WO2014072483A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von polymeren - Google Patents

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inhomogeneous
monomer liquid
solvent
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Dirk Karasiak
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Aquafil Engineering GmbH
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
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Definitions

  • the present invention relates to a continuous process for the treatment, in particular depolymerization of an inhomogeneous polymer mixture according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out such a process according to claim 16.
  • Polymer waste which is produced during the production process of threads, fibers, films, bottles, etc., or in the polymer production itself, has long been used in industry. Here, however, care is taken to ensure that the waste is kept as pure as possible and not contaminated. However, the share of this clean waste in the total volume of waste is relatively small.
  • post-consumer waste ie the waste that is generated after use by the consumer, can be heavily polluted and has been deposited in large quantities in landfills or in landfills. This approach does not use large amounts of raw materials and resources.
  • polyamide nylon 6
  • the molecules are split in a batch process under high pressure using superheated steam and acid. Subsequently, the resulting contaminated caprolactam is a subjected to extensive purification until it can be used again for the production of polyamide.
  • the waste polymer is typically recovered in batch processes, e.g. degraded or depolymerized to the monomer bis (hydroxyethyl) terephthalate (BHET) and other monomers and oligomers.
  • BHET hydroxyethyl terephthalate
  • a disadvantage of the previously used batch processes is the relatively long residence time of the monomer solution under the batch conditions, which leads to an undesired discoloration of the monomer solution and to an increase in the DEG content (diethylene glycol).
  • the long residence time in a batch reactor is primarily due to the different polymer thickness and / or size; the greater the polymer particles, the longer the dissolution or depolymerization time is necessary.
  • a continuous process for the treatment of inhomogeneous polymer mixtures is claimed.
  • the inhomogeneity may relate in particular to the particle size and / or particle thickness.
  • the treatment comprises in particular a depolymerization and / or solution of a polymer mixture to form a monomer liquid consisting essentially of a monomer.
  • the monomer liquid includes i.a. at least one monomer, at least one solvent and / or at least one reactant.
  • the monomer liquid may also contain oligomers and / or polymers.
  • the method comprises the following steps:
  • the heterogeneous polymer mixture mixed with the reactant or solvent into at least one vertical or horizontal reactor having at least one reactor inlet and at least one reactor outlet, and continuously depolymerizing and / or dissolving the inhomogeneous polymer mixture to the monomer liquid in the at least one vertical or horizontal reactor the particle size and / or particle thickness of the inhomogeneous polymer mixture is continuously reduced along the length of the reactor from the reactor inlet to the reactor outlet, in particular by depolymerization.
  • the present method thus causes the formation of a gradient along the reactor, which is determined by particle thickness and / or particle size and chain length of the polymer mixture.
  • Small and thin polymer particles are depolymerized immediately after entering the depolymerization reactor and the monomer liquid formed is removed from the reactor without prolonged and unnecessary residence time.
  • large and thick particles require a longer depolymerization time or dissolution time and thus have to last longer in the reactor until complete depolymerization or solution remain.
  • the large and thick particles are therefore retained in the region of the reactor which is closest to the reactor inlet or inlet, for example by suitable means until they are sufficiently liquid.
  • the monomer liquid formed is passed to the reactor outlet and discharged from the reactor at the reactor outlet.
  • particles having a small particle size and / or a small particle thickness of the inhomogeneous polymer mixture are depolymerized and / or dissolved immediately after entering the reactor and the monomer liquid formed is led to the reactor outlet and discharged from the reactor at the reactor outlet, and particles of large particle size and / or particle thickness of the inhomogeneous polymer mixture after entry into the reactor while dwell in the reactor until these particles of the polymer mixture are completely depolymerized and / or dissolved.
  • reaction zones can be formed by suitable internals by which the coarser polymer material (large and thick or insoluble or non-polymerizable particles) is retained, but by which at the same time the monomer liquid formed can flow out of the reaction zones. It would be conceivable, e.g. perforated plates or the like. It can also be provided that such holes in the plates at the reactor inlet have a larger diameter than at the reactor end. Accordingly, very large and thick particles could be retained at the reactor inlet, while smaller and thinner particles are retained in the direction of the reactor outlet.
  • the not yet completely liquefied, depolymerized particles of decreasing size migrate in the direction of the reactor outlet; As the process progresses, the smaller and thinner polymer particles pass from one reaction zone to the next reaction zone.
  • the present process is carried out in a vertical or horizontal reactor.
  • the inhomogeneous polymer mixture may be provided in one embodiment for the inhomogeneous polymer mixture to have at least one vertical reactor in this at least two reaction zones, each having at least one mixing device, is introduced, wherein the inhomogeneous polymer mixture flows through the reactor from top to bottom, and wherein the polymer is dissolved or depolymerized accordingly.
  • the use of a vertical reactor having at least two reaction zones, through which the polymer flows from top to bottom, enables the polymer to be dissolved already in the upper reactor region.
  • the inhomogeneous polymer mixture is introduced into this at least one vertical reactor, wherein the inhomogeneous polymer mixture flows through the reactor from bottom to top, and wherein the polymer is correspondingly dissolved and depolymerized.
  • the polymer mixture in this second process variant in the case of a vertical reactor, can be introduced into the reactor in various ways from below.
  • the polymer mixture can be supplied from the outside at the lower end of the reactor.
  • the gradient formation takes place along the reactor from bottom to top.
  • this horizontal reactor preferably has a mixing and / or conveying device, for example a screw conveyor, which is provided along the longitudinal axis of the reactor in its interior.
  • the inhomogeneous polymer mixture is introduced into these at least one horizontal reactor in such a way that the inhomogeneous polymer mixture is introduced into the horizontal reactor, for example against the conveyor screw working against the flow direction, and the monomer liquid is discharged at the reactor end.
  • Such a horizontal reactor has a plurality of reaction zones, but at least two reaction zones, which are formed for example by the mixing and / or screw conveyor.
  • the threads of the mixing and / or screw conveyor are provided with holes.
  • the holes are made larger at the reactor inlet than at the reactor outlet.
  • the inhomogeneous polymer mixture to be treated is in particular a waste polymer mixture, and preferably a colored polymer mixture of industrial and / or consumer waste.
  • Typical polyesters are e.g. Polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN) or polycarbonates (PC).
  • PET is degraded.
  • PET is degraded.
  • typical polyamides reference is made by way of example to the polyamides 6, 6.6 or 6.1 0. It is also conceivable that oligomers and monomers are also treated by means of this process.
  • the polymer is e.g. a waste polymer thus preferably introduced continuously into a single- or multi-stage reactor, the polymer preferably being as pure as possible. Frequently described problems with PVC can be separated without problems in the process and reactor.
  • the polymer is comminuted to an inhomogeneous polymer mixture prior to introduction into the reactor.
  • the inhomogeneous polymer mixture can be any suitable polymer mixture.
  • Polymer particles having a size in particular a mean size in a range between 30 mm and 1 mm, preferably between 15 mm and 3 mm.
  • the mean particle size for example, from film waste between 5 ⁇ and 1 mm, in particular between 1 0 ⁇ and 0.5 mm.
  • the inhomogeneous polymer mixture may be contacted or mixed with at least one reactant or with at least one solvent before being fed into the reactor.
  • the reactant or solvent (liquid) for depolymerizing or dissolving the inhomogeneous polymer mixture may be added both in excess and in excess. However, it is preferably added in excess to make the recovery or purification of the liquid simple and inexpensive, and not to over dilute the monomer liquid.
  • the inhomogeneous polymer mixture is continuously degraded or depolymerized in the reactor substantially to the monomer.
  • essentially means that the monomer liquid consists predominantly of a monomer.
  • oligomers having a chain length of less than 50 may be included in the monomer liquid after the depolymerization process.
  • the monomer liquid contains over 90% by weight of the monomer bis (hydroxyethyl) terephthalate (BHET).
  • the dissolution process has a positive effect on the depolymerization time, it can basically be taken over by the novel continuously operated depolymerization reactor.
  • the process conditions can be adjusted according to the different quality and viscosity of the raw waste.
  • the reactor has at least two reaction zones, wherein in
  • a mixing device is arranged in each of the reaction zones.
  • the mixing device may be, for example, a stirrer or a screw.
  • the mixing device is designed in the form of a mixing nozzle, wherein the mixing is then carried out so that at least a portion of the monomer solution leaving the reactor in the individual reaction zones in the form is returned by partial streams.
  • Each of the individual reaction zones can preferably be controlled separately.
  • the depolymerization of the inhomogeneous polymer mixtures is preferably carried out at temperatures between 50 ° C. to 350 ° C., in particular between 180 ° C. and 240 ° C., and pressures between 0.5 bar and 10 bar absolute, in particular between 0, 8 bar and 6 bar absolute, eg 5 bar absolute performed.
  • the heating takes place via a arranged in the reactor and / or au ßerraum the reactor heating.
  • the average residence time of the polymer mixture, in particular of the monomer liquid formed, in the reactor is 30 to 120 min.
  • the residence time depends in particular on the polymer material used and the particle size, as stated above.
  • the monomer liquid may be supplied to a device for separating insoluble matter or substances, for example a filter device.
  • a device for separating insoluble matter or substances for example a filter device.
  • the devices used for this purpose are familiar to the expert. This device or device can be arranged in the side stream of the reactor.
  • the monomer liquid leaving the reactor is introduced into at least one decolorizing reactor for decolorizing the monomer liquid. It is conceivable that the monomer liquid leaving the reactor is first freed of insoluble substances before this monomer liquid enters the decolorizing reactor.
  • the decolorization is carried out by an additive or decolorizing agent in a decolorizing reactor.
  • the decolorizing additives / decolorizing agents are selected from the group consisting of activated carbon, activated clay minerals such as clay, bentonite, montmorillonite,
  • the additives / decolorizing agents may vary in composition and type depending on the type of polymer to be recycled.
  • the additives and / or decolorizing agents are preferably present as a stationary phase, for example in the form of a membrane in the decolorizing reactor.
  • a decisive advantage of the new process is that a complicated separation of the active decolorizing agents by filtration, as described in other methods, is not required.
  • the reactant or the solvent is separated from the monomer liquid in a separation device, in particular in a device for thickening and / or concentrating. In this case, the reactant or the solvent can be separated from the monomer liquid, for example by evaporation in an evaporation apparatus.
  • the evaporation or separation of the monomer liquid takes place here at pressures and temperatures which are matched to the reactant or the solvent used.
  • the monomer liquid concentrated in the separator may then be fed to at least one polymerizer for producing a monomer-based polymer.
  • the present process allows continuous provision of a monomer for a subsequent re-polymerization reaction.
  • the monomer liquid is introduced in non-concentrated form into at least one polymerization apparatus for producing a monomer-based polymer. Accordingly, therefore, the monomer liquid can also be used directly for the polymerization without the need for further cost-intensive work-up steps.
  • the flow leaving the decolorization reactor is divided between monomer liquid, with a first part being fed directly into the polymerization device and the other, second part first being fed to the separation device and concentrated.
  • Monomer liquid can then also be fed to the polymerization device.
  • the present method it is provided to consolidate the non-concentrated and / or concentrated monomer liquid in at least one further device or device.
  • the solidification of the monomer liquid can for example be done on a chill roll or on a cooling belt to dandruff or differently shaped particles.
  • the solidified product may be finally packaged and stored and later used for polymer production. It is preferred if the at least one reactant or solvent separated off in the separation apparatus is recycled or recycled for producing a mixture with the in particular comminuted, inhomogeneous polymer mixture.
  • the present method enables continuous and ecological driving because the fluid carrier is reused.
  • reactant or solvent separated in the vaporizer before being recycled in at least one reactant or solvent treatment e.g. is treated by distillation.
  • the present continuous process can be carried out in a device having the features of claim 16, which comprises at least one vertical or horizontal reactor for depolymerization or dissolution of an inhomogeneous polymer mixture and having at least one reaction zone.
  • the reactor has at least one mixing and / or a conveyor.
  • the at least one reaction zone may comprise a screw or be formed by a screw.
  • the vertical reactor may have at least two reaction zones, wherein in each reaction zone at least one agitator is provided.
  • the agitator can be a screw. In the event that the flow of the monomer liquid is from the bottom up, a reaction zone may be sufficient. An agitator is then u.U. not mandatory.
  • the screw can advantageously be provided with holes, wherein the size of the holes increases in the direction of the inlet end of the reactor.
  • the polymer parts are e.g. From Kunststoffstof fabfall still be relatively large, so that they are stopped from a certain distance from the inlet through sufficiently small holes, so that an efficient depolymerization take place.
  • the reactor is arranged horizontally, has a round cross-section and the screw is eccentric to the reactor.
  • the eccentric design allows the formation of a gas space, which allows the removal of resulting vapors.
  • the device may advantageously comprise means for separating insoluble substances. The separation of insoluble substances can be carried out in the reactor and / or by a filter device downstream of the reactor. It is also possible to provide at least one downstream decolorization reactor for decolorizing the monomer liquid.
  • the device may advantageously comprise a downstream solidification device for the decolored monomer liquid.
  • the device for solidifying the monomer may comprise a cooling roll or a cooling belt.
  • At least one separating device in particular for thickening and / or concentrating, is provided for at least partial removal of the reactant or solvent from the monomer liquid.
  • the reactant or the solvent is removed from the dye-free monomer liquid leaving the decolorization reactor and the monomer liquid is concentrated.
  • the present device has at least one apparatus for processing the reactant or solvent removed at least partially in the evaporation apparatus and / or the reactor, in particular the deammerization reactor.
  • the treated liquid carrier (reactant or solvent) is then recycled directly or indirectly from the reactant or solvent treatment device to the reactor feed. It is also conceivable that the liquid carrier (reactant or solvent) is recycled directly without treatment by the separator. In any case, complete recycling of the reactant or solvent used is possible.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a device for carrying out a first variant of the method according to the invention.
  • a polymer preferably a waste polymer, first in an inhomogeneous polymer mixture having a particle size smaller than 30 mm in a corresponding grinding device (not shown) comminuted and fed via a feeder 1 in a feeder 2, in which the inhomogeneous polymer mixture with a suitable reactant or solvent such as Ethylene glycol is mixed.
  • a suitable reactant or solvent such as Ethylene glycol
  • the mixture of polymer mixture and reactant or solvent is then fed into a vertical reactor, in particular a depolymerization reactor 3 with a plurality of reaction zones via the feed device 2.
  • the depolymerization reactor 3 has an agitator which extends along the entire reactor length. The mixture flows from top to bottom through the depolymerization reactor.
  • the degradation of the waste polymer takes place at a temperature in a range between ⁇ ' ⁇ and 350 ° C and a pressure in a range between 0.5 bar to 5 bar.
  • the heating takes place via an internal and au dode suitable heating, for example 3B. That in the reactor Monomer formed consisting of pure BHET, oligomers and reactant is discharged at the lower end of the vertical reactor 3.
  • the monomer liquid leaving the reactor 3 is subsequently split into a first stream and a second stream, the first stream being recycled in the form of partial streams into the reaction zones of the reactor 3 and the second stream being fed to a solids removal means 5.
  • the monomer liquid is introduced into a decolorization reactor 6 in which the dyes are removed from the monomer liquid by activated additives / decolorizing agents such as carbon or clay.
  • the decolorization reactor 6 now abandoned dye-free monomer liquid is again divided into two streams, a first part of the dye-free monomer liquid is introduced directly into a polymerization reactor 10 for polymer production and introduced a further partial stream in an evaporation or concentration device 7 for the separation of the reactant or solvent becomes.
  • the dye-free monomer liquid concentrated in the evaporator 7 is then either fed to the polymerisation polymerization reactor 10 and / or fed to a cooling device 8, such as a refrigerator. introduced a chill roll or cooling belt for solidification.
  • the solidified product can then be suitably packaged in a packaging device 9.
  • the reactant or solvent removed in the vaporizer 7 is removed in a processor 1 1 for further purification steps, e.g. subjected by distillation or the like, and then recycled immediately or after intermediate storage of the feeder 2 and mixed here with the polymer waste.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the method according to the invention, which differs from the first embodiment of Figure 1 with respect to the operation of the reactor 3.
  • the comminuted waste polymer is first mixed with a reactant or solvent in a feeder 2.
  • the mixture is then first introduced into a mixing vessel 2A, in which a better mixing of shredded waste polymer and reactant or solvent is achieved.
  • This mixture leaves the mixing container 2A and is introduced via a suitable line into the lower region of the depolymerization reactor 3, which in this embodiment has no agitator.
  • the mixture accordingly enters from the line at its lower opening directly into the lower reaction zone of the reactor 3 and flows from bottom to top through the depolymerization reactor.
  • the degradation or depolymerization of the waste polymer is also carried out here at elevated temperature.
  • the heating takes place via an internal and au dode suitable heating, for example 3B.
  • the residues which are deposited in the reactor during the depolymerization are removed at the lower end of the depolymerization reactor 3 via a device 3A for emptying the residues. This has the advantage that even in the reactor unwanted coarse solids are separated from the monomer solution.
  • the monomer liquid formed is removed at the upper end of the depolymerization reactor 3 and further processed as described for FIG.
  • the third embodiment of FIG. 3 differs from the second embodiment of FIG. 2 only in the manner of feeding the mixture of waste polymer and reactant or solvent into the depolymerization reactor 3.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device and a method in which the reactor 3 is not formed vertically, as shown in the embodiments of FIGS. 1 to 3, but horizontally. In principle, therefore, reference may be made to the descriptions of the above embodiments.
  • a screw 12 is provided as a mixing and / or conveying device.
  • the worm 12 may be arranged concentrically, as shown in Fig. 4, or eccentrically.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Behandlung, insbesondere Depolymerisation und / oder Lösung eines insbesondere bezüglich der Partikelgröße und / oder Partikeldicke inhomogenen Polymergemisches unter Ausbildung einer im Wesentlichen aus einem Monomer bestehenden Monomerflüssigkeit umfassend die Schritte a) Einführen des inhomogenen Polymergemisches in mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor (3) mit mindestens einem Reaktoreinlass und mindestens einem Reaktorauslass, und / oder b) Vermischen des inhomogenen Polymergemisches mit mindestens einem Reaktant oder Lösungsmittel; und c) Einführen des mit dem Reaktant oder Lösungsmittel vermischten inhomogenen Polymergemisches in mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor (3) mit mindestens einem Reaktoreinlass und mindestens einem Reaktorauslass, und d) kontinuierliche Depolymerisation und / oder Lösung des inhomogenen Polymergemisches zu der Monomerflüssigkeit in dem mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor (3), wobei sich die Partikelgröße und / oder Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches entlang der Länge des Reaktors (3) von Reaktoreinlass zum Reaktorauslass insbesondere durch Depolymerisation kontinuierlich verringert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Polymeren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Behandlung, insbesondere Depolymerisation eines inhomogenen Polymergemisches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung solch eines Verfahrens gemäß Anspruch 16.
Beschreibung Polymerabfälle, welche beim Herstellungsprozess von Fäden, Fasern, Filmen, Flaschen etc. oder bei der Polymerherstellung selbst anfallen, werden schon seit Langem in der Industrie verarbeitet. Hierbei wird jedoch darauf geachtet, dass der Abfall möglichst rein gehalten und nicht verunreinigt wird. Der Anteil dieses sauberen Abfalls am Gesamtaufkommen des Abfalls ist jedoch relativ gering.
Der größere Anteil ist der sogenannte post-consumer Abfall, also der Abfall, der nach Verwendung beim Verbraucher anfällt, erheblich verschmutzt sein kann und bisher in großen Mengen auf Deponien oder in Landauffüllungen abgelagert wird. Durch diese Vorgehensweise werden große Rohstoffmengen und Ressourcen nicht genutzt.
In den bisher bekannten Verfahren zur Aufarbeitung von Polymerabfällen erfolgt z.B. die Rückgewinnung von Polyester, hergestellt aus einer Dicarbonsäure und einem Diol, durch diskontinuierliche oder halbkontinuierliche Verfahren. Hierzu müssen Fremdstoffe wie andere Polymere, Papier, Klebstoffe, Schmutz etc. aus Abfallstoff entfernt werden.
Die Entfernung von Farbstoffen aus Polymerabfällen erfolgt bisher gar nicht oder nur äu ßerst begrenzt. Aus diesem Grund wird der Abfall vorsortiert und farbliche Abfälle werden einer gesonderten Verwendung zugeführt bzw. werden erneut in den Abfall gegeben. Ein weiterer Teil der nicht farbigen post-consumer Abfälle wird in Waschanlagen von Fremdstoffen befreit und in meist mechanischen Anlagen, z.B. Extrudern, einer neuen, meist down-recycelten Verwendung zugeführt.
Bei Abfällen aus Polyamid (Nylon 6), werden die Moleküle in einem diskontinuierlichen Prozess unter hohem Druck und Verwendung von überhitztem Wasserdampf und Säure aufgespalten. Anschließend wird das erhaltene verunreinigte Caprolactam einer aufwendigen Reinigung unterzogen, bis es erneut für die Herstellung von Polyamid eingesetzt werden kann.
Aufgrund der diskontinuierlichen bzw. halbkontinuierlichen Recycling-Verfahren sind deren Leistungen beschränkt und für den Einsatz bei gro ßen Abfallmengen, welche z.B. im Bereich von Polyester-Flaschen anfallen, unwirtschaftlich.
Bei Polyesterabfällen wird das Abfall-Polymer typischerweise in Batch- Verfahren z.B. zu dem Monomer Bis(hydroxyethyl)terephthalat (BHET) und weiteren Monomeren und Oligomeren abgebaut bzw. depolymerisiert. Ein Nachteil bei den bisher verwendeten Batch- Verfahren ist die relativ lange Verweildauer der Monomer-Lösung unter den Batch-Bedingungen, die zu einer unerwünschten Verfärbung der Monomer-Lösung und zur Erhöhung des DEG Gehaltes (Diethylenglykol) führt. Die lange Verweildauer in einem Batch-Reaktor ist in erster Linie durch die unterschiedlichen Polymerdicke und / oder -gro ße bedingt; je grö ßer die Polymerpartikel desto längere Löse- bzw. Depolymerisationszeit ist notwendig. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass bereits vorhandene Monomere in einem Batch-Reaktor den hohen Depolymerisationstemperaturen ausgesetzt sind, und es dabei zur Bildung von unerwünschten Nebenprodukten z.B. Verfärbungen und DEG kommt, die aufwendig entfernt werden müssen oder unerwünscht sind. Dies ist mit hohen Kosten verbunden.
Au ßerdem führt das bisherige diskontinuierliche oder halbkontinuierliche Recycling zu starken Qualitätsschwankungen und erfordert gro ße Lagerkapazitäten für die rückgewonnenen Stoffe. Deshalb gibt es auf diesem Gebiet auch Erfindungen zur Reinigung des hergestellten Monomers (EP1 51 0514). Grundsätzlich wurden jedoch eher prozentuale Begrenzungen für die Verwendung des recycelten Oligomers/Monomers bei 30% bis zu 50% eingeführt, um Qualitätsschwankungen im Polymerisations-/Polykondensationsprozesse durch Zugabe von Recyclingmaterial zu vermeiden.
Aufgrund der bisher nur unzureichenden Behandlung und Aufarbeitung von Polymeren, insbesondere von Polymerabfällen bestand daher die Aufgabe, Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, die die Nachteile der bekannten Verfahren vermeiden und zugleich kosteneffektiv durchführbar sind.
Diese Aufgabe wird mit einem kontinuierlichen Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 16 gelöst. Demnach wird ein kontinuierliches Verfahren zur Behandlung von inhomogenen Polymergemischen beansprucht. Die Inhomogenität kann sich insbesondere auf die Partikelgröße und / oder Partikeldicke beziehen. Die Behandlung umfasst insbesondere eine Depolymerisation und / oder Lösung eines Polymergemisches unter Ausbildung einer im Wesentlichen aus einem Monomer bestehenden Monomerflüssigkeit.
Die Monomerflüssigkeit beinhaltet u.a. mindestens ein Monomer, mindestens ein Lösungsmittel und / oder mindestens einen Reaktanten. Die Monomerflüssigkeit kann auch Oligomere und / oder Polymere enthalten.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Einführen des inhomogenen Polymergemisches in mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor mit mindestens einem Reaktoreinlass und mindestens einem Reaktorauslass, und / oder
Vermischen des inhomogenen Polymergemisches mit mindestens einem Reaktant oder Lösungsmittel; und
Einführen des mit dem Reaktant oder Lösungsmittel vermischten inhomogenen Polymergemisches in mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor mit mindestens einem Reaktoreinlass und mindestens einem Reaktorauslass, und kontinuierliche Depolymerisation und / oder Lösung des inhomogenen Polymergemisches zu der Monomerflüssigkeit in dem mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor, wobei sich die Partikelgröße und / oder Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches entlang der Länge des Reaktors von Reaktoreinlass zum Reaktorauslass insbesondere durch Depolymerisation kontinuierlich verringert.
Das vorliegende Verfahren bewirkt somit die Ausbildung eines Gradienten entlang des Reaktors, der durch Partikeldicke und / oder Partikelgröße sowie Kettenlänge des Polymergemisches bestimmt wird. Kleine und dünne Polymerpartikel werden unmittelbar nach Eintritt in den Depolymerisationsreaktor depolymerisiert und die gebildete Monomerflüssigkeit wird ohne längere und unnötige Verweildauer aus dem Reaktor abgeführt. Große und dicke Partikel hingegen benötigen eine längere Depolymerisationszeit bzw. Lösezeit und müssen somit länger im Reaktor bis zu einer vollständigen Depolymerisation oder Lösung verbleiben. Die großen und dicken Partikel werden daher in dem Bereich des Reaktors, der dem Reaktoreingang bzw. Reaktoreinlass am nächsten liegt, z.B. durch geeignete Mittel solange zurückgehalten, bis diese in ausreichendem Maß flüssig sind. Die dabei gebildete Monomerflüssigkeit wird hin zum Reaktorauslass geführt und am Reaktorauslass aus dem Reaktor abgeführt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden Partikel mit geringer Partikelgröße und / oder geringer Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches nach Eintritt in den Reaktor sofort depolymerisiert und / oder gelöst und die gebildete Monomerflüssigkeit hin zum Reaktorauslass geführt und am Reaktorauslass aus dem Reaktor abgeführt, und wobei Partikel großer Partikelgröße und / oder Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches nach Eintritt in den Reaktor solange im Reaktor verweilen, bis diese Partikel des Polymergemisches vollständig depolymerisiert und / oder gelöst sind. In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist es möglich, dass sich innerhalb des Reaktors mindestens zwei Reaktionszonen herausbilden. Diese Reaktionszonen können durch geeignete Einbauten gebildet werden, durch welche das gröbere Polymermaterial (große und dicke oder nicht lösliche oder nicht polymerisierbare Partikel) zurückgehalten wird, aber durch welche gleichzeitig die gebildete Monomerflüssigkeit aus den Reaktionszonen abfließen kann. Vorstellbar wären z.B. mit Löchern versehene Platten oder ähnliches. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass derartige Löcher in den Platten am Reaktoreinlass einen größeren Durchmesser aufweisen als am Reaktorende. Am Reaktoreinlass könnten demnach sehr große und dicke Partikel zurückgehalten, während in Richtung Reaktorauslass kleinere und dünnere Partikel zurückgehalten werden. Da sich die Größe und Dicke der Partikel sich im Verlaufe des Prozesses ändert, insbesondere abnimmt, wandern die noch nicht vollständig verflüssigten, depolymerisierten Partikel mit abnehmender Größe in Richtung Reaktorauslass; mit fortschreitendem Prozess gelangen die kleiner und dünner werdenden Polymerpartikel von einer Reaktionszone in die nächste Reaktionszone.
Wie erwähnt, wird das vorliegende Verfahren in einem vertikalen oder horizontalen Reaktor durchgeführt.
Im Falle eines vertikalen Reaktors kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das inhomogene Polymergemisch in diesen mindestens einen vertikalen Reaktor, der über mindestens zwei Reaktionszonen mit jeweils mindestens einer Mischeinrichtung verfügt, eingeführt wird, wobei das inhomogene Polymergemisch den Reaktor von oben nach unten durchströmt, und wobei das Polymer entsprechend gelöst oder depolymerisiert wird. Die Verwendung eines vertikalen Reaktors mit mindestens zwei Reaktionszonen, der von dem Polymer von oben nach unten durchströmt wird, ermöglicht ein Anlösen des Polymers bereits im oberen Reaktorbereich.
Im Falle eines vertikalen Reaktors kann in einer weiteren Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass das inhomogene Polymergemisch in diesen mindestens einen vertikalen Reaktor eingeführt wird, wobei das inhomogene Polymergemisch den Reaktor von unten nach oben durchströmt, und wobei das Polymer entsprechend angelöst und depolymerisiert wird.
In dieser zweiten Verfahrensvariante im Falle eines vertikalen Reaktors kann das Polymergemisch in verschiedener Weise von unten in den Reaktor eingetragen werden. So kann das Polymergemisch am unteren Ende des Reaktors von außen zugeführt werden. Es ist aber auch denkbar, das Polymergemisch über eine Leitung in den Reaktorinnenraum einzuführen, so dass das Polymergemisch im unteren Bereich des Reaktorinnenraums aus der Leitung in denselbigen austritt. Im Falle dieser Ausführungsvariante, in welcher das Polymergemisch den Reaktor von unten nach oben durchströmt, erfolgt die Gradientenbildung entlang des Reaktors von unten nach oben. Hierbei ist nicht zwingend eine Ausbildung von Reaktionszonen erforderlich, vielmehr verweilen die größeren und dickeren Partikel des Polymergemisches aufgrund ihres größeren Gewichtes bzw. Masse im unteren Bereich des Reaktors und die Monomerflüssigkeit steigt im Reaktor nach oben (oder wird nach oben gefördert oder bewegt sich nach oben). Wird ein horizontaler Reaktor verwendet, so weist dieser horizontale Reaktor vorzugsweise eine Misch- und / oder Fördereinrichtung, z.B. eine Förderschnecke auf, die entlang der Längsachse des Reaktors in dessen Innenraum vorgesehen ist. In diesem Falle wird das inhomogene Polymergemisch in diesen mindestens einen horizontalen Reaktor so eingeführt, dass das inhomogene Polymergemisch in den horizontalen Reaktor z.B. entgegen die gegen die Strömungsrichtung arbeitende Förderschnecke eingeleitet wird und die Monomerflüssigkeit am Reaktorende abgeführt wird. Solch ein horizontaler Reaktor weist mehrere Reaktionszonen, jedoch mindestens zwei Reaktionszonen, auf, die z.B. durch die Misch- und / oder Förderschnecke ausgebildet werden. Die Gewindegänge der Misch- und / oder Förderschnecke sind mit Löchern versehen. Die Löcher sind am Reaktoreinlass größer ausgeführt als am Reaktorauslass. Hierdurch werden während der Drehung der Schnecke die größeren und dickeren Partikel, d.h. noch nicht depolymerisierte oder nicht gelöste Partikel, stetig in Richtung zum Reaktoreinlass befördert bzw. im Bereich des Reaktoreinlasses gehalten, während die durch die Depolymerisation oder Lösung gebildete Monomerflüssigkeit durch die immer kleiner werdenden Löcher in den Gewindegängen zum Reaktorauslass gelangt. Ein Beispiel für solch einen Reaktor ist in der DE 1 51 8908 beschrieben.
Das zu behandelnde inhomogene Polymergemisch (z.B. aus Polyestern oder Polyamiden) ist insbesondere ein Abfall-Polymergemisch, und bevorzugt ein farbiges Polymergemisch aus Industrie- und / oder Verbraucherabfällen. Typische Polyester sind z.B. Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polytrimethylenterephthalat (PTT), Polyethylennaphthalat (PEN) oder auch Polycarbonate (PC). Mit dem vorliegenden Verfahren wird bevorzugt PET abgebaut. Als typische Polyamide sei beispielhaft auf die Polyamide 6, 6.6 oder 6.1 0 hingewiesen. Es ist auch denkbar, dass mittels dieses Verfahrens auch Oligomere und Monomere behandelt werden.
In dem vorliegenden Verfahren wird das Polymer z.B. ein Abfall-Polymer somit bevorzugt kontinuierlich in einen ein- oder mehrstufigen Reaktor eingebracht, wobei das Polymer bevorzugt möglichst sortenrein ist. Häufig beschriebene Probleme mit PVC können ohne Probleme in dem Verfahren und Reaktor abgetrennt werden.
Der bisher beschriebene negative Effekt der Verfärbung bei zu hohen Temperaturen und langen Verweilzeiten im Depolymerisationsreaktor bei Verwendung von reinem ungefärbtem Polymerabfall entfällt, da das eingebrachte Polymer im Vergleich zu den bisherigen
Verfahren nicht nach Farben sortiert werden muss. Es können alle Polymerfarben in dem neuen Verfahren verwertet werden.
In einer Ausführungsform wird das Polymer vor Einführen in den Reaktor zu einem inhomogenen Polymergemisch zerkleinert. Das inhomogene Polymergemisch kann
Polymerpartikel mit einer Grö ße, insbesondere einer mittleren Größe in einem Bereich zwischen 30 mm und 1 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 3 mm aufweisen. Alternativ kann die mittlere Partikelgröße z.B. aus Folienabfällen zwischen 5 μηι und 1 mm, insbesondere zwischen 1 0 μηι und 0,5 mm betragen. Nach Zerkleinerung kann das inhomogene Polymergemisch vor Zufuhr in den Reaktor mit mindestens einem Reaktant oder mit mindestens einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht oder gemischt werden. Als Reaktant und / oder Lösungsmittel können ein organisches Lösungsmittel, insbesondere Glykole mit der allgemeinen Formel R(OH)2 mit R = CnH2n mit n = 2 bis 12, bevorzugt Ethylenglykol, oder eine wässrige Lösung, insbesondere eine saure wässrige Lösung verwendet werden.
Der Reaktant oder das Lösungsmittel (Flüssigkeit) zum Depolymerisieren oder Lösen des inhomogenen Polymergemisches kann sowohl im Unterschuss als auch im Überschuss zugegeben werden. Es wird jedoch bevorzugt im Unterschuss zugegeben, um die Rückgewinnung oder Reinigung der Flüssigkeit einfach sowie kostengünstig zu gestalten und um die Monomerflüssigkeit nicht zu sehr zu verdünnen.
Das inhomogene Polymergemisch wird in dem Reaktor kontinuierlich im Wesentlichen zum Monomer abgebaut oder depolymerisiert. Vorwiegend bedeutet im Wesentlichen, dass die Monomerflüssigkeit überwiegend aus einem Monomer besteht. Darüber hinaus können Oligomere mit einer Kettenlänge von weniger als 50 in der Monomerflüssigkeit nach dem Depolymerisationsprozess enthalten sein. Im Falle des Polyesters PET enthält die Monomerflüssigkeit über 90 Gew% des Monomers Bis(hydroxyethyl)terephthalat (BHET).
Dabei ist es unerheblich, ob das Polymer vorher einem Anlösevorgang unterzogen worden ist oder nicht. Der Anlösevorgang wirkt sich zwar positiv auf die Depolymerisationzeit aus, kann aber grundsätzlich durch den neuartigen kontinuierlich betriebenen Depolymerisationsreaktor übernommen werden. Zusätzlich ist eine Vorlage von bereits depolymerisierten Produkt, Monomer oder BHET, wie in diskontinuierlichen Verfahren häufig erwähnt, nicht erforderlich. In den unterschiedlichen Zonen des Depolymerisationsreaktors können die Prozessbedingungen entsprechend der unterschiedlichen Qualität und Viskosität des Rohabfalles angepasst werden. In einer Ausführungsform weist der Reaktor mindestens zwei Reaktionszonen auf, wobei im
Falle eines vertikalen Reaktors in jeder der Reaktionszonen eine Mischvorrichtung angeordnet ist. Es ist aber denkbar, dass eine oder mehrere der Reaktionszonen keine Mischvorrichtung aufweisen. Die Mischvorrichtung kann z.B. ein Rührwerk oder eine Schnecke sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Mischvorrichtung in Form einer Mischdüse ausgebildet ist, wobei die Durchmischung dann so erfolgt, dass zumindest ein Teil der den Reaktor verlassenen Monomerlösung in die einzelnen Reaktionszonen in Form von Teilströmen rückgeführt wird. Jeder der einzelnen Reaktionszonen kann bevorzugt separat angesteuert werden.
Die Depolymerisation des inhomogenen Polymergemische wird abhängig von der Polymerart in dem Reaktor bevorzugt bei Temperaturen zwischen 50 'Ό bis 350 'Ό, insbesondere zwischen 180 °C und 240 ^, und Drücken zwischen 0,5 bar und 10 bar absolut, insbesondere zwischen 0,8 bar und 6 bar absolut, z.B. 5 bar absolut durchgeführt. Die Erwärmung erfolgt dabei über eine im Reaktor und / oder au ßerhalb des Reaktors angeordnete Heizung.
Die durchschnittliche Verweilzeit des Polymergemisches, insbesondere der gebildeten Monomerflüssigkeit, im Reaktor beträgt 30 bis 120 min. Die Verweilzeit ist insbesondere abhängig von dem verwendeten Polymermaterial und der Partikelgröße, wie oben ausgeführt.
Die Monomerflüssigkeit kann einer Vorrichtung zum Abtrennen von unlöslichen Teilen bzw. Stoffen, beispielsweise einer Filtervorrichtung, zugeführt werden. Die hierfür verwendeten Einrichtungen sind dem Fachmann geläufig. Diese Vorrichtung oder Einrichtung kann im Seitenstrom des Reaktors angeordnet sein.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die den Reaktor verlassene Monomerflüssigkeit in mindestens einen Entfärbungsreaktor zur Entfärbung der Monomerflüssigkeit eingeführt. Es ist denkbar, dass die den Reaktor verlassene Monomerflüssigkeit zunächst von unlöslichen Stoffen befreit wird, bevor diese Monomerflüssigkeit in den Entfärbungsreaktor eintritt.
In einer Variante des Verfahrens erfolgt die Entfärbung durch ein Additiv oder Entfärbungsmittel in einem Entfärbungsreaktor. Die zur Entfärbung verwendeten Additive/Entfärbungsmittel sind ausgewählt aus einer Gruppe, enthaltend aktivierten Kohlenstoff, aktivierte Tonmineralien, wie beispielsweise Clay, Bentonit, Montmorillonit,
Zeolithe. Die Additive/Entfärbungsmittel können je nach dem zu recycelnden Polymertyp in Zusammensetzung und Art variieren. Die Additive und / oder Entfärbungsmittel liegen bevorzugt als stationäre Phase wie z.B. in Form einer Membran in dem Entfärbungsreaktor vor. Ein entscheidender Vorteil des neuen Verfahrens ist es, dass eine aufwendige Abtrennung der aktiven Entfärbungsmittel durch Filtration, wie in anderen Verfahren beschrieben, nicht erforderlich ist. In einer weiteren Variante des Verfahrens wird der Reaktant oder das Lösungsmittel von der Monomerflüssigkeit in einer Trennvorrichtung, insbesondere in einer Vorrichtung zum Eindicken und / oder Konzentrieren, abgetrennt. Hierbei kann der Reaktant oder das Lösungsmittel z.B. mittels Verdampfen in einer Verdampfungsvorrichtung von der Monomerflüssigkeit abgetrennt werden. Die Verdampfung bzw. das Abtrennen der Monomerflüssigkeit erfolgt hier bei Drücken und Temperaturen, die auf den verwendeten Reaktanten oder das Lösungsmittel abgestimmt sind. Die in der Trennvorrichtung aufkonzentrierte Monomerflüssigkeit kann anschließend in mindestens eine Polymerisationsvorrichtung zur Herstellung eines auf den Monomeren basierenden Polymers eingespeist werden. Das vorliegende Verfahren ermöglicht demnach eine kontinuierliche Bereitstellung eines Monomers für eine anschließende erneute Polymerisationsreaktion.
Es ist auch denkbar, dass die Monomerflüssigkeit in nicht aufkonzentrierter Form in mindestens eine Polymerisationsvorrichtung zur Herstellung eines auf den Monomeren basierenden Polymers eingeführt wird. Entsprechend kann also die Monomerflüssigkeit auch unmittelbar zur Polymerisation verwendet werden ohne die Notwendigkeit weiterer kostenintensiver Aufarbeitungsschritte.
Es ist generell auch möglich, dass der den Entfärbungsreaktor verlassende Strom aus Monomerflüssigkeit aufgeteilt wird, wobei ein erster Teil unmittelbar in die Polymerisationsvorrichtung eingespeist wird und der andere, zweite Teil zunächst der Trennvorrichtung zugeführt und aufkonzentriert wird. Die aufkonzentrierte
Monomerflüssigkeit kann dann anschließend ebenfalls der Polymerisationsvorrichtung zugeführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens ist vorgesehen, die nicht- aufkonzentrierte und / oder aufkonzentrierte Monomerflüssigkeit in mindestens einer weiteren Einrichtung oder Vorrichtung zu verfestigen. Die Verfestigung der Monomerflüssigkeit kann z.B. auf einer Kühlwalze oder auf einem Kühlband zu Schuppen oder anders geformten Teilchen erfolgen. Das verfestigte Produkt kann abschließend abgepackt und gelagert werden und später zur Polymer-Herstellung verwendet werden. Es ist bevorzugt, wenn das mindestens eine in der Trennvorrichtung abgetrennte Reaktant oder Lösungsmittel zur Herstellung einer Mischung mit dem insbesondere zerkleinerten inhomogenen Polymergemisch recycelt bzw. rückgeführt wird. Somit ermöglicht das vorliegende Verfahren eine kontinuierliche und ökologische Fahrweise, da der Flüssigkeitsträger wiederverwendet wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das in der Verdampfungsvorrichtung abgetrennte Reaktant oder Lösungsmittel vor Rückführung in mindestens einer Reaktant- oder Lösungsmittel- Aufbereitung z.B. mittels Destillation behandelt wird.
Das vorliegende kontinuierliche Verfahren kann in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 durchgeführt werden, die mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor zur Depolymerisation oder Lösung eines inhomogenen Polymergemisches umfasst und mindestens eine Reaktionszone aufweist.
Vorteilhafterweise weist der Reaktor mindestens eine Misch- und / oder eine Fördereinrichtung aufweist.
In einer Ausführungsform kann die mindestens eine Reaktionszone eine Schnecke aufweisen oder durch eine Schnecke gebildet sein. So kann der vertikale Reaktor mindestens zwei Reaktionszonen aufweisen, wobei in jeder Reaktionszone mindestens ein Rührwerk vorgesehen ist. Das Rührwerk kann eine Schnecke sein. Für den Fall, dass die Strömung der Momomerflüssigkeit von unten nach oben erfolgt, kann eine Reaktionszone ausreichen. Ein Rührwerk ist dann u.U. nicht erforderlich.
Dabei kann die Schnecke vorteilhafterweise mit Löchern versehen sein, wobei die Größe der Löcher in Richtung des Einlassendes des Reaktors zunimmt. Beim Einlass werden die Polymerteile z.B. aus Kunststof fabfall noch relativ groß sein, so dass diese ab einer bestimmen Entfernung vom Einlass durch hinreichend kleine Löcher aufgehalten werden, damit eine effiziente Depolymerisation erfolgen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Reaktor horizontal angeordnet ist, einen runden Querschnitt hat und die Schnecke exzentrisch zum Reaktor liegt. Die exzentrische Ausführung erlaubt die Bildung eines Gasraumes, was das Abziehen von entstehenden Dämpfen ermöglicht. Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise eine Einrichtung zum Abtrennen von unlöslichen Substanzen aufweisen. Die Abtrennung von unlöslichen Substanzen kann im Reaktor und / oder durch eine Filtereinrichtung nach dem Reaktor erfolgen. Auch kann mindestens ein nachgeschalteter Entfärbungsreaktor zum Entfärben der Monomerflüssigkeit vorgesehen sein.
Ferner kann die Vorrichtung vorteilhafterweise eine nachgeschaltete Verfestigungsvorrichtung für die entfärbte Monomerflüssigkeit aufweisen. Die Vorrichtung zum Verfestigen des Monomers kann eine Kühlwalze oder ein Kühlband umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Trennvorrichtung, insbesondere zum Eindicken und / oder Konzentrieren, zum zumindest teilweisen Entfernen des Reaktanten oder Lösungsmittel aus der Monomerflüssigkeit vorgesehen. Hier wird insbesondere der Reaktant oder das Lösungsmittel aus der den Entfärbungsreaktor verlassenen farbstofffreien Monomerflüssigkeit abgetrennt und die Monomerflüssigkeit aufkonzentriert.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Vorrichtung zur Aufbereitung des zumindest teilweise in der Trennvorrichtung entfernten Reaktanten oder Lösungsmittels vorgesehen ist.
In einer weiteren Variante weist die vorliegende Vorrichtung mindestens eine Vorrichtung zur Aufbereitung des zumindest teilweise in der Verdampfungsvorrichtung und / oder dem Reaktor, insbesondere dem Dempolymerisationsreaktor entfernten Reaktanten oder Lösungsmittels auf.
Der aufbereitete Flüssigkeitsträger (Reaktant oder Lösungsmittel) wird anschließend direkt oder indirekt von der Reaktant- oder Lösungsmittelaufbereitungsvorrichtung in die Zuführvorrichtung für den Reaktor rückgeführt. Es ist auch denkbar, dass der Flüssigkeitsträger (Reaktant oder Lösungsmittel) ohne Aufbereitung von der Trennvorrichtung unmittelbar zurückgeführt wird. Auf jeden Fall ist eine vollständiges Recyclen des verwendeten Reaktanten oder Lösungsmittels möglich.
Prinzipiell sind sämtliche für die Verfahren dargestellten Ausführungsvarianten auf die vorliegenden Verfahren und Vorrichtungen übertragbar und miteinander kombinierbar. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Durchführung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Hierzu wird ein Polymer, bevorzugt ein Abfall-Polymer, zunächst in ein inhomogenes Polymergemisch mit einer Partikelgröße kleiner als 30 mm in einer entsprechenden Mahlvorrichtung (nicht gezeigt) zerkleinert und über eine Aufgabevorrichtung 1 in eine Zuführeinrichtung 2 eingespeist, in welcher das inhomogene Polymergemisch mit einem geeigneten Reaktant oder Lösungsmittel wie z.B. Ethylenglykol vermischt wird.
Die Mischung aus Polymergemisch und Reaktant oder Lösungsmittel wird anschließend in einen vertikalen Reaktor, insbesondere einem Depolymerisationsreaktor 3 mit mehreren Reaktionszonen über die Zuführeinrichtung 2 eingespeist. Vorliegend weist der Depolymerisationsreaktor 3 ein Rührwerk auf, das sich entlang der gesamten Reaktorlänge erstreckt. Die Mischung strömt hier von oben nach unten durch den Depolymerisationsreaktor 3.
Im Depolymerisationsreaktor 3 erfolgt der Abbau des Abfall-Polymers, z.B. Polyester zu BHET Monomer, bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen δΟ 'Ό und 350°C und einem Druck in einem Bereich zwischen 0,5 bar bis 5 bar. Die Erwärmung erfolgt dabei über eine innen- und au ßenliegende geeignete Heizung, beispielsweise 3B. Das im Reaktor gebildete Monomer, bestehend aus reinem BHET, Oligomeren und Reaktant wird am unteren Ende des vertikalen Reaktors 3 abgeführt.
Die den Reaktor 3 verlassene Monomerflüssigkeit wird anschließend in einen ersten Strom und einen zweiten Strom aufgespaltet, wobei der erste Strom in Form von Teilströmen in die Reaktionszonen des Reaktors 3 rückgeführt wird und der zweite Strom einer Einrichtung 5 zur Entfernung von Feststoffen zugeführt wird.
Nach Entfernung der Feststoffe wird die Monomerflüssigkeit in einen Entfärbungsreaktor 6 eingeleitet, in welchem durch aktivierte Additive/Entfärbungsmittel wie Kohlenstoff oder Ton (clay) die Farbstoffe aus der Monomerflüssigkeit entfernt werden.
Die den Entfärbungsreaktor 6 verlassene nunmehr farbstofffreie Monomerflüssigkeit wird wiederum in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein erster Teilstrom der farbstofffreien Monomerflüssigkeit unmittelbar in einen Polymerisationsreaktor 10 zur Polymerherstellung eingeleitet wird und ein weiterer Teilstrom in eine Verdampfungs- bzw. Aufkonzentrierungsvorrichtung 7 zur Abtrennung des Reaktanten oder Lösungsmittels eingeleitet wird.
Die in der Verdampfungsvorrichtung 7 aufkonzentrierte farbstofffreie Monomerflüssigkeit wird anschließend entweder in den Polymerisationsreaktor 10 zur Polymerherstellung eingespeist und / oder in eine Kühlvorrichtung 8 wie z.B. eine Kühlwalze oder Kühlband zur Verfestigung eingeführt. Das verfestigte Produkt kann anschließend zweckmäßig in einer Verpackungsvorrichtung 9 verpackt werden.
Der in der Verdampfungsvorrichtung 7 entfernte Reaktant oder das entfernte Lösungsmittel wird in einer Aufbereitungsvorrichtung 1 1 weiteren Reinigungsschritten z.B. mittels Destillation oder ähnlichem unterzogen und anschließend unmittelbar oder nach Zwischenlagerung der Zuführeinrichtung 2 wiederzugeführt und hier mit dem Polymer-Abfall gemischt.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht somit einen kontinuierlichen und effizienten Betrieb zur Aufarbeitung von Polymerabfällen, ohne dass eine aufwändige Trennung der Polymerabfälle entsprechend ihres Farbgehaltes notwendig ist. Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das sich von der ersten Ausführungsform der Figur 1 in Hinblick auf die Betriebsweise des Reaktors 3 unterscheidet. Wie auch in Figur 1 wird das zerkleinerte Abfall-Polymer zunächst mit einem Reaktant oder Lösungsmittel in einer Zuführvorrichtung 2 gemischt. Das Gemisch wird anschließend jedoch zunächst einem Anmischbehälter 2A eingeleitet, in dem eine bessere Durchmischung von zerkleinerten Abfall-Polymer und Reaktant oder Lösungsmittel erreicht wird. Diese Mischung verlässt den Anmischbehälter 2A und wird über eine geeignete Leitung in den unteren Bereich des Depolymerisationsreaktors 3 eingeleitet, der in diesem Ausführungsbeispiel kein Rührwerk aufweist. Die Mischung tritt entsprechend aus der Leitung an deren unterer Öffnung unmittelbar in die untere Reaktionszone des Reaktors 3 ein und strömt von unten nach oben durch den Depolymerisationsreaktor 3.
Der Abbau bzw. die Depolymerisation des Abfall-Polymers erfolgt auch hier bei erhöhter Temperatur. Die Erwärmung erfolgt dabei über eine innen- und au ßenliegende geeignete Heizung, beispielsweise 3B. Die sich während der Depolymerisation im Reaktor abscheidenden Reststoffe werden am unteren Ende des Depolymerisationsreaktor 3 über eine Vorrichtung 3A zur Reststoffentleerung abgeführt. Dies hat den Vorteil, dass bereits im Reaktor ungewünschte grobe Feststoffe aus der Monomer-Lösung abgetrennt werden. Die gebildete Monomerflüssigkeit wird am oberen Ende des Depolymerisationsreaktors 3 abgeführt und wie für Figur 1 beschrieben weiterverarbeitet.
Die dritte Ausführungsform der Figur 3 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform der Figur 2 lediglich in der Art der Zuführung der Mischung aus Abfall-Polymer und Reaktant oder Lösungsmittel in den Depolymerisationsreaktor 3.
Hier wird die Mischung aus Abfall-Polymer und Reaktant oder Lösungsmittel aus dem Anmischbehälter 2A direkt am unteren Ende des Reaktors 3 von außen zugeführt. Die Zuführleitung ist entsprechend vollständig au ßerhalb entlang der Reaktorlänge angeordnet. Auch hier weist der Depolymerisationsreaktor 3 kein Rührwerk auf und die Mischung durchströmt den Reaktor von unten nach oben. Die gebildete Monomerflüssigkeit wird am oberen Ende des Reaktors 3 abgeführt und wie für Figur 1 beschrieben weiterverarbeitet. In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens dargestellt, bei der der Reaktor 3 nicht vertikal - wie in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 dargestellt - sondern horizontal ausgebildet. Grundsätzlich kann somit auf die Beschreibungen der obigen Ausführungsformen Bezug genommen werden. Anders als die vertikalen Ausführungsformen ist bei der horizontalen Ausführung des Reaktors 3 eine Schnecke 12 als Misch- und / oder Fördereinrichtung vorgesehen. Die Schnecke 12 kann dabei konzentrisch, wie in Fig. 4 dargestellt angeordnet sein, oder exzentrisch.
Bezugszeichenliste
1 Aufgabevorrichtung für Abfall-Polymer
2 Zuführvorrichtung
2A Anmischbehälter
2B Heizung für Anmischbehälter
3 Depolymerisations-Lösereaktor
3A Reststoffentleerung
3B Heizung für Depolymerisations-Lösereaktor
4 Speisepumpe
4A Austragpumpe
5 Einrichtung zur Abtrennung von unlöslichen Teilen
6 Entfärbungsreaktor
7 Konzentration- / Eindickungsvorrichtung
8 Verfestigungsvorrichtung
9 Verpackungsvorrichtung
10 Polymerisationsvorrichtung
1 1 Lösungsmittelaufbereitung / Reaktatenaufbereitung
12 Schnecke

Claims

Patentansprüche
1 . Kontinuierliches Verfahren zur Behandlung, insbesondere Depolymerisation und / oder Lösung eines insbesondere bezüglich der Partikelgröße und / oder Partikeldicke inhomogenen Polymergemisches unter Ausbildung einer im Wesentlichen aus einem Monomer bestehenden Monomerflüssigkeit umfassend die Schritte a) Einführen des inhomogenen Polymergemisches in mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor (3) mit mindestens einem Reaktoreinlass und mindestens einem Reaktorauslass, und / oder
b) Vermischen des inhomogenen Polymergemisches mit mindestens einem Reaktant oder Lösungsmittel; und
c) Einführen des mit dem Reaktant oder Lösungsmittel vermischten inhomogenen Polymergemisches in mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor (3) mit mindestens einem Reaktoreinlass und mindestens einem Reaktorauslass, und d) kontinuierliche Depolymerisation und / oder Lösung des inhomogenen Polymergemisches zu der Monomerflüssigkeit in dem mindestens einen vertikalen oder horizontalen Reaktor (3), wobei sich die Partikelgröße und / oder Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches entlang der Länge des Reaktors (3) von Reaktoreinlass zum Reaktorauslass insbesondere durch Depolymerisation kontinuierlich verringert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Partikel mit geringer Partikelgröße und / oder geringer Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches nach Eintritt in den Reaktor sofort depolymerisiert und / oder gelöst werden und die gebildete Monomerflüssigkeit hin zum Reaktorauslass geführt und am Reaktorauslass aus dem Reaktor abgeführt wird, und wobei Partikel großer Partikelgröße und / oder Partikeldicke des inhomogenen Polymergemisches nach Eintritt in den Reaktor solange im Reaktor verweilen bis diese Partikel des Polymergemisches vollständig depolymerisiert und / oder gelöst sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene Polymergemisch in mindestens einen vertikalen Reaktor (3) mit mindestens zwei Reaktionszonen mit jeweils mindestens einer Mischeinrichtung und / oder Fördereinrichtung eingeführt wird, wobei das inhomogene Polymergemisch den vertikalen Reaktor (3) von oben nach unten durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene Polymergemisch in mindestens einen vertikalen Reaktor (3) eingeführt wird, wobei das Polymer den vertikalen Reaktor (3) von unten nach oben durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene Polymergemisch in mindestens einen vertikalen Reaktor (3) eingeführt wird, wobei das Polymer den vertikalen Reaktor (3) mit jeweils mindestens einer Mischeinrichtung und / oder Fördereinrichtung von unten nach oben durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene Polymergemisch in mindestens einen horizontalen Reaktor (3), der eine Misch- und / oder Fördereinrichtung, insbesondere eine Förderschnecke aufweist, eingeführt wird, wobei das inhomogene Polymergemisch in den horizontalen Reaktor (3) mit oder entgegen der Strömungsrichtung arbeitenden Fördereinrichtung eingeleitet wird und die Monomerflüssigkeit am Reaktorende abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene Polymergemisch Polymerpartikel mit einer Größe, insbesondere mittleren Größe in einem Bereich zwischen 30 mm und 1 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 3 mm aufweist oder Polymerpartikel mit einer Größe, insbesondere mittleren Partikelgröße zwischen 5 μηι und 1 mm, insbesondere zwischen 10 μηι und 0,5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktant oder Lösungsmittel ein organischer Stoff, insbesondere ein organisches Lösungsmittel, ganz insbesondere ein Diol wie Ethylenglykol, oder eine wässrige Lösung, insbesondere eine saure wässrige Lösung verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene Polymergemisch ein Abfall- Polymergemisch, insbesondere aus Polyester und / oder Polyamiden, aus Industrie- und / oder Verbraucherabfällen ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Depolymerisation und / oder Lösung des inhomogenen Polymergemisches in dem Reaktor (3) bei Temperaturen zwischen 50 °C bis 350 'Ό, insbesondere zwischen Ι δΟ 'Ό und 240 ^, und Drücken zwischen 0,5 bar und 1 0 bar absolut, insbesondere zwischen 0,8 bar und 6 bar absolut durchgeführt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomerflüssigkeit in mindestens einer Entfärbungsstufe, insbesondere in einem Entfärbungsreaktor (6), entfärbt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfärbung im Entfärbungsreaktor (6) unter Verwendung von mindestens einem Additiv/ Entfärbungsmittel durchgeführt wird, wobei das Additiv/Entfärbungsmittel als stationäre Phase vorliegt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktant oder Lösungsmittel von der Monomerflüssigkeit in einer Trennvorrichtung (7), insbesondere in einer Vorrichtung zum Eindicken und / oder Konzentrieren, teilweise oder vollständig abgetrennt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Entfärbungsreaktor (6) verlassene entfärbte Monomerflüssigkeit in einer Trennvorrichtung (7), insbesondere in einer Vorrichtung zum Eindicken und / oder
Konzentrieren, durch Abtrennen des Reaktants oder des Lösungsmittels aufkonzentriert wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomerflüssigkeit in mindestens einer Verfestigungsvorrichtung (8) verfestigt wird.
16. Vorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlichen Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) entweder horizontal oder vertikal angeordnet ist und mindestens einer Reaktionszone aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) mindestens eine Misch- und / oder eine Fördereinrichtung aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rektionszone eine Schnecke (12) aufweist oder durch eine Schnecke (12) gebildet wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (12) mit Löchern versehen ist
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Löcher in Richtung Einlassende des Reaktors (3) zunimmt.
21 . Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) horizontal angeordnet ist, einen runden Querschnitt hat und die Schnecke (12) exzentrisch des Reaktors (3) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung (5) zum Abtrennen von unlöslichen Substanzen aufweist.
23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 22, gekennzeichnet durch mindestens einen nachgeschalteten Entfärbungsreaktor (6) zum Entfärben der Monomerflüssigkeit.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch eine nachgeschaltete Verfestigungsvorrichtung (8) der entfärbten Monomerflüssigkeit.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 24, gekennzeichnet durch mindestens eine Trennvorrichtung (7), insbesondere zum Eindicken und / oder Konzentrieren, zum zumindest teilweisen Entfernen des Reaktanten oder Lösungsmittel aus der Monomerflüssigkeit.
26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 25, gekennzeichnet durch mindestens eine Vorrichtung (1 1 ) zur Aufbereitung des zumindest teilweise in der Trennvorrichtung (7) und / oder dem Reaktor (3), insbesondere dem Dempolymerisationsreaktor entfernten Reaktanten oder Lösungsmittels.
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