BR102021025177A2

BR102021025177A2 - COMPOSITE LAYER SEPARATION PROCESS

Info

Publication number: BR102021025177A2
Application number: BR102021025177-8A
Authority: BR
Inventors: Luiza Loyola Romancini; André Coral Carrer; Mário Sérgio Romancini; Geraldo De Aguiar Coelho; Adriane De Fátima Queji De Paula; Mateus Jonsson De Almeida
Original assignee: Onze Indústria E Comércio De Celulose E Artefatos De Papel S/A; Serviço Nacional De Aprendizagem Industrial Do Paraná - Senai/pr
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-27

Abstract

Processo de recuperação de polímeros e alumínio presentes em compósitos de papel cartão que se dá segunda as etapas: a. os resíduos são alimentados em um vaso reator (tanque) com agitação, onde recebem um solvente orgânico, preferencialmente decalina, alternativamente tetralina, xileno ou suas misturas, na proporção de 35:1; b. a mistura é aquecida até a solubilização do plástico, ficando em agitação entre 10 a 30 minutos, preferencialmente 15 minutos para a dissolução do plástico, em temperatura de 25°C a 180°C, usualmente de 45°C a 65°C, preferencialmente de 50°C; c. concentração de coloides plásticos; d. remoção do líquido por filtração na qual as fibras presentes são removidas; e. retirada do alumínio do reator; f. a mistura de solvente e o plástico solubilizado filtrada do reator é submetida à centrifugação e posterior evaporação; g. recuperação do solvente e concentração do polietileno.

Recovery process of polymers and aluminum present in paperboard composites which takes place in the following steps: a. the residues are fed into a reactor vessel (tank) with agitation, where they receive an organic solvent, preferably decalin, alternatively tetralin, xylene or their mixtures, in the ratio of 35:1; B. the mixture is heated until the plastic dissolves, stirring for 10 to 30 minutes, preferably 15 minutes for the plastic to dissolve, at a temperature of 25°C to 180°C, usually 45°C to 65°C, preferably from 50°C; w. concentration of plastic colloids; d. removing the liquid by filtration in which the fibers present are removed; It is. removal of aluminum from the reactor; f. the mixture of solvent and solubilized plastic filtered from the reactor is subjected to centrifugation and subsequent evaporation; g. solvent recovery and polyethylene concentration.

Description

COMPOSITE LAYER SEPARATION PROCESS

[001] A presente invenção se situa no campo das operações, especificamente das operações de separação de sólidos por processos físico-químicos, exatamente um processo de recuperação de polímeros e alumínio presentes em compósitos de papel cartão.[001] The present invention is located in the field of operations, specifically the operations of separation of solids by physical-chemical processes, exactly a process of recovery of polymers and aluminum present in paperboard composites.

[002] Quando se trata de compósitos de papel cartão, principalmente aqueles utilizados em embalagens longa vida, conhecidos como tetrapak, a tecnologia utilizada se dá na fabricação de telhas e placas prensadas e conformadas a quente. Tal tecnologia apenas une pedaços de resíduos da reciclagem de embalagens longa-vida (plástico e alumínio), onde são aplicados calor e pressão para moldar tais resíduos em telhas e placas, utilizadas como tapumes de construção, por exemplo. Estas placas e telhas, depois de utilizadas, são dispostas em lixões, apenas retardando o tempo para descarte.[002] When it comes to paperboard composites, especially those used in long-life packaging, known as tetrapak, the technology used is in the manufacture of pressed and hot-formed tiles and plates. Such technology only unites pieces of waste from recycling long-life packaging (plastic and aluminum), where heat and pressure are applied to shape such waste into tiles and plates, used as construction siding, for example. These plates and tiles, after being used, are disposed of in landfills, just delaying the time for disposal.

[003] Em pormenorizada análise ao estado da arte executada por este inventor, percebe-se uma lacuna no que tange a processos de recuperação ou reciclagem dos materiais de compósitos de papel cartão.[003] In detailed analysis of the state of the art performed by this inventor, a gap can be seen with regard to recovery processes or recycling of paperboard composite materials.

[004] No sentido de ilustrar alguma similaridade com o campo de aplicação, o documento PI0802062-0 A2, “Processo para tratamento de embalagens flexíveis complexas”, depositado por Roberto Nunes Szente, em 07 de maio de 2008, se caracteriza por alimentar aparas industriais e/ou material pós consumo, de embalagens flexíveis, em um reator de separação de plástico, onde o material é aquecido de maneira controlada e comprimido contra telas que fazem a separação dos diferentes tipos de plásticos, onde as folhas de alumínio inicialmente presentes no material, são fundidas em altas temperaturas. Praticamente a totalidade dos compostos inicialmente presentes são recuperados na forma de materiais plásticos e lingotes de alumínio, ambos produtos com alto valor agregado e facilmente comercializáveis. Esse processo, portanto, realiza o aquecimento de maneira controlada e o comprime contra telas que fazem a separação dos diferentes tipos de plásticos, diferente do processo em questão, onde há a solubilização do polietileno em solvente orgânico, bem como a recuperação de todas as demais fases, como o alumínio e polietileno.[004] In order to illustrate some similarity with the field of application, document PI0802062-0 A2, “Process for treating complex flexible packaging”, deposited by Roberto Nunes Szente, on May 7, 2008, is characterized by feeding chips industrial and/or post-consumer material, flexible packaging, in a plastic separation reactor, where the material is heated in a controlled manner and compressed against screens that separate the different types of plastics, where the aluminum sheets initially present in the material, are melted at high temperatures. Practically all of the compounds initially present are recovered in the form of plastic materials and aluminum ingots, both products with high added value and easily marketable. This process, therefore, performs heating in a controlled manner and compresses it against screens that separate the different types of plastics, unlike the process in question, where there is the solubilization of polyethylene in an organic solvent, as well as the recovery of all the other phases such as aluminum and polyethylene.

[005] Também, a patente BR102013023494-0 A2, “Processo de Separação e Reciclagem Química de embalagens multicamadas” depositada pela Universidade Estadual de Maringá, apresenta a solução que refere-se a um processo de separação e reciclagem de embalagens multicamadas contendo alumínio, PET (politereftalato de etileno) e PE (polietileno), através da reciclagem química deste tipo de embalagem por meio da delaminação dos polímeros e despolimerização do PET utilizando reação hidrólise básica. Assim, a invenção soluciona uma possibilidade de reciclagem do material, utilizando o método de Hidrólise e não a solubilização do polietileno em solvente orgânico, bem como a recuperação de todos as demais fases, como o alumínio e polietileno.[005] Also, patent BR102013023494-0 A2, "Process of Separation and Chemical Recycling of multilayer packaging" deposited by the State University of Maringá, presents the solution that refers to a process of separation and recycling of multilayer packaging containing aluminum, PET (polyethylene terephthalate) and PE (polyethylene), through chemical recycling of this type of packaging through polymer delamination and PET depolymerization using basic hydrolysis reaction. Thus, the invention solves a possibility of recycling the material, using the hydrolysis method and not the solubilization of polyethylene in an organic solvent, as well as the recovery of all other phases, such as aluminum and polyethylene.

[006] Por fim, o documento US20040129372A1 “Separating method for recycling foil-laminated material” o qual descreve um método de separação para reciclar material laminado usando basicamente uma solução ácida contendo ácido nítrico como agente de separação para embeber o material laminado. O agente de decapagem permeia o material laminado de folha para dissolver alumina em interfaces para separar uma camada de folha e uma camada de plástico ou uma camada de papel. Por meio disso, os materiais úteis da camada de folha, a camada de plástico e a camada de papel no material laminado de folha são separados completamente para um processo de reciclagem subsequente.[006] Finally, document US20040129372A1 “Separating method for recycling foil-laminated material” which describes a separation method for recycling laminated material basically using an acid solution containing nitric acid as a separating agent to soak the laminated material. The pickling agent permeates the laminated sheet material to dissolve alumina at interfaces to separate a sheet layer and a plastic layer or a paper layer. Hereby, the useful materials of the sheet layer, the plastic layer and the paper layer in the laminated sheet material are completely separated for a subsequent recycling process.

[007] Ante as lacunas da técnica, propõe-se processo de recuperação de filmes plásticos e alumínio das fibras vegetais componentes dos compósitos de papel cartão.[007] Given the shortcomings of the technique, it is proposed a recovery process of plastic films and aluminum from plant fibers components of paperboard composites.

[008] O processo se dá segundo as etapas: I. os resíduos de plástico e alumínio, separado das fibras vegetais, é alimentado nos tanques 1a, 1b e 1c, sobre uma tela metálica. A quantidade de solvente sobre a quantidade de material alimentado é na proporção de 35:1 (exemplo 14L de solvente para 400 gramas de material alimentado). A temperatura de trabalho está na faixa de 25°C a 180°C, ou seja, desde temperatura ambiente até temperatura de ebulição do solvente. É importante que a temperatura seja regulada de tal forma a produzir a separação de solvente sem a geração de vapor excessivo de solvente. A temperatura usual para essa etapa é de 55°C a 65°C. O tempo necessário para cada batelada é de cerca 15 minutos, sob agitação. II. Os tanques 1a, 1b e 1c são sequenciais. A divisão em três tanques é para tornar todo o processo contínuo. Na medida em que há a descarga do primeiro tanque o segundo tanque está em aquecimento e o terceiro em dissolução, dessa forma mantém alimentação contínua da centrifugação e evaporação. III. Após a dissolução do plástico no solvente, a mistura líquida é enviada a um processo de concentração ou diretamente ao processo de evaporação. No caso de enviar a um concentrador tipo centrífuga, o material coloidal será separado do líquido livre e, desta forma, haverá grande economia de energia no processo de evaporação. O líquido separado na centrífuga será enviado a um tanque de estocagem de solvente, que poderá ser reutilizado em novas dissoluções no tanque 1. IV. O material que ficou retido sobre a tela do tanque 1 é lavado com água, para remover e recuperar o solvente que ficou aderido ao alumínio. V. O líquido de lavagem (água com solvente lavado) é estocado em um tanque. Devido à diferença de densidade entre o solvente e a água, e por serem líquidos imiscíveis, o solvente pode ser recuperado por diferença de fases e retornar ao tanque de estocagem de solvente. A água, fase inferior do tanque, pode ser reutilizada para resfriamento e lavagem. VI. Para comprovar a eficácia da remoção do plástico, pode ser usado um medidor de resistência elétrica, em Ohms. A resistência elétrica deve ser zero ou muito próximo, indicando que o alumínio está completamente descoberto de plástico. VII. O alumínio é removido e estocado em outro lugar. Pode ser juntado em quantidade e prensado para então ser comercializado. VIII. O material centrifugado, após a separação da parte líquida, é enviado ao vaso evaporador. A temperatura no vaso evaporador é ajustada para a faixa de 180°C a 220°C. O vaso evaporador 5 possui uma saída para um condensador 6 formado por um tubo tipo serpentina, resfriado a água, para a condensação do solvente que é evaporado da mistura plástico/solvente contida no tanque evaporador 5. O plástico é retirado fundido pelo fundo do tanque evaporador 5 e passa por um tanque com água para resfriamento e forma um fio contínuo, que pode ser picado na forma de grânulos, para posterior comercialização.[008] The process takes place according to the steps: I. The plastic and aluminum waste, separated from the vegetable fibers, is fed into tanks 1a, 1b and 1c, on a metal screen. The amount of solvent over the amount of material fed is in a ratio of 35:1 (example 14L of solvent to 400 grams of material fed). The working temperature is in the range of 25°C to 180°C, that is, from room temperature to the boiling temperature of the solvent. It is important that the temperature be regulated in such a way as to produce solvent separation without generating excessive solvent vapor. The usual temperature for this step is 55°C to 65°C. The time required for each batch is about 15 minutes under agitation. II. Tanks 1a, 1b and 1c are sequential. The division into three tanks is to make the whole process continuous. As the first tank is discharged, the second tank is heating up and the third is dissolving, thus maintaining continuous centrifugation and evaporation feeding. III. After dissolving the plastic in the solvent, the liquid mixture is sent to a concentration process or directly to the evaporation process. If sent to a centrifuge-type concentrator, the colloidal material will be separated from the free liquid and, in this way, there will be great energy savings in the evaporation process. The liquid separated in the centrifuge will be sent to a solvent storage tank, which can be reused in new solutions in tank 1. IV. The material that was retained on the screen of tank 1 is washed with water to remove and recover the solvent that adhered to the aluminum. V. Washing liquid (water with washed solvent) is stored in a tank. Due to the difference in density between the solvent and water, and because they are immiscible liquids, the solvent can be recovered by phase difference and returned to the solvent storage tank. Water, the bottom phase of the tank, can be reused for cooling and washing. SAW. To prove the effectiveness of plastic removal, an electrical resistance meter, in Ohms, can be used. The electrical resistance should be zero or very close, indicating that the aluminum is completely uncovered from the plastic. VII. The aluminum is removed and stored elsewhere. It can be gathered in quantity and pressed to be marketed. VIII. The centrifuged material, after separating the liquid part, is sent to the evaporator vessel. The temperature in the evaporator vessel is adjusted to the range of 180°C to 220°C. The evaporator vessel 5 has an outlet for a condenser 6 formed by a serpentine-type tube, cooled by water, for the condensation of the solvent that is evaporated from the plastic/solvent mixture contained in the evaporator tank 5. The plastic is removed melted from the bottom of the tank evaporator 5 and passes through a tank with water for cooling and forms a continuous thread, which can be chopped in the form of granules, for later sale.

[009] As inovações podem ser mais bem compreendidas com o auxílio da figura 1 que apresenta um esquema do processo.[009] The innovations can be better understood with the aid of Figure 1, which presents a schematic of the process.

[010] A figura 1 apresenta um desenho esquemático do processo de separação, sendo:
1. Tanque de dissolução de plástico;
2. Centrífuga para separação de coloides (plástico e solvente);
3. Material concentrado (coloides);
4. Tanque de estocagem de solvente líquido;
5. Evaporador de solvente e concentrador de plástico;
6. Condensador de solvente;
7. Tanque de recolhimento de solvente condensado;
8. Tanque para receber plástico.[010] Figure 1 shows a schematic drawing of the separation process, as follows:
1. Plastic dissolving tank;
2. Centrifuge to separate colloids (plastic and solvent);
3. Concentrated material (colloids);
4. Liquid solvent storage tank;
5. Solvent evaporator and plastic concentrator;
6. Solvent condenser;
7. Condensate solvent collection tank;
8. Tank to receive plastic.

[011] Em resumo, por meio do novo processo o alumínio, o polietileno e as fibras vegetais que compõe embalagens longa-vida são reciclados, e assim, podem ser reutilizados para manufatura de produtos com alto valor agregado. O alumínio é recuperado sem formação de alumina, que é desinteressante economicamente, devido ao alto custo para purificação do alumínio. O polietileno, sendo um derivado do petróleo é recurso finito. A recuperação do polietileno é útil uma vez que reduz a poluição ambiental pela reciclagem do produto. A reciclagem dos compostos de embalagens tipo longa-vida torna-se nova fonte econômica e a recuperação das embalagens tipo longa-vida diminui o impacto ambiental causado por sua disposição em aterros e lixões, visto que tais componentes, quando não reciclados, demoram muitas décadas para sua decomposição.[011] In summary, through the new process, aluminum, polyethylene and vegetable fibers that make up long-life packaging are recycled, and thus, can be reused for the manufacture of products with high added value. Aluminum is recovered without forming alumina, which is economically unattractive due to the high cost of aluminum purification. Polyethylene, being a petroleum derivative, is a finite resource. The recovery of polyethylene is useful as it reduces environmental pollution by recycling the product. The recycling of long-life packaging compounds becomes a new economic source and the recovery of long-life packaging reduces the environmental impact caused by its disposal in landfills and dumps, since such components, when not recycled, take many decades for its decomposition.

[012] Esta invenção não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações da invenção virão à mente daquele versado na técnica à qual essa invenção pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, é para ser entendido que a invenção não está limitada à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.[012] This invention is not limited to the representations discussed or illustrated here, and must be understood in its broad scope. Many modifications and other representations of the invention will come to mind to one skilled in the art to which this invention belongs having the benefit of the teaching presented in the foregoing descriptions and accompanying drawings. Furthermore, it is to be understood that the invention is not limited to the specific form disclosed, and that modifications and other forms are intended to be included within the scope of the appended claims. Although specific terms are used herein, they are used only generically and descriptively and not by way of limitation.

Claims

COMPOSITE LAYER SEPARATION PROCESS characterized by taking place according to the steps: a. the residues are fed into a reactor vessel (tank) with agitation, where they receive an organic solvent, preferably decalin, alternatively tetralin, xylene or their mixtures, in the ratio of 35:1; B. the mixture is heated until the plastic dissolves, stirring for 10 to 30 minutes, preferably 15 minutes for the plastic to dissolve, at a temperature of 25°C to 180°C, usually 45°C to 65°C, preferably from 50°C; w. concentration of plastic colloids; d. removing the liquid by filtration in which the fibers present are removed; It is. removal of aluminum from the reactor; f. the mixture of solvent and solubilized plastic filtered from the reactor is subjected to centrifugation and subsequent evaporation; g. solvent recovery and polyethylene concentration