BR112021005423A2 - processo e sistema para despolimerização de plástico - Google Patents
processo e sistema para despolimerização de plástico Download PDFInfo
- Publication number
- BR112021005423A2 BR112021005423A2 BR112021005423-5A BR112021005423A BR112021005423A2 BR 112021005423 A2 BR112021005423 A2 BR 112021005423A2 BR 112021005423 A BR112021005423 A BR 112021005423A BR 112021005423 A2 BR112021005423 A2 BR 112021005423A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- reaction mixture
- heterogeneous
- heating
- htf
- heat exchanger
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 117
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000008241 heterogeneous mixture Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 82
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 47
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 37
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 37
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 32
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 31
- QPKOBORKPHRBPS-UHFFFAOYSA-N bis(2-hydroxyethyl) terephthalate Chemical compound OCCOC(=O)C1=CC=C(C(=O)OCCO)C=C1 QPKOBORKPHRBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 17
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- VHYFNPMBLIVWCW-UHFFFAOYSA-N 4-Dimethylaminopyridine Chemical compound CN(C)C1=CC=NC=C1 VHYFNPMBLIVWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 12
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GQHTUMJGOHRCHB-UHFFFAOYSA-N 2,3,4,6,7,8,9,10-octahydropyrimido[1,2-a]azepine Chemical compound C1CCCCN2CCCN=C21 GQHTUMJGOHRCHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- FVKFHMNJTHKMRX-UHFFFAOYSA-N 3,4,6,7,8,9-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine Chemical compound C1CCN2CCCNC2=N1 FVKFHMNJTHKMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 4
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 claims description 3
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 claims description 3
- 229940071125 manganese acetate Drugs 0.000 claims description 3
- UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);diacetate Chemical compound [Mn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 3
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 3
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 125000005270 trialkylamine group Chemical group 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 claims 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 20
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 abstract description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 22
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 11
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 11
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Substances [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WOZVHXUHUFLZGK-UHFFFAOYSA-N dimethyl terephthalate Chemical compound COC(=O)C1=CC=C(C(=O)OC)C=C1 WOZVHXUHUFLZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000012691 depolymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 230000034659 glycolysis Effects 0.000 description 3
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000012048 reactive intermediate Substances 0.000 description 3
- SCZNXLWKYFICFV-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5,7,8,9-octahydropyrido[1,2-b]diazepine Chemical compound C1CCCNN2CCCC=C21 SCZNXLWKYFICFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BCBHDSLDGBIFIX-UHFFFAOYSA-N 4-[(2-hydroxyethoxy)carbonyl]benzoic acid Chemical compound OCCOC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 BCBHDSLDGBIFIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 description 2
- UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N Erythritol Natural products OCC(O)C(O)CO UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- UWHCKJMYHZGTIT-UHFFFAOYSA-N Tetraethylene glycol, Natural products OCCOCCOCCOCCO UWHCKJMYHZGTIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 description 2
- 229940009714 erythritol Drugs 0.000 description 2
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 description 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 2
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 235000016068 Berberis vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 241000335053 Beta vulgaris Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 159000000004 beryllium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 159000000006 cesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- 239000007793 ph indicator Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 159000000005 rubidium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
- C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
- C08J11/10—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
- C08J11/18—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material
- C08J11/22—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material by treatment with organic oxygen-containing compounds
- C08J11/24—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material by treatment with organic oxygen-containing compounds containing hydroxyl groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
- C08J2367/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
Abstract
PROCESSO E SISTEMA PARA DESPOLIMERIZAÇÃO DE PLÁSTICO. Um processo e um sistema para despolimerização de plásticos, como poliéster residual, em monômeros comercializáveis. Uma mistura heterogênea de partículas de plástico, um solvente e um catalisador são bombeados continuamente através de uma zona de aquecimento a uma taxa de fluxo alta o suficiente para manter uma velocidade de partícula grande o suficiente para manter as partículas de plástico em suspensão. A temperatura da mistura heterogênea é elevada na zona de aquecimento e mantida em uma zona de retenção para completar a despolimerização da mistura em uma solução homogênea contendo um monômero de plástico liquefeito. A solução homogênea é resfriada para solidificar e precipitar o monômero. O monômero precipitado é separado do solvente a ser reciclado. O solvente é recirculado para ser reutilizado como constituinte da mistura heterogênea.
Description
[0001] Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório US nº 62/734.421 depositado em 21 de setembro de 2018 e do pedido provisório US nº 62/831.787 depositado em 10 de abril de 2019, ambos aqui incorporados por referência.
[0002] Plástico, especialmente poliésteres como PET, são convencionalmente despolimerizados em grandes vasos de reação geralmente equipados com uma camisa de aquecimento e um agitador. A reação de despolimerização é sequestrada no vaso até a despolimerização ser concluída. Após a despolimerização, o vaso é esvaziado e, em seguida, recarregado. Cada lote é aquecido para acelerar a despolimerização e, em seguida, resfriado para produzir matéria-prima viável para novos polímeros. O processo em lote normalmente leva entre 20 minutos e 800 minutos. A operação contínua é simulada esvaziando e recarregando sequencialmente um grupo de recipientes de reação no modo round-robin. A necessidade constante de encher, aquecer, resfriar, esvaziar e repetir desperdiça energia e requer equipamento adicional para manter a ilusão de fluxo contínuo real em um processo de batelada paralelo.
[0003] A invenção aqui divulgada é geralmente direcionada a um processo e sistema para a despolimerização contínua de resina, plástico ou polímero (a seguir, cada um geralmente referido como "plástico") usando um sistema de fluxo contínuo que mantém a taxa de fluxo acima de um limite mínimo necessário para manter as partículas suspensas na mistura heterogênea durante o processamento.
[0004] Um processo que incorpora as características da invenção para despolimerização de plástico compreende: (a) fluir continuamente uma mistura contendo partículas sólidas de plástico em um solvente através de uma linha em uma câmara de aquecimento a uma velocidade de partícula grande o suficiente para manter as partículas de plástico suspensas no solvente e evitar que as partículas de plástico se aglomerem e obstruam a linha; e (b) transferir calor através da linha na câmara de aquecimento para aquecer a mistura até uma temperatura de reação para iniciar a despolimerização das partículas de plástico no solvente em uma solução homogênea incluindo um produto de reação liquefeito.
[0005] Um sistema que concretiza as características da invenção para a despolimerização contínua de plástico pode compreender um misturador (opcional), uma bomba, um primeiro trocador de calor (opcional), um aparelho de aquecimento incluindo uma câmara de aquecimento, um segundo trocador de calor (opcional) e um separador. A bomba funciona para alimentar continuamente uma mistura heterogênea de partículas de plástico e um solvente através de um conduto a uma taxa de fluxo de bomba projetada para manter uma velocidade de partícula ideal. A mistura heterogênea opcionalmente pode primeiro ser passada através de uma primeira porção do trocador de calor para pré-aquecer a mistura antes de ser transmitida através da câmara de aquecimento. A câmara de aquecimento, que define uma zona de aquecimento, funciona para aumentar a temperatura da mistura heterogênea que flui através da linha de conduto até sua temperatura de reação, iniciando assim o processo de conversão da mistura heterogênea contendo as partículas de plástico em uma solução homogênea compreendendo um produto de reação liquefeito. Este processo de conversão pode continuar dentro de um tubo de retenção antes de ser encaminhado de volta através de uma segunda porção do trocador de calor projetada para resfriar o produto de reação liquefeito. O produto de reação liquefeito opcionalmente pode ser adicionalmente resfriado sendo encaminhado através de um segundo trocador de calor antes de ser transferido para um separador projetado para separar o produto de reação sólido do solvente. O solvente separado pode ser recirculado de volta para o misturador ou linha de entrada da bomba para reutilização.
[0006] Em certas modalidades da invenção, os sistemas e métodos podem fornecer o aquecimento da mistura heterogênea de plástico e um solvente dentro da câmara de aquecimento por meio de irradiação indireta de micro-ondas. O aquecimento por micro-ondas depende muito das propriedades dielétricas do material que está sendo aquecido. Como as propriedades dielétricas dos materiais plásticos podem variar, a eficácia do aquecimento de uma variedade de materiais diretamente por micro-ondas varia de material para material. E os aditivos adicionados ao material plástico para melhorar suas propriedades dielétricas podem ser difíceis de remover do produto final desejado. Os sistemas e métodos da presente invenção evitam as deficiências inerentes de aquecimento direto por irradiação de micro-ondas, fornecendo um meio para aquecer indiretamente o material alvo usando uma câmara de aquecimento em combinação com um fluido de transferência de calor (HTF - “heat transfer fluid”) otimizado para possuir excelentes propriedades dielétricas. Uma vez que apenas o HTF está sujeito ao aquecimento por meio de irradiação de micro-ondas, quaisquer variações nas propriedades dielétricas dos materiais alvos a serem aquecidos são imateriais. Assim, os materiais alvos com uma ampla gama de propriedades dielétricas podem ser aquecidos de forma eficaz e eficiente usando sistemas e processos de irradiação indireta de micro-ondas.
[0007] Em modalidades da invenção que utilizam irradiação indireta de micro-ondas, a zona de aquecimento do sistema pode compreender um aparelho de aquecimento apresentando uma câmara de aquecimento, um aplicador de micro-ondas, um fluido de transferência de calor (HTF) e um conduto de circuito fechado de HTF. A câmara de aquecimento pode ter uma primeira passagem que se estende de uma primeira entrada a uma primeira saída e uma região de aquecimento adjacente à primeira passagem. O material a ser aquecido (ou seja, o material alvo) pode ser recebido na região de aquecimento. O conduto de HTF se estende através do aplicador de micro-ondas e se conecta à primeira entrada. O fluido de transferência de calor, que de preferência compreende um absorvedor de micro-ondas dissolvido em um solvente, é aquecido no aplicador de micro-ondas à medida que passa pelo conduto de HTF. O fluido de transferência aquecido então passa através da primeira passagem da câmara de aquecimento e aquece o material alvo na região de aquecimento adjacente da câmara de aquecimento. De preferência, o sistema usa um fluido de transferência de calor que é formulado com precisão e ajustado para uma frequência de micro-ondas específica para absorver as micro-ondas de maneira eficiente e convertê-
las em calor. Este calor pode então ser transferido para o material alvo pela câmara de aquecimento ou qualquer outro meio conhecido para aquecimento por convecção ou condução. O aquecimento indireto por meio de irradiação de micro-ondas do fluido de transferência de calor com propriedades dielétricas ideais fornece controle de temperatura requintado enquanto, simultaneamente, padroniza e minimiza o consumo de energia. O sistema e os métodos da presente invenção podem ser usados para aquecer indiretamente uma ampla variedade de materiais, incluindo, mas não se limitando a, reagentes usados em reações químicas.
[0008] Em modalidades da invenção que utilizam irradiação indireta de micro-ondas, um processo que incorpora características da invenção para aquecer um material alvo na zona de aquecimento do sistema compreende: (a) receber o material alvo em uma região de aquecimento de uma câmara de aquecimento; (b) aquecer um fluido de transferência de calor incluindo um solvente e um absorvedor de micro-ondas com energia de micro-ondas em um aplicador de micro-ondas; (c) passar o fluido de transferência de calor aquecido através da câmara de aquecimento em uma primeira passagem em torno da região de aquecimento para transferir calor do fluido de transferência de calor na primeira passagem para o material alvo na região de aquecimento; (e) resfriar a mistura de reação para solidificar o produto de reação; e (f) transferir a mistura de reação para um separador para separar o produto de reação sólido do solvente.
[0009] Em outra modalidade particular que exemplifica os princípios da invenção quando a irradiação indireta de micro-
ondas deve ser utilizada, um método para degradar quimicamente polietileno tereftalato (PET) em seu intermediário reativo, bis(2-hidroxietil)tereftalato (BHET), é realizado por: (a) combinar PET com etileno glicol e um catalisador para produzir uma mistura de reação heterogênea; (b) bombear a mistura de reação heterogênea através de uma primeira seção de um primeiro trocador de calor para pré-aquecer a mistura de reação heterogênea; (c) bombear a mistura de reação heterogênea pré-aquecida em uma região de aquecimento de uma câmara de aquecimento; (d) aquecer um fluido de transferência de calor com energia de micro-ondas em um aplicador de micro-ondas, em que o fluido de transferência de calor compreende um absorvedor de micro- ondas; (e) passar o fluido de transferência de calor aquecido através de uma primeira passagem da câmara de aquecimento para aquecer a mistura de reação na região de aquecimento da câmara de aquecimento a uma temperatura suficiente para produzir uma solução de reação homogênea compreendendo o produto de reação de BHET; (f) bombear a solução de reação homogênea através de uma segunda seção do primeiro trocador de calor para resfriar a solução de reação homogênea; (g) opcionalmente bombear a solução de reação homogênea através de um segundo trocador de calor para resfriar adicionalmente a solução de reação homogênea; e (h) transferir a solução de reação para um separador para separar o produto de reação sólido do solvente. Os monômeros de BHET e os oligômeros de BHET resultantes podem então ser purificados e polimerizados novamente para formar um PET virgem novo.
[0010] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema que incorpora características da invenção para despolimerização de plástico.
[0011] A Figura 2 é um fluxograma que mostra a progressão de um volume de plástico submetido a um processo de despolimerização no sistema da Figura 1.
[0012] A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma versão de um sistema para aquecer plástico com um fluido de transferência de calor aquecido por micro-ondas.
[0013] Um sistema 1 e um processo para despolimerização do plástico são mostrados nas Figuras 1 e 2. O sistema 1 pode compreender um misturador 10; uma bomba 14; um primeiro trocador de calor 16; um aparelho de aquecimento 18, 20; um tubo de retenção 22; um regulador de contrapressão 26; um segundo trocador de calor 28 e um separador 32. Embora o sistema 1 e o processo possam ser usados com vários plásticos, a despolimerização de PET em seu(s) intermediário(s) reativo(s) é usada como um exemplo específico aqui para descrever os sistemas e processos da presente invenção.
[0014] Partículas sólidas de plástico de resíduos de material de PET, na forma de flocos, finos ou pó, são misturadas com um solvente e um catalisador em um misturador 10 para produzir uma mistura heterogênea 12. O misturador 10 pode usar um agitador, como uma hélice 13, misturador ou outro agitador ou um solvente de recirculação para fazer a mistura. Ou a mistura pode ser pré-misturada. Exemplos de solventes adequados para uso com o sistema 1 incluem etileno glicol (EG), dietileno glicol (DEG), metanol e água. Exemplos de catalisadores adequados incluem acetato de zinco; cloreto de zinco; acetato de manganês; hidróxido de sódio; hidróxido de potássio; 1,5,7-Triazabiciclo[4,4,0]dec-5-eno (TBD); 1,8- Diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU); acetato de magnésio, 4-dimetilaminopiridina (DMAP); amina; trialquilamina; e combinações dos mesmos.
[0015] Depois que a solução é resfriada a uma temperatura abaixo de 50°C - por exemplo, uma temperatura entre cerca de 20°C e cerca de 40°C - ela é vertida em tanques de sedimentação e deixada sedimentar à temperatura ambiente por um tempo de sedimentação entre cerca de 0,5 hora e 170 horas enquanto o monômero de BHET liquefeito, os oligômeros de BHET, os monoácidos de BHET e os ésteres mistos precipitam como um produto de reação sólido 34 que se acumula no fundo dos tanques. O produto de reação sólido é então decantado do solvente. Após a decantação, o produto de reação sólido é filtrado a vácuo e, em seguida, pressionado para separá-lo adicionalmente do solvente e de qualquer água na solução. A decantação dos tanques de sedimentação, a filtragem a vácuo e a prensagem para separar o produto de reação sólido 34 na solução 24 a partir do solvente 36 é representada na Figura 1 por um separador 32. O produto de reação sólido 34 contendo monômero de BHET, oligômeros de BHET, monoácidos de BHET e ésteres mistos pode mais tarde ser repolimerizado para formar um PET virgem inovador. A centrifugação é outro exemplo de um processo de separação que pode ser usado no lugar ou além da decantação e filtração. O solvente separado 36 é recirculado de volta para o misturador 10 para reutilização.
[0016] Assim, o sistema move a mistura heterogênea 12 através de quatro zonas: Z1 - uma zona de entrada fria na qual a mistura é alimentada ao sistema pela bomba 14; Z2 -
uma zona de pré-aquecimento na qual a mistura é aquecida no pré-aquecedor 16; Z3 - uma zona de aquecimento na qual a mistura é aquecida para elevar sua temperatura até a temperatura de reação; e Z4 - uma zona de retenção na qual a mistura é mantida na temperatura de reação para completar a conversão da mistura heterogênea na solução homogênea 24. A solução homogênea 24 é movida através de uma zona de resfriamento Z5 na qual a solução homogênea é resfriada no resfriador 28 ou pela transferência de calor para a mistura heterogênea de entrada 12 no pré-aquecedor 16. A bomba 14 mantém uma taxa de fluxo contínua através do sistema que garante uma velocidade de partícula da mistura heterogênea grande o suficiente para manter as partículas em suspensão. Dessa forma, as partículas de plástico não se acomodam nas linhas e obstruem o sistema.
[0017] O impedimento da decantação das partículas de plástico fora da suspensão na mistura heterogênea 12 é crítico para a operacionalidade contínua do sistema 1. Foi descoberto que é necessário manter a mistura heterogênea 12 a uma velocidade de pelo menos 10 cm/s através do sistema 1 para manter as partículas de PET suspensas em etileno glicol durante o processo de despolimerização. O tamanho das partículas de plástico bombeadas através do sistema 1 pode variar, mas elas estão normalmente entre 0,1 pm e 20.000 pm em pelo menos uma dimensão. Para manter as partículas em suspensão, a taxa de fluxo da bomba 14 deve ser regulada para garantir uma velocidade de partícula de pelo menos 10 cm/s através do sistema 1, com catalisadores de velocidade de partícula. No entanto, outros solventes e catalisadores podem ser utilizados e fazer parte do escopo da invenção.
Dependendo do solvente utilizado, podem ser produzidos diferentes produtos de reação despolimerizados. Por exemplo, quando o etileno glicol é utilizado, o produto da reação primária será BHET. Quando dietileno glicol é utilizado, o produto da reação primária será bis(dietileno glicol) tereftalato (BDEGT). Quando o metanol é utilizado, o produto da reação primária será tereftalato de dimetila (DMT). Quando a água é utilizada, o produto da reação primária será o ácido tereftálico (TA). Por uma questão de brevidade, o sistema e o processo da presente invenção serão adicionalmente descritos na presente invenção no contexto da despolimerização de PET na presença de etileno glicol para produzir o produto de reação de BHET. No entanto, os versados na técnica reconhecerão prontamente que produtos de reação alternativos de PET podem ser produzidos de acordo com os métodos divulgados na presente invenção para usar o sistema 1 quando solventes alternativos são utilizados.
[0018] Ainda com referência às Figuras 1 e 2, a mistura heterogênea 12 pode ser bombeada através de uma série de linhas conectadas, como tubos ou canos, por uma bomba 14. De preferência, a mistura é avançada através do sistema 1 utilizando a bomba 14 apenas. Em outras modalidades, agitador(es), trado(s) e/ou extrusora(s) podem ser utilizados para complementar a bomba 14 no avanço da mistura através do sistema 1. A bomba 14 opera a uma taxa de fluxo grande o suficiente para mover a mistura 12 através do sistema 1 com uma velocidade de partícula grande o suficiente para manter as partículas de PET suspensas no solvente e para evitar que as partículas se aglomerem e obstruam as linhas. Ao operar continuamente sem parar, a bomba 14 flui a mistura heterogênea através do sistema 1 a uma taxa constante que torna a conversão de PET em BHET uma função da posição dentro do sistema 1 em vez de uma função do tempo - como em sistemas de batelada.
[0019] Um primeiro trocador de calor opcional (pré- aquecedor) 16 é usado para pré-aquecer a mistura heterogênea
12. O pré-aquecedor 16 pode aquecer a mistura heterogênea 12 por uma fonte de calor, como uma chama ou um fluido de transferência de calor circulado. Ou a solução homogênea contendo o BHET após a reação de despolimerização pode ser usada no pré-aquecedor 16 para transferir calor para a mistura heterogênea e, no processo, resfriar-se. Em modalidades que utilizam um pré-aquecedor 16, a mistura heterogênea 12 irá fluir da bomba 14, através do pré- aquecedor 16, e então a mistura heterogênea pré-aquecida 12’ irá fluir continuamente para dentro e através de uma câmara de aquecimento a jusante 18 do aparelho de aquecimento para iniciar o processo de despolimerização. Em modalidades mencionadas anteriormente com o uso de um pré-aquecedor 16, a mistura heterogênea 12 fluirá da bomba 14 diretamente e continuamente para dentro e através da câmara de aquecimento a jusante 18 do aparelho de aquecimento para iniciar o processo de despolimerização.
[0020] O aparelho de aquecimento pode compreender uma câmara de aquecimento 18 operativamente acoplada a uma fonte de aquecimento 20. A câmara de aquecimento 18 pode ser feita como um trocador de calor de reator que aumenta a temperatura da mistura heterogênea para uma temperatura de reação de pelo menos 230°C. A mistura heterogênea é aquecida no trocador de calor de reação 18 por uma fonte de calor 20. A fonte de calor 20 pode aquecer diretamente a mistura heterogênea com radiação de micro-ondas, chamas diretas, tubo aquecido eletricamente, tubo aquecido indutivamente ou ohmicamente, como alguns exemplos. Alternativamente, a fonte de calor 20 pode indiretamente aquecer a mistura heterogênea usando um fluido de transferência de calor. Em tais modalidades, a fonte de calor 20 pode aquecer diretamente o fluido de transferência de calor externo à câmara de aquecimento 18, com o fluido de transferência de calor aquecido sendo então bombeado para a câmara de aquecimento 18 em uma linha separada adjacente à linha que contém a mistura heterogênea de modo que o calor é transferido do fluido de transferência de calor para a mistura heterogênea. Em tal arranjo, o calor pode ser transferido do fluido de transferência de calor para a mistura heterogênea para iniciar a despolimerização enquanto mantém os dois fluidos separados. Exemplos de fluidos de transferência adequados são óleo quente, um fluido térmico, um sal fundido e vapor.
[0021] Um tubo de retenção 22 após a câmara de aquecimento 18 mantém a temperatura de reação por pelo menos um minuto para completar a conversão da mistura heterogênea contendo PET em uma solução homogênea 24 contendo principalmente monômero de BHET. O tubo de retenção 22 pode ser feito por um carretel isolado ou bobina de tubo ou tubulação ou como um tubo encamisado. Ou o tubo de retenção pode ser parte da câmara de aquecimento em vez de um componente independente. A reação é concluída no tubo de retenção. A solução homogênea existente contém o solvente, o catalisador gasto e PET despolimerizado na forma de um produto de reação liquefeito que inclui monômero de BEET,
oligômeros de BHET, monoácidos de BHET e ésteres mistos.
[0022] A solução homogênea 24 é bombeada continuamente através do trocador de calor de pré-aquecimento opcional 16 para se resfriar e pré-aquecer a mistura heterogênea de entrada 12. Um regulador de contrapressão 26 mantém uma pressão do sistema, por exemplo, 100 psi a 400 psi, acima da pressão de vapor do solvente na temperatura de reação.
[0023] Depois de fluir através do regulador de contrapressão 26, a solução homogênea 24 flui através de um trocador de calor de resfriamento opcional (resfriador) 28 que usa água fria ou outro fluido de transferência de calor de resfriamento de um reservatório resfriado 30 para remover qualquer excesso de calor que o pré-aquecedor 16 não recuperou acima de 20 cm/s ou 30 cm/s sendo preferido para fornecer uma margem de segurança. A velocidade da mistura heterogênea pode ser aproximada de acordo com a seguinte equação: Velocidade de Mistura Heterogênea = Taxa de Fluxo da Bomba/Área Transversal do Tubo
[0024] Assim, a taxa de fluxo da bomba pode ser ajustada igual ao produto da velocidade de partícula desejada e a área da seção transversal das linhas (tubos ou tubulações) através das quais a mistura é bombeada. Se os misturadores forem instalados nas linhas entre a bomba 14 e o regulador 26, as velocidades de partícula inferiores a 10 cm/s são possíveis sem ocorrer decantação e entupimento.
[0025] Na zona de aquecimento Z3, a câmara de aquecimento 18 aumenta a temperatura para a temperatura de reação - 230°C para PET - ou mais para iniciar a reação de despolimerização, que é concluída na zona de retenção Z4. O comprimento L do tubo de retenção 22 na zona de retenção Z4 depende de sua área de seção transversal A, da taxa de fluxo da bomba Q e o tempo de retenção T necessário na temperatura de reação para completar a reação: L = QT/A. O tempo de retenção pode variar de 5 min a 10 min ou mesmo de 1 min a 60 min. O diâmetro das linhas que atravessam as zonas é de 1 cm a 10 cm, mas pode chegar a 100 cm. Se for usada tubulação encamisada, o diâmetro da camisa pode variar de 1,1 a 5,0 vezes o diâmetro do tubo interno através do qual a mistura é bombeada.
[0026] Em certas modalidades da invenção, os sistemas e métodos podem fornecer o aquecimento da mistura heterogênea dentro da câmara de aquecimento 18 por meio de irradiação indireta de micro-ondas. Uma modalidade da zona de aquecimento (Z3) do sistema 1 utilizando irradiação indireta de micro-ondas é mostrada na Figura 3. Na modalidade representada, a câmara de aquecimento 18 do aparelho de aquecimento compreende um trocador de calor de reator de casco e tubo e a fonte de calor 20 do aparelho de aquecimento compreende um conjunto de micro-ondas. A câmara de aquecimento 18 inclui uma região de aquecimento 140 na qual a mistura heterogênea é aquecida. Nesta versão em que a câmara de aquecimento 18 é um trocador de calor de reator de casco e tubo, a região de aquecimento 140 inclui um tubo 160 que define uma passagem através da câmara de aquecimento 18 de uma porta de entrada 180 para uma porta de saída 190. O tubo 160 é feito de um material condutor de calor, como cobre ou aço inoxidável, como dois exemplos. E embora a passagem de material definida pelo tubo 160 seja ilustrada na Figura 3 como uma única passagem curta em linha reta através da câmara de aquecimento 18, uma passagem muito mais longa seguindo uma espiral multi-loop, serpentina multi-passagem ou outro caminho tortuoso para aumentar o tempo de permanência do material no trocador de calor é possível.
[0027] No exemplo de trocador de calor de casco e tubo da Figura 3, a mistura heterogênea 12’ é bombeada para dentro e através da câmara de aquecimento 18. O conduto se conecta ao tubo 160 na porta de entrada 180. O material aquecido que sai da câmara de aquecimento 18 na porta de saída 190 é transportado através de um tubo de retenção 22 para processamento a jusante, ou seja, resfriamento e recuperação. Entretanto, o fluido de transferência de calor (HTF) entra na câmara de aquecimento 18 através de uma entrada 240 e sai através de uma saída 250. Uma passagem 260 para o HTF se estende da entrada 240 até a saída 250. A passagem de HTF 260 no exemplo da Figura 3 é o volume restante no interior da câmara de aquecimento 18 não absorvido pelo tubo 160. Assim, a passagem de HTF 260 é adjacente e circunda a região de aquecimento 140 definida pela passagem de material da tubulação 160. Dessa forma, o calor é transferido do HTF para a mistura heterogênea 12'. O HTF é bombeado por uma bomba de HTF 280 através da câmara de aquecimento 18 através do conduto 300 externo à câmara de aquecimento. O conduto 300 se conecta à entrada 240 e à saída 250 em um sistema de recirculação de circuito fechado. A bomba de HTF 280 é acionada por um motor 320 cuja velocidade é controlada por uma unidade de frequência variável (VFD - “variable- frequency drive”) 340. O HTF é aquecido por um conjunto de micro-ondas que compreende um gerador de micro-ondas 380 conectado a um aplicador de micro-ondas 360 por um guia de ondas 400. Em modalidades selecionadas, o aplicador de micro- ondas 360 é o sistema de aquecimento cilíndrico CHS fabricado e vendido pela Industrial Microwave Systems, LLC, de Morrisville, NC, EUA. O HTF que passa através do aplicador 360 em um segmento de tubo transparente de micro-ondas do conduto 300 é irradiado por micro-ondas propagadas através de um guia de ondas 400 para o aplicador por um gerador de micro-ondas 380, como um magnetron. As micro-ondas aquecem o HTF à medida que passa através do aplicador 36 antes de voltar a entrar na câmara de aquecimento 18 para aquecer o material. A temperatura do HTF que entra através da entrada 240 é monitorada por um sensor de temperatura 420 que envia um sinal de temperatura para um controlador 440, como um controlador programável ou outro computador programável. O controlador 440 aumenta ou diminui a potência do micro-ondas à medida que a temperatura do HTF cai muito abaixo ou sobe muito alto. O controlador 440 também ajusta a velocidade da bomba conforme necessário, controlando o VFD 34. Como a profundidade de penetração das micro-ondas em um material dielétrico diminui com o aumento da tangente de perda dielétrica (tan δ), o diâmetro do tubo no aplicador de micro- ondas deve ser selecionado para garantir o aquecimento completo de HTF. Um gerador de micro-ondas com uma potência de saída entre 100 W e 100 kW é, de preferência, usado para irradiar o HTF no aplicador de micro-ondas para aumentar sua temperatura para aquecer o material alvo no trocador de calor.
[0028] Os sistemas e métodos descritos que utilizam irradiação indireta de micro-ondas usam um HTF que é precisamente formulado e ajustado para uma frequência de micro-ondas específica para absorver as micro-ondas com eficiência e convertê-las em calor. O aquecimento por micro- ondas depende muito das propriedades dielétricas do material que está sendo aquecido. A capacidade de um material de converter energia eletromagnética em calor depende da temperatura, da frequência de micro-ondas e do fator de perda do material (tan δ). O fator de perda é determinado pela seguinte equação: tan δ = ɛ” / ɛ' A constante dielétrica de um material (ɛ') quantifica a capacidade de um material ser polarizado por um campo elétrico. A perda dielétrica de um material (ɛ”) quantifica a capacidade do material de converter energia eletromagnética em calor. Os materiais com altos valores de tan δ são conhecidos por absorver as micro-ondas com eficiência e, portanto, facilitam o aquecimento rápido. As propriedades dielétricas (ɛ', ɛ”, e tan δ) podem mudar drasticamente com a temperatura e a frequência de micro- ondas, mas, o mais importante, com os constituintes básicos que compõem o material sendo aquecidos.
[0029] Foi descoberto que um HTF compreendendo um absorvedor de micro-ondas dissolvido em um solvente fornece um fluido com propriedades dielétricas, capacidade de bombeamento e estabilidade térmica suficientes para permitir o aquecimento indireto eficiente de um material alvo com irradiação de micro-ondas. Por exemplo, o absorvedor de micro-ondas pode compreender um sal capaz de aumentar a tangente de perda dielétrica (tan δ) do HTF e adaptando-o ao aquecimento por micro-ondas. Em uma modalidade, o absorvedor de micro-ondas compreende sais de metais alcalinos, sais de metais alcalino-terrosos, sais de amônio, sais de sódio, sais de potássio, sais de lítio, sais de rubídio, sais de césio, sais de magnésio e sais de berílio. De preferência, o absorvedor de micro-ondas compreende NaCl ou KI. Os solventes adequados e suas misturas capazes de dissolver um ou mais destes sais incluem água, etileno glicol, glicerol, etanol, metanol, propileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, oligômeros superiores de etileno glicol, silicones, polióis e eritiritol.
[0030] Em uma modalidade, a solução de HTF inclui aditivo de absorção de micro-ondas suficiente para produzir uma tangente de perda dielétrica (tan δ) entre cerca de 0,02 e 20 através de uma faixa de frequência de micro-ondas de 10 Hz a 10 GHz e especialmente nas frequências de micro-ondas comerciais de 915 MHz e 2,45 GHz. O HTF pode ainda incluir aditivos comuns, como um tampão para aumentar a vida útil ou um indicador de pH para denotar quando o HTF expirou.
[0031] Os exemplos seguintes, incluindo os experimentos conduzidos e os resultados alcançados, são fornecidos apenas para fins ilustrativos e não devem ser interpretados como limitando a presente invenção. Os testes foram realizados usando sais de metal alcalino prontamente disponíveis dissolvidos em solventes de alto ponto de ebulição; a saber, etileno glicol (ponto de ebulição = 197°C) e glicerol (ponto de ebulição = 290°C). A adição de sal melhorou as propriedades dielétricas da solução HTF resultante, de modo que a energia de micro-ondas foi absorvida e convertida em calor. Cada sal testado foi formulado a uma concentração de
0,5 mol/L para manter a mesma molaridade (número de íons) em 100 mL de solvente. Por exemplo, 2,922 gramas de cloreto de sódio (NaCl) foram dissolvidos em 100 mL de etileno glicol para dar uma molaridade de 0,5 M. Para iodeto de potássio (KI) a mesma molaridade foi alcançada com 8,300 gramas em 100 mL de etileno glicol. Exemplo 1
[0032] O Exemplo 1 demonstra o efeito da frequência de micro-ondas, seleção de absorvedor de micro-ondas e seleção de solvente na tangente de perda dielétrica (tan δ) da solução de HTF. Para comparar as propriedades dielétricas de cada formulação de 0,5 M de HTF com etileno glicol como solvente, um Hewlett-Packard 8753E Network Analyzer foi equipado com uma sonda dielétrica 9507B. A sonda foi submersa em 100 mL de cada formulação de HTF e a tangente de perda dielétrica (tan δ) foi medida a cerca de 175°C. Os resultados dos testes em frequências de micro-ondas de 915 MHz e 2,45 GHz são mostrados na Tabela A. Os testes mostram que os sais de sódio e potássio melhoraram as propriedades dielétricas mais do que os sais de lítio. Sal LiCl LiBr Lil NaCl NaBr Nal KCl KBr KI tan δ (915 MHz) 3,27 3,84 2,83 3,90 4,26 4,79 4,26 4,29 4,84 tan δ (2,45 GHz) 1,34 1,58 1,20 1,61 1,76 1,98 1,76 1,77 2,02 Tabela A
[0033] Os testes foram repetidos para os sais de sódio e potássio a 0,5 M em um solvente de glicerol de 100 mL a cerca de 250°C. Os resultados mostrados na Tabela B indicam tangentes de perda dielétrica de cerca de 1,6 e maior. Sal NaCl NaBr Nal KCl KBr KI tan δ (915 4,44 4,38 4,70 4,27 4,50 4,65 MHz)
tan δ (2,45 1,60 1,64 1,72 1,58 1,58 1,76 GHz) Tabela B
[0034] Todos os sais testados melhoraram a tangente de perda dielétrica (tan δ) das soluções de HTF resultantes. Por causa de seu baixo custo e disponibilidade imediata, o NaCl é um candidato atraente. Embora mais caro, o KI é atrativo devido à sua capacidade de inibir a corrosão do aço inoxidável na presença de uma solução ácida. Exemplo 2
[0035] O Exemplo 2 demonstra o efeito do aumento da concentração de sal na tangente de perda dielétrica (tan δ) da solução de HTF. Para estes testes, quatro sais diferentes foram adicionados ao etileno glicol a cerca de 175°C em suas solubilidades máximas. As tangentes de perda resultantes para as quatro soluções de HTF salgadas e para etileno glicol (EG) puro são mostradas na Tabela C para uma frequência de micro-ondas de 915 MHz. Sal Nal KI LiCl NaCl EG Puro Sal (g)/100mL 100 50 15 7 0 Máx. 6,67 3,01 3,54 1,20 0 Concentração de sal tan δ (915 MHz) 34,91 20,96 13,51 6,36 0,06 Tabela C Exemplo 3
[0036] O Exemplo 3 demonstra que, embora a tangente de perda dielétrica (tan δ) aumenta com a molaridade, uma faixa de molaridade entre 0,05 M e 0,5 M resulta em uma profundidade de penetração mais profunda e um aquecimento mais uniforme de HTF. Os resultados do teste tabulados nas Tabelas Dl e D2 mostram a mudança na profundidade de penetração Dp com a temperatura para concentrações de NaCl
0,1 M e 0,5 M em EG aquecido com energia de micro-ondas a 915 MHz.
Todos os valores abaixo de temperaturas de 300,0°C são medições ou valores calculados a partir das medições.
Esses valores foram usados para ajustar as curvas de profundidade de penetração em função da temperatura do fluido de HTF aos dados usando o ajuste de curva de mínimos quadrados.
As curvas foram então utilizadas para extrapolar a profundidade de penetração a 300,0°C.
Dois ajustes de curva de mínimos quadrados foram usados: (a) exponencial; e (b) lei de potência (lei quadrada, neste caso). NaCl 0,1 M a 915 MHz Temperatura Tan δ Dp (cm) (ºC) 22,5 0,629 1,642 49,7 0,351 2,644 75,0 0,307 3,093 107,0 0,381 2,657 125,7 0,437 2,379 150,3 0,620 1,811 174,9 0,872 1,396 *300,0 3,027 0,538 **300,0 4,615 0,732 Extrapolado de: *ajuste de curva exponencial **ajuste de curva de lei de potência
Tabela D1 NaCl 0,5 M a 915 MHz Temperatura (ºC) Tan δ D17 (cm) 20,2 0,804 1,425 50,3 0,642 1,575 75,5 0,810 1,293 100,1 1,126 1,003 127,1 1,688 0,759 150,1 2,455 0,605 174,0 3,894 0,472 *300,0 22,517 0,138 **300,0 25,724 0,102 Extrapolado de: *ajuste de curva exponencial **ajuste de curva de lei de potência
Tabela D2
[0037] Os resultados mostram que a concentração de 0,1 M forneceu maior profundidade de penetração do que a concentração de 0,5 M. Para um conduto com um diâmetro de 2,5 cm, as profundidades de penetração Dp para concentrações de NaCl de cerca de 0,1 M estendem-se radialmente cerca de metade do caminho para o centro. Profundidades de penetração como essas, ou seja, profundidades de penetração de cerca de um quarto do diâmetro do conduto, devem fornecer aquecimento adequado do HTF. Mas o diâmetro da tubulação transparente para micro-ondas que transporta o HTF através do aplicador de micro-ondas pode ser feito fino o suficiente para que as concentrações de sal de alta molaridade sejam totalmente aquecidas. Exemplo 4
[0038] O sistema de aquecimento indireto e os métodos descritos podem ser usados em muitas aplicações de aquecimento, incluindo processos químicos. Por exemplo, o calor desempenha vários papéis importantes nas reações químicas. Em alguns casos, as reações precisam de calor para começar a fim de iniciar a quebra das ligações entre os átomos nos reagentes. O calor também pode ditar a velocidade em que as reações ocorrem e a direção da reação.
[0039] A título de exemplo, o sistema de aquecimento indireto e os métodos da presente invenção podem ser usados para reciclar quimicamente o polietileno tereftalato (PET). O PET é um dos plásticos de consumo mais usados. Os produtos do dia-a-dia feitos de PET incluem: garrafas de água, garrafas de refrigerante, embalagens de alimentos, roupas, carpetes e enchimentos de móveis. Só os Estados Unidos consomem mais de dois milhões de toneladas de plástico PET anualmente, com demanda aumentando a cada ano. Essa demanda coloca uma pressão crescente nos aterros locais e uma carga cada vez maior sobre o meio ambiente, visto que o PET é produzido a partir de produtos petroquímicos. A glicólise do PET é um dos processos de reciclagem química mais amplamente estudados. A despolimerização do PET por glicólise envolve o aquecimento do PET e do etileno glicol na presença de um catalisador. Isso resulta na degradação do PET em um monômero reativo - monômero de bis(2-hidroxietil)tereftalato (BHET) - que pode ser purificado e polimerizado novamente para formar um PET virgem inovador.
[0040] O documento WO 2017/087752 de Parrott divulga um método para reciclar quimicamente polietileno tereftalato (PET) usando irradiação de micro-ondas e um sistema catalítico misto compreendendo um catalisador e um absorvedor de micro-ondas. No entanto, o aquecimento por micro-ondas depende muito das propriedades dielétricas do material que está sendo aquecido. Assim, a variabilidade nas características (por exemplo, pureza) e concentração do polietileno tereftalato pós-consumo (pcPET) pode levar a uma variabilidade perceptível no consumo de energia durante o processo de glicólise, uma vez que o aquecimento direto depende exclusivamente das propriedades dielétricas intrínsecas da mistura de reação heterogênea geral.
[0041] O sistema de aquecimento indireto por micro-ondas da presente invenção usa um HTF com propriedades dielétricas predeterminadas, padronizando assim a energia consumida durante o processo de aquecimento por irradiação de micro- ondas e permitindo um controle de temperatura requintado. Quando o sistema é usado para degradar quimicamente o pcPET em seu intermediário reativo, BHET, o pcPET pode primeiro ser misturado com etileno glicol e um catalisador para criar uma mistura de reação heterogênea.
Exemplos de catalisadores adequados incluem acetato de zinco, cloreto de zinco, acetato de manganês, 1,5,7-Triazabiciclo[4.4.0]dec-5-eno (TBD), 1,8- Diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU), acetato de magnésio, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, 4- dimetilaminopiridina (DMAP) e combinações desses catalisadores.
A mistura de reação heterogênea pode então ser bombeada através de uma região de aquecimento de um trocador de calor.
Entretanto, um HTF (compreendendo um absorvedor de micro-ondas dissolvido em um solvente) é aquecido por um aplicador de micro-ondas e então passado por uma primeira passagem do trocador de calor.
A primeira passagem do trocador de calor do reator (isto é, a câmara de aquecimento 18) é, de preferência, adjacente à região de aquecimento do trocador de calor, permitindo que a mistura de reação heterogênea seja aquecida pelo HTF conforme a mistura de reação passa através da região de aquecimento.
A temperatura do HTF e a taxa de fluxo através do trocador de calor podem ser ajustadas de modo que a mistura de reação seja aquecida a uma temperatura suficiente para produzir um produto de reação compreendendo BHET, no qual, por exemplo, esses parâmetros são ajustados de modo que pelo menos 90% em peso do pcPET são convertidos em BHET ou não mais de 10% em peso do pcPET são convertidos em mono(2-hidroxietil) tereftalato (MHET) nos produtos de reação.
Por exemplo, a mistura de reação pode ser aquecida a uma temperatura superior ao ponto de ebulição do etileno glicol ou a uma temperatura de pelo menos o ponto de fusão do PET.
Os monômeros de BHET e oligômeros de BHET resultantes podem então ser purificados e polimerizados novamente para formar um PET virgem inovador. E como o sal está no HTF e não na mistura do PET, evita-se a dificuldade de separá-lo do BHET.
[0042] Muitas modificações e outras modalidades das invenções aqui estabelecidas virão à mente de um versado na técnica à qual essas invenções se referem, tendo o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e nos desenhos associados. Portanto, deve ser entendido que as invenções não devem ser limitadas às modalidades específicas divulgadas e que as modificações e outras modalidades se destinam a ser incluídas no escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não para fins de limitação. No que diz respeito ao sistema divulgado que utiliza aquecimento indireto por micro-ondas em particular, outras versões e aplicações serão imediatamente imaginadas pelos versados na técnica, tais como o uso de múltiplos aplicadores para submeter o HTF a mais energia de aquecimento por micro-ondas. Solventes de ponto de ebulição inferior, como água (ponto de ebulição = 100°C), podem ser usados na solução de HTF para aquecimento de material em processos de temperatura mais baixa do que as formulações de HTF usando etileno glicol ou glicerol. Exemplos de outros solventes que podem ser usados com um ou mais dos sais no HTF incluem etanol, metanol, propileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, oligômeros superiores de etileno glicol, silicones, eritritol e polióis. Em vez de um sal dissolvido em um solvente, o HTF poderia ser composto de nanopartículas como absorvedores de micro-ondas suspensos em um fluido de base, como um solvente.
Assim, como estes poucos exemplos sugerem, o escopo das reivindicações não se destina a ser limitado às versões exemplificadoras descritas em detalhes.
Claims (8)
1. Processo para despolimerizar continuamente o plástico, o processo caracterizado pelo fato de que compreende: (a) misturar partículas sólidas de polietileno tereftalato (PET) com um solvente selecionado dentre etileno glicol (EG), dietileno glicol (DEG), metanol e água na presença de um catalisador selecionado dentre acetato de zinco, cloreto de zinco, acetato de manganês, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, 1,5,7-triazabiciclo[4.4.0]dec- 5-eno (TBD), 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU); acetato de magnésio, 4-dimetilaminopiridina (DMAP), amina e trialquilamina, para produzir uma mistura de reação heterogênea; (b) transmitir a mistura de reação heterogênea através de uma primeira seção de um primeiro trocador de calor para pré-aquecer a mistura de reação heterogênea, em que a mistura de reação heterogênea é transmitida através da primeira seção do primeiro trocador de calor a uma taxa de fluxo predeterminada suficiente para manter uma velocidade de partícula acima de 30 cm/s para evitar que as partículas sólidas de plástico saiam da suspensão; (c) transmitir a mistura de reação heterogênea pré- aquecida na taxa de fluxo predeterminada para uma região de aquecimento de uma câmara de aquecimento; (d) aquecer a mistura de reação heterogênea dentro da região de aquecimento da câmara de aquecimento com uma fonte de calor que aquece indiretamente a mistura heterogênea usando um fluido de transferência de calor a uma temperatura de reação de 230°C ou superior para iniciar a conversão da mistura de reação heterogênea em uma solução de reação homogênea compreendendo um produto de reação liquefeito, o referido produto de reação liquefeito compreendendo monômero de bis(2-hidroxietil)tereftalato (BHET); (e) transmitir a solução de reação homogênea através de uma segunda seção do primeiro trocador de calor para resfriar a solução de reação homogênea a uma temperatura abaixo de 50°C; (f) transmitir a solução de reação homogênea para um tanque de sedimentação e permitir sedimentar por um tempo de sedimentação entre 0,5 hora e 170 horas para permitir que o produto de reação liquefeito se converta em um produto de reação sólido e precipite da solução de reação homogênea resfriada; e em que o processo compreende ainda a etapa de manter uma pressão do sistema acima de uma pressão de vapor do solvente à temperatura de reação para evitar que o solvente evapore.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa (d), o produto de reação liquefeito contém adicionalmente oligômeros de BHET, monoácidos de BHET e ésteres mistos.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após a etapa (d), o processo compreende ainda transmitir a mistura de reação heterogênea na taxa de fluxo predeterminada para um tubo de retenção e manter a mistura de reação heterogênea na temperatura de reação dentro do tubo de retenção por pelo menos um minuto a fim de completar a conversão da mistura de reação heterogênea na solução de reação homogênea compreendendo o produto de reação liquefeito.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após a etapa (e), o processo compreende ainda transmitir a solução de reação homogênea até um segundo trocador de calor para resfriar adicionalmente a solução de reação homogênea a uma temperatura abaixo de 50°C.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (f) compreende ainda: separar o produto de reação sólido do solvente por decantação, filtração, centrifugação e prensagem.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após a etapa (j), o processo compreende ainda transmitir o solvente separado para um misturador para produzir uma mistura de reação heterogênea inovadora.
7. Sistema adequado para a despolimerização contínua de polietileno tereftalato (PET), o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um misturador para produzir uma mistura de reação heterogênea compreendendo partículas sólidas de plástico suspensas em um solvente; (b) uma bomba acoplada hidraulicamente ao misturador, em que a bomba é posicionada a jusante do misturador e funciona para transmitir a mistura de reação heterogênea através do sistema a uma taxa de fluxo predeterminada suficiente para manter uma velocidade de partícula de pelo menos 30 cm/s, a fim de evitar que as partículas sólidas de plástico se sedimentem fora da suspensão; (c) um primeiro trocador de calor posicionado a jusante da bomba e tendo uma seção de resfriamento e uma seção de aquecimento, em que a seção de aquecimento do primeiro trocador de calor está adaptada para pré-aquecer a mistura de reação heterogênea; (d) um aparelho de aquecimento compreendendo uma câmara de aquecimento com uma fonte de calor configurada para aquecer indiretamente a mistura heterogênea usando um fluido de transferência de calor (HTF), a câmara de aquecimento incluindo uma passagem de material tendo uma entrada fluidicamente acoplada a uma saída da seção de aquecimento do primeiro trocador de calor, em que a passagem de material define uma região de aquecimento adaptada para aquecer a mistura de reação heterogênea a pelo menos uma temperatura de reação suficiente para iniciar a conversão da mistura de reação heterogênea em uma solução de reação homogênea compreendendo um produto de reação liquefeito; (e) um tubo de retenção adaptado para manter a mistura de reação heterogênea igual ou superior à temperatura de reação, a fim de completar a conversão da mistura de reação heterogênea em uma solução de reação homogênea, o tubo de retenção tendo uma entrada de tubo e uma saída de tubo, em que a entrada de tubo é fluidicamente acoplada a uma saída da passagem de material da câmara de aquecimento, e em que a saída de tubo é fluidicamente acoplada a uma entrada da seção de resfriamento do primeiro trocador de calor; (f) um segundo trocador de calor adaptado para resfriar a solução de reação homogênea, o segundo trocador de calor compreendendo uma seção de resfriamento tendo uma entrada fluidicamente acoplada a uma saída da seção de resfriamento do primeiro trocador de calor; e
(g) um tanque de sedimentação adaptado para receber a solução de reação homogênea resfriada e permitir que o produto de reação liquefeito se converta em um produto de reação sólido e precipite a partir da solução de reação homogênea resfriada.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o aparelho de aquecimento compreende ainda: (a) a câmara de aquecimento compreendendo ainda uma passagem de HTF adjacente à passagem de material, em que a passagem de HTF compreende uma primeira entrada e uma primeira saída; (b) um conduto de HTF tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, em que a primeira extremidade do conduto de HTF está conectada à primeira entrada da passagem de HTF, e em que a segunda extremidade do conduto de HTF está conectada à primeira saída da passagem de HTF; (c) um conjunto de micro-ondas incluindo um aplicador de micro-ondas, em que o aplicador de micro-ondas está adjacente ao conduto de HTF; e (d) um fluido de transferência de calor disposto dentro do conduto de HTF e adaptado para ser aquecido pelo aplicador de micro-ondas, em que o fluido de transferência de calor inclui um solvente e um absorvedor de micro-ondas.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862734421P | 2018-09-21 | 2018-09-21 | |
| US62/734,421 | 2018-09-21 | ||
| US201962831787P | 2019-04-10 | 2019-04-10 | |
| US62/831,787 | 2019-04-10 | ||
| PCT/US2019/052263 WO2020061521A1 (en) | 2018-09-21 | 2019-09-20 | Process and system for depolymerizing plastic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112021005423A2 true BR112021005423A2 (pt) | 2021-06-15 |
| BR112021005423B1 BR112021005423B1 (pt) | 2024-04-02 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7162743B2 (ja) | 2022-10-28 |
| WO2020061521A8 (en) | 2021-04-15 |
| ES2943839T3 (es) | 2023-06-16 |
| CN118142459A (zh) | 2024-06-07 |
| CA3113666A1 (en) | 2020-03-26 |
| EP3853298A1 (en) | 2021-07-28 |
| UA126995C2 (uk) | 2023-03-01 |
| US20210332215A1 (en) | 2021-10-28 |
| US11396588B2 (en) | 2022-07-26 |
| WO2020061521A9 (en) | 2021-06-03 |
| MX2021003133A (es) | 2021-06-23 |
| PT3853298T (pt) | 2023-05-23 |
| WO2020061521A1 (en) | 2020-03-26 |
| CN112739756B (zh) | 2024-02-20 |
| EP4219609A1 (en) | 2023-08-02 |
| CN112739756A (zh) | 2021-04-30 |
| CA3113666C (en) | 2023-12-19 |
| JP2022502556A (ja) | 2022-01-11 |
| US20220315727A1 (en) | 2022-10-06 |
| US11981779B2 (en) | 2024-05-14 |
| PL3853298T3 (pl) | 2023-06-19 |
| EP3853298B1 (en) | 2023-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7162743B2 (ja) | プラスチックを解重合するためのプロセスおよびシステム | |
| JP4145335B2 (ja) | マイクロ波を応用した化学反応装置 | |
| US8680349B2 (en) | Apparatus for conducting thermolysis of plastic waste in a continuous manner | |
| EP3765559B1 (en) | Method of obtaining terephthalic acid from waste polyethylene terephthalate | |
| JP6393344B2 (ja) | ナノ粒子の製造方法及び製造装置ならびにそれによって製造したナノ粒子 | |
| PT2705117T (pt) | Processo e dispositivo para o processamento energeticamente eficiente de depósitos secundários | |
| US11639431B2 (en) | Process and system for depolymerizing plastic | |
| JP2024028617A (ja) | 廃プラスチックの解重合のためのプロセスおよびシステム | |
| JP4118446B2 (ja) | 熱可塑性ポリエステルの分解処理装置及び分解処理方法 | |
| BR112021005423B1 (pt) | Processos para despolimerizar continuamente o plástico e sistemas adequados para a despolimerização contínua de polietileno tereftalato (pet) | |
| JPS6323824B2 (pt) | ||
| Shibatani et al. | Intensified nanoparticle synthesis using hybrid microwave and ultrasound treatments: consecutive and concurrent modes | |
| JPWO2005103131A1 (ja) | 熱硬化性樹脂の分解方法 | |
| US20110253707A1 (en) | Microwave heating device and its application in chemical reactions | |
| US20220017435A1 (en) | Dimerization of cyclopentadiene using shell & tube heat exchanger | |
| KR102041328B1 (ko) | 폴리알킬렌 카보네이트의 제조 방법 | |
| JP2009051967A (ja) | プラスチックの分解装置とそれを用いたプラスチックの分解・回収方法 | |
| JPS6225137B2 (pt) | ||
| JP2013212474A (ja) | 気体分離装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06W | Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 20/09/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |