CN110945065A - 用于pet糖酵解的处理设施和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将包含片状PET的材料(2)转化成经解聚材料(3)的处理设施(1)，该处理设施包括第一处理单元(10)，该第一处理单元具有：用于供给包括片状PET的材料(2)的第一材料入口(11)；用于输出包括熔融PET的半成品材料(4)的第一单元出口(12)；在所述第一单元入口(11)与所述第一单元出口(12)之间的第一单元路径(14)；沿着所述第一单元路径(14)布置的压缩和混合设备(20)；处理液体(31)的注入设备(30)，通向沿着所述第一单元路径(14)的注入点(32)。

Description

用于PET糖酵解的处理设施和方法

技术领域

本发明涉及用于将包括片状PET的材料转化成经解聚材料的处理设施(plant，车间、工厂、成套机械、成套装备)，以及用于将包括片状PET的材料转化成经解聚材料的处理方法。

背景技术

从城市废弃物中取出(subtract，减去、扣掉)可回收材料并将它们转化成新的原材料以生产新产品的需求是众所周知的。

用于制造水瓶和其他容器的PET或聚对苯二甲酸乙二醇酯是可回收材料中让人感兴趣的。

根据已知技术，将这样的瓶或容器与废弃物分离并压碎成约5至15mm的片。

已知技术还设想将片状PET布置在包括电阻器的熔融容器中，该熔融容器适于使片状PET熔融，使其温度达到约250℃。将一定量的乙二醇与片状PET一起，以相对于总重量的约50％的重量的量引入熔融容器中。

将熔融PET和乙二醇的液体混合物保留在熔融容器内达至少四个小时。

这种热处理的结果是最初引入的PET的解聚，即PET的聚合链断开并将它们分离成单体。

根据已知技术可以将这种经解聚材料供应到新的聚合生产线，以便获得新的聚合材料，例如PET。

然而，上述现有技术隐含有许多缺点。

例如，前述经解聚处理以离散的时间周期进行，每个时间周期持续至少四个小时。此外，该处理在填充和排空熔融容器时需要停机时间，该停机时间不能处于PET在熔融容器内的保持时间附近。

因为生产的这种周期性趋势与加热容器的容积紧密相关，考虑到处理时间将相当长，即至少四个小时，所以生产的这种周期性趋势与所需要的高生产率是相对立的。此外，周期性趋势在设施中引起也是周期性的热应力和机械应力，以非连续的方式对设施本身的部件施加应力并减少设施的寿命。

现有技术的另一个缺点是，它不能从被废弃物颗粒“污染”的片状PET开始获得高纯度的经解聚产品。实际上，已知系统中涉及的低压不能过滤经解聚材料来将该经解聚材料与污染物分离。

现有技术的另一个缺点是需要大量的能量来加热熔融容器，以使容纳在该熔融容器中的PET达到约250℃的温度，并在至少四个小时的整个处理持续时间中保持这种温度。

特别地，这样的已知方案不能从包括低纯度的片状PET的材料获得高纯度的经解聚材料，并且不能以低能耗获得高生产率。

发明内容

本发明的目的是设想和使用于处理片状PET以获得经解聚材料的设施和方法可用，上述设施和方法使得可以满足前述需求并且可以至少部分地克服以上关于现有技术所描述的缺点。

特别地，本发明的任务是使用于处理片状PET以获得经解聚材料的设施和方法可用，上述设施和方法使得可以接收纯度不高的、特别是存在待分离的无关成分的片状PET，同时输出具有高纯度的经解聚材料。

本发明的另一个目的是使用于处理片状PET以获得经解聚材料的设施和处理方法可用，上述设施和处理方法能够供应持续高的每小时生产率。

本发明的另一目的是使用于处理片状PET以获得经解聚材料的设施和处理方法可用，上述设施和处理方法能够需要相对于根据现有技术所需要的能量显著减少的量的能量。

这些和其他目的和优点通过根据独立权利要求的设施和方法实现。

其他目的、方案和优点存在于以下描述的实施方式中，并在从属权利要求中要求保护。

附图说明

下面将参考所附附图，通过以非限制性示例的方式描述一些实施方式来说明本发明，在附图中：

-图1图示性地例示了根据本发明的用于将包括片状PET的材料转化成经解聚材料的处理设施。

具体实施方式

参考附图，通过附图标记1表示了作为一整体的根据本发明的用于将包括片状PET的材料转化成经解聚材料的处理设施。

其中，片状PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料旨在表示被缩减(reduced，碾碎、缩减、分解)成主要沿着两个方向延伸的薄碎片的PET材料，优选地通过将使用过的PET容器例如PET瓶破碎或压碎来获得该薄碎片。

换言之，通过回收PET容器获得包括片状PET的材料。

包括片状PET的材料也可以包括颗粒状PET，例如未使用过的或还被回收的颗粒状PET。

在优选的形式中，包括片状PET的材料是一混合物，该混合物包括一部分的来自回收的片状PET和一部分的未使用过的颗粒状PET。

未使用过的颗粒状PET意指未被回收过的颗粒状PET。

其中，经解聚材料旨在意指其中PET聚合链被减小成单体的材料。这种材料优选地在环境温度下为液体。

其中，PET糖酵解旨在意指PET聚合链的化学键断裂以从其获得多个单体的过程。

设施1包括第一处理单元10和布置在该第一单元10下游的第二处理单元50。

第一处理单元10具有：第一单元入口11，用于供给包括片状PET的材料2；第一单元出口12，用于输出包括熔融PET的半成品材料4；以及在所述第一单元入口11与所述第一单元出口12之间的第一单元路径14。

第一单元还包括沿着第一单元路径14布置的压缩和混合设备20。

压缩和混合设备20包括挤压机设备。

挤压机设备优选为螺杆挤压机。

螺杆挤压机设备通过使螺杆相对于挤压机的内室转动来对包括PET片的材料进行压缩该螺杆被布置在挤压机中并在该挤压机中转动。可以改变螺杆和内室的几何形状，以便优化对螺杆与室之间被压缩的片状PET由于压缩本身而期望的熔融效果。

另外，可以改变挤压机的螺杆的数量以便优化结果。

根据优选的实施方式，螺杆挤压机是包括两个共贯穿的平行螺杆的类型或者是双螺杆挤压机。

至少在运行的开始步骤中，可能需要加热该压缩设备20或挤压机。

在这种情况下，挤压机可以包括未在附图中示出的挤压机加热装置，例如包括电阻器和/或包括燃料加热器和/或包括热交换器。

根据可能的实施方式，挤压机加热装置包括被布置成与第二处理单元的出口52热接触的集热设备。

根据实施方式，第一处理单元10被构造成输出具有预定半成品材料温度的、包括熔融PET的半成品材料。

根据优选的实施方式，前述对于预定半成品材料温度被包括在230℃至280℃之间，并且甚至更优选为约250℃。

以这种方式，有利地获得的是，半成品材料温度保持足够远离临界温度值，诸如为340℃的PET分解温度。

第一处理单元10还包括注入设备30，该注入设备用于引入处理液体31，以将该处理液体通向沿着第一单元路径14的注入点32。

注入设备30将处理液体31通过注入点引入到包括片状PET的材料中和/或引入到已经熔融的PET中，其由于压缩和混合设备20的运行而沿着第一单元路径14运送。

根据一实施方式，注入点32通向挤压室中。在该情况下，螺杆的转动除了压缩PET之外，还将该PET与前述处理液体混合。

根据一实施方式，注入点32被布置在第一单元出口12附近。在这种情况下，在挤压机内部端区域——其中熔融PET的温度和压力较高——将处理液体31添加到熔融PET中。

根据一实施方式，前述压缩和混合设备20，特别是挤压机，被构造成使前述在第一单元出口12附近的熔融PET的压力达到在80至120bar之间的值，优选为约100bar。

根据该实施方式，沿着第一单元路径14引入处理液体31，优选地在第一单元出口12附近引入该处理液体，该处理液体在第一单元出口12附近具有与前述熔融PET的温度和压力值接近的压力和温度值。

为此目的，根据一实施方式，注入设备30包括用于向处理液体31提供预定压力值的泵式压缩机33。

由于以上解释的原因，预定压力值被包括在80bar至120bar之间，优选为约100bar。

根据一实施方式，注入设备30还包括配量(dose，定量)设备34，该配量设备适于根据相对于包括片状PET的材料和处理液体31的总重量的预定重量百分比来供应所述处理液体。

根据一实施方式，前述重量百分比被包括在35％至65％之间，优选为约50％。

注入的处理液体31的温度应当与注入点32附近的熔融PET的温度值接近。

由于这些原因，根据一实施方式，注入设备30包括用于加热该处理液体的加热装置35，优选地具有被包括在230℃至280℃之间的温度，甚至更优选为具有约250℃的温度。

根据优选的实施方式，这种处理液体包括乙二醇。

如果处理液体包括乙二醇或者处理液体是乙二醇，则前述温度是特别有利的，因为该温度远离乙二醇的约110℃的火焰温度、远离乙二醇的约138℃的沸点温度并且远离乙二醇的约410℃的自燃温度。

如上所述，通过在前述温度、压力和重量百分比条件下将PET与乙二醇一起压缩和混合获得的特别重要的优点在于，以这种方式使已经在第一处理单元内或至少在第一单元出口12附近的PET开始了部分的解聚反应，以从第一处理单元10提供包括熔融的、部分经解聚的PET的半成品材料。

乙二醇有助于使PET的聚合链断裂成单一的单体，以获得经解聚材料。

根据一实施方式，第一处理单元10包括沿着第一单元路径14布置的排气设备40。排气设备40适于从第一处理单元10中运送的PET中去除气体和蒸气，气体和蒸气在压缩和混合期间与PET分离。实际上，由于摩擦，压缩PET会使其温度升高。

排气设备40包括在第一单元路径14与外部之间的气体抽取通道。

根据一实施方式，排气设备40与压缩和混合设备20相关联，例如，该排气设备与挤压机20相关联。

根据一实施方式，排气设备40包括在挤压机的内室与外部之间延伸的通道。

根据一实施方式，排气设备40设置于第一单元入口11与第一单元出口12之间。

根据一实施方式，排气设备40设置于第一单元入口11与注入设备30之间。

排气设备40的存在是特别有利的，因为它使得可以将具有甚至约1％至2％的湿度值的潮湿PET片引入设施1中。

根据一实施方式，第一处理单元10包括布置在所述第一单元出口12处的过滤器36。

根据一实施方式，过滤器36包括具有预定网目值的至少一个格栅。

这种过滤器36使得可以将粗粒的(coarse，粗糙的)无关体与包括熔融PET的半成品材料产品分离，并且可以从第一处理单元输出大致上液态的材料。

根据一实施方式，处理设施1包括第二处理单元50，该第二处理单元布置在第一处理单元10的下游，并且该第二处理单元具有：用以接收包括熔融PET的所述半成品材料4的第二单元入口51；用以输出所述经解聚材料3的第二单元出口52；以及在第二单元入口51与第二单元出口52之间的第二单元路径54。

根据一实施方式，第二单元路径54包括至少一个积聚罐56、57，该至少一个积聚罐与第二处理单元入口51流体连接并且与所述第二处理单元的出口52流体连接。

根据一实施方式，第二单元路径54包括用于将所述第二单元路径54的温度保持在预定温度值的装置55。

第二单元入口51与第一单元出口12连接。

根据一实施方式，温度保持装置55包括至少部分地包封第二单元路径54的绝缘层61。

根据一实施方式，该至少一个积聚罐56、57包括用于通过密度差将污染物——例如除PET以外的塑料——与熔融PET分离的装置。

例如，这种装置使该至少一个贮存罐56、57具有布置在第一高度处的罐入口51、59和布置在第二高度处的罐出口58、52，该第一高度和该第二高度两者都是相对于同一搁置平面在竖向上测得的，其中，第一高度与所述第二高度不同。

实际上，熔融PET具有比其他熔融塑料或不同于熔融PET的其他成分低的密度值；因此，熔融PET倾向于漂浮，而污染物倾向于积聚在该至少一个罐56、57的底部。

根据一实施方式，该至少一个罐包括布置在该至少一个罐的底部的排放部(附图中未示出)，该排放部使得可以去除积聚的污染物。

根据一实施方式，该至少一个积聚罐56、57包括彼此串联布置的至少两个积聚罐56、57，例如，至少一个积聚罐56、57由串联布置的两个积聚罐组成。

根据一实施方式，所述至少一个罐56、57中的至少一个罐或两个罐具有被包括在800至1200升之间的预定容积，优选为约1000升。

根据一实施方式，所述至少一个罐56、57中的所述罐或每个罐包括混合器62，该混合器适于对所述至少一个罐56、57中的所述罐或每个罐内的包括熔融PET的材料进行混合。

根据一实施方式，设施1包括热传递装置37，该热传递装置与所述第二单元50热连接并且与所述第一单元10热连接，用于将一定量的热从所述第二单元50传递到所述第一单元10。

根据一实施方式，热传递装置37包括用于加热处理液体的所述加热装置35，并且包括与所述第二单元出口52热连接的集热装置38，所述集热装置38与所述加热装置彼此热连接。

根据一实施方式，加热装置35和集热装置38包括至少一个热交换器。

根据一实施方式，加热装置35包括与所述注入设备30热接触的第一热交换器35'，并且集热装置38包括第二热交换器38'，并且其中，第一热交换器35'与第二热交换器38'通过供应和返回管39彼此热连接，以在所述第一热交换器35'与所述第二热交换器38'之间实施热传递装置，例如液体。

根据本发明的另一方面，通过将包括片状PET的材料2转化成经解聚材料3的处理方法，满足了前述的和其他的目的和优点。

可以通过如上所述的用于将包括片状PET的材料2转化成经解聚材料3的处理设施1来实现这种方法。

该方法包括设置第一处理单元10的步骤，该第一处理单元具有：第一单元入口11，该第一单元入口用于供给包括片状PET的材料2；第一单元出口12，该第一单元出口用于输出包括熔融PET的半成品材料4；在所述第一单元入口11与所述第一单元出口12之间的第一单元路径14；沿着所述第一单元路径14布置的压缩和混合设备20，优选为挤压机设备；注入设备30，该注入设备用于注入处理液体，以将该处理液体通向沿着所述第一单元路径14的注入位置32。

此外，根据一实施方式，该方法包括设置第二处理单元50的步骤，该第二处理单元具有：用于接收包括熔融PET的所述半成品材料4的第二单元入口51，以及用于输出所述经解聚材料3的第二单元出口52；在所述第二单元入口51与所述第二单元出口52之间的第二单元路径54，所述第二单元入口51与所述第一单元出口12连接。

该方法还包括下述步骤：通过所述第一单元入口11将所述包括片状PET的材料2供给到所述第一单元10中；在所述压缩和混合设备20中，优选地在挤压机设备中，将所述包括片状PET的材料2压缩并同时进行混合直到熔融；通过沿着所述第一单元路径14的所述注入点32注入处理液体31；通过所述第一单元出口12输出包括熔融PET的所述半成品材料4。

根据一实施方式，该方法还包括下述步骤：通过所述第二单元入口51将包括熔融PET的所述半成品材料4供给到所述第二处理单元50中；使包括熔融PET的所述半成品材料4沿着所述第二单元路径54，优选地在所述至少一个积聚罐内，优选地保持在预定温度，以获得所述经解聚材料3；通过所述第一单元出口52输出所述经解聚材料3。

优选地，使包括熔融PET的半成品材料4在第二单元路径54内，优选地在至少一个积聚罐内，保持一段时间，以便完成所述半成品材料的经解聚反应，以获得所述经解聚材料。

根据一实施方式，注入该处理液体31的步骤包括下述步骤：预防性地(preventively，有防备地、采取预防措施地)将处理液体31压缩到预定压力值；以及根据相对于片状PET 2和处理液体31的总重量的预定重量百分比对处理液体进行配量。

根据一实施方式，注入处理液体31的步骤包括将处理液体31加热到预定温度值的步骤。

根据一实施方式，输出包括熔融PET的所述半成品材料3的步骤包括下述步骤：对包括熔融PET的所述半成品材料3进行过滤，优选地在所述至少一个积聚罐的下游对其进行过滤。

根据一实施方式，该方法包括下述步骤：沿着所述第二单元路径54或在所述第二单元路径的末端处，将污染成分与所述经解聚材料3分离。

根据一实施方式，第二单元路径54包括至少一个积聚罐56、57，该至少一个积聚罐与第二处理单元入口51流体连接并且与所述第二处理单元的出口52流体连接。

优选地，该分离步骤因为经解聚材料与所述污染成分之间的密度差而发生在该至少一个积聚罐56、57中。

根据一实施方式，该方法包括下述步骤：将一定量的热从第二处理单元的出口52传递到处理液体31的注入设备30。

在不背离所附权利要求的保护范围的情况下，本领域技术人员可以对上述设备的实施方式做出改变和修改，或者可以用功能上等效的其他元件来替换元件，以满足视情况而定的需求。属于可能的实施方式的所有上述特征可以独立于所描述的其他实施方式来实现。

在不背离本发明的范围的情况下，用于产生所描述的各种功能的装置和材料可以具有各种性质。

值得注意的是，使用的术语或表达方式仅是描述性的，并且因此是非限制性的。

在这里和/或在方法的任何步骤中描述的所有特征可以组合成除了这样的特征和/或阶段中的至少一些特征和/或阶段在其中相互排斥的组合形式以外的任何组合形式。

Claims (24)

1.一种用于将包括片状PET的材料(2)转化成经解聚材料(3)的处理设施(1)，包括：

-第一处理单元(10)，所述第一处理单元具有：第一单元入口(11)，所述第一单元入口用于供给所述包括片状PET的材料(2)；第一单元出口(12)，所述第一单元出口用于输出包括熔融PET和经解聚PET的半成品材料(4)；在所述第一单元入口(11)与所述第一单元出口(12)之间的第一单元路径(14)；沿着所述第一单元路径(14)布置的挤压设备(20)；用于处理液体(31)的注入设备(30)，通向沿着所述第一单元路径(14)的注入点(32)。

2.根据权利要求1所述的处理设施，包括：

-布置在所述第一处理单元(10)下游的第二处理单元(50)，所述第二处理单元具有：第二单元入口(51)，所述第二单元入口用于接收包括熔融PET和经解聚PET的所述半成品材料(4)；以及用以输出所述经解聚材料(3)的第二单元出口(52)；在所述第二单元入口(51)与所述第二单元出口(52)之间的第二单元路径(54)，所述第二单元入口(51)与所述第一单元出口(12)连接。

3.根据至少一项前述权利要求所述的处理设施(1)，其中，所述注入设备(30)包括：泵式压缩机(33)，所述泵式压缩机用于以预定压力值提供所述处理液体(31)；以及配量设备(34)，所述配量设备适于根据相对于所述包括片状PET的材料与处理液体的总重量的重量百分比来提供所述处理液体(31)。

4.根据至少前一权利要求所述的处理设施(1)，其中，所述处理液体(31)包括乙二醇。

5.根据权利要求3或4所述的处理设施(1)，其中，所述预定压力值被包括在80bar至120bar之间，优选为约100bar。

6.根据权利要求3至5中至少一项所述的处理设施(1)，其中，预定重量百分比被包括在35％至65％之间，优选为约50％。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的处理设施(1)，其中，所述第一处理单元(10)包括布置在所述第一单元出口(12)处的过滤器(36)。

8.根据至少一项前述权利要求所述的处理设施，其中，所述第二单元路径(54)包括用于将所述第二单元路径(54)的温度保持在预定温度值的装置(55)。

9.根据权利要求2至8所述的处理设施，其中，所述第二单元路径(54)包括用于包括熔融PET的所述半成品材料(4)的至少一个积聚罐(56、57)。

10.根据权利要求9所述的处理设施(1)，其中，所述至少一个积聚罐(56、57)包括用于通过密度差将污染物与所述熔融PET分离的重力分离装置。

11.根据权利要求10所述的处理设施，其中，所述重力分离装置包括：所述至少一个罐(56、57)的被布置在第一高度处的罐入口(51、59)，以及所述至少一个罐(56、57)的被布置在第二高度处的罐出口(58、52)，所述第一高度和所述第二高度两者都是相对于同一搁置平面在竖向上测得的，其中，所述第一高度与所述第二高度不同。

12.根据至少一项前述权利要求所述的处理设施，其中，所述第二单元路径(54)包括用于将杂质与所述经解聚材料(3)分离的过滤装置。

13.根据至少一项前述权利要求所述的处理设施(1)，其中，所述注入设备(30)包括用于加热所述处理液体的加热装置(35)。

14.根据至少一项前述权利要求所述的处理设施(1)，包括热传递装置(37)，所述热传递装置与所述第二单元(50)热连接并且与所述第一单元(10)热连接，用于将一定量的热从所述第二单元(50)传递到所述第一单元(10)。

15.根据权利要求14所述的处理设施(1)，其中，所述热传递装置(37)包括：用于加热所述处理液体的所述加热装置(35)；以及与所述第二单元出口(52)热连接的集热装置(38)，所述集热装置(38)与所述加热装置彼此热连接。

16.根据权利要求15所述的处理设施(1)，其中，所述加热装置(35)和所述集热装置(38)包括至少一个热交换器。

17.一种用于将包括片状PET的材料(2)转化成经解聚材料(3)的处理方法，包括下述步骤：

-设置第一处理单元(10)，所述第一处理单元具有：第一单元入口(11)，所述第一单元入口用于供给所述包括片状PET的材料(2)；第一单元出口(12)，所述第一单元出口用于输出包括熔融PET的半成品材料(4)；在所述第一单元入口(11)与所述第一单元出口(12)之间的第一单元路径(14)；沿着所述第一单元路径(14)布置的挤压机设备(20)；用于处理液体的注入设备(30)，通向沿着所述第一单元路径(14)的注入点(32)；

-通过所述第一单元入口(11)将所述包括片状PET的材料(2)供给到所述第一单元(10)中；

-通过所述挤压机设备(20)将所述包括片状PET的材料(2)压缩并同时进行混合直到熔融；

-通过沿着所述第一单元路径(14)的所述注入点(32)注入所述处理液体(31)；

-通过所述第一单元出口(12)输出包括熔融PET的所述半成品材料(4)。

18.根据权利要求17所述的处理方法，包括以下步骤：

-设置第二处理单元(50)，所述第二处理单元具有：第二单元入口(51)，所述第二单元入口用于接收包括熔融PET的所述半成品材料(4)；以及用于输出所述经解聚材料(3)的第二单元出口(52)；在所述第二单元入口(51)与所述第二单元出口(52)之间的第二单元路径(54)，所述第二单元入口(51)与所述第一单元出口(12)连接。

-通过所述第二单元入口(51)将包括熔融PET的所述半成品材料(4)供给到所述第二处理单元(50)中；

-使包含熔融PET的所述半成品材料(4)保持在所述第二单元路径(54)中，以获得所述经解聚材料(3)；

-通过所述第一单元出口(52)输出所述经解聚材料(3)。

19.根据权利要求17所述的处理方法，其中，注入所述处理液体(31)的步骤包括下述步骤：预防性地将所述处理液体(31)压缩到预定压力值；以及根据相对于片状PET(2)与处理液体(31)的总重量的预定重量百分比对所述处理液体进行配量。

20.根据权利要求19所述的处理方法，其中，注入所述处理液体(31)的步骤包括将所述处理液体(31)加热到预定温度值的步骤。

21.根据权利要求17至20中至少一项所述的处理方法，其中，输出包括熔融PET的所述半成品材料(3)的步骤包括对包括熔融PET的所述半成品材料(3)进行过滤的步骤。

22.根据权利要求18至21中至少一项所述的处理方法，包括下述步骤：沿着所述第二单元路径(54)或在所述第二单元路径的末端处将污染成分与所述经解聚材料(3)分离。

23.根据权利要求22所述的处理方法，其中，所述分离的步骤由于所述污染成分的密度与所述经解聚材料的密度之间的密度差而发生。

24.根据权利要求18至23中至少一项所述的处理方法，包括下述步骤：将一定量的热从所述第二处理单元出口(52)传递到所述处理液体(31)的所述注入设备(30)。

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