizolacyjnych, polegający na rozpuszczeniu wyselekcjonowanego odpadu w rozpuszczalniku organicznym, oddzieleniu nierozpuszczalnych zanieczyszczeń a następnie dodaniu nierozpuszczalnika i oddzielenie wytrąconego surowca, znamienny tym, że do roztworu wyselekcjonowanego odpadu w rozpuszczalniku, po oddzieleniu zanieczyszczeń, dodaje się wodny roztwór środka alkalicznego w ilości 0,1-2,0% wagowych w stosunku do ilości odpadu w przeliczeniu na czysty środek alkaliczny, całość ogrzewa się w temperaturze wrzenia mieszaniny przez kilka godzin przy ewentualnym mieszaniu, następnie wyłącza się grzanie a po rozdzieleniu faz organicznej i wodnej fazy te oddziela się, fazę organiczną neutralizuje się i następnie po ewentualnym wstępnym usunięciu przez destylację części rozpuszczalnika dodaje się wodę podczas ogrzewania i destylacji pozostałej części rozpuszczalnika aż do jego usunięcia a powstałą zawiesinę surowca w wodzie studzi się i rozdziela.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór polistyrenu w rozpuszczalniku po oddzieleniu zanieczyszczeń a przed dodaniem wodnego roztworu środka alkalicznego podgrzewa się do temperatury 35°C-40°C.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek alkaliczny stosuje się wodorotlenek sodu.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek alkaliczny stosuje się węglan sodu. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fazę organiczną po oddzieleniu od fazy wodnej kilkukrotnie płucze się wodą.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do neutralizacji fazy organicznej stosuje się dwutlenek węgla.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do neutralizacji fazy organicznej stosuje się organiczne kwasy karboksylowe.

   Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że jako organiczne kwasy karboksylowe stosuje się kwas szczawiowy lub cytrynowy.

   Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że do neutralizacji fazy organicznej stosuje się kationit.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymany surowiec suszy się.