EP1631538A1 - Depolymerization method and device - Google Patents

Depolymerization method and device

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Publication number
EP1631538A1
EP1631538A1 EP04722182A EP04722182A EP1631538A1 EP 1631538 A1 EP1631538 A1 EP 1631538A1 EP 04722182 A EP04722182 A EP 04722182A EP 04722182 A EP04722182 A EP 04722182A EP 1631538 A1 EP1631538 A1 EP 1631538A1
Authority
EP
European Patent Office
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reactor
polymer material
spherical particles
lock chamber
monomer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04722182A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Egbert Schöla
Mojmir Ruzicka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Roehm GmbH Darmstadt
Original Assignee
Roehm GmbH Darmstadt
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01J2219/194Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1943Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped cylindrical

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for the recovery of monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid, of styrene and / or of monomeric styrene derivatives from polymer material having corresponding structural units.
  • Acrylate polymers which mainly include acrylic glasses made from polymethyl methacrylate (PMMA), are used, among other things, to manufacture durable consumer goods. Molding processes are often used for this purpose, in the course of which waste polymer is obtained. For this reason, but also for the recycling of used polymeric waste materials, it makes sense to process it. The same applies to polystyrene and to styrene-containing copolymers and to their processing. Acrylate polymers, especially PMMA, polystyrene and styrene-containing copolymers can advantageously be completely broken down into corresponding monomers again at certain temperatures and pressures.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • a movement device is provided for moving a material to be moved that has the spherical particles and the polymer material in the reactor.
  • the surprising effect of the spherical particles to the depolymerization is probably due to the fact that the balls (z. B. Heating and / or moving means) particularly easily against each other, against 0 surfaces of the reactor and any disposed therein means against differently shaped particles as well as against the polymeric material are displaceable and therefore mix particularly well with one another and with parts of the polymer material. Therefore, an effective heat transfer from the heater to the polymer material and a largely homogeneous temperature distribution can be achieved at least in some areas of the reactor space.
  • the diameter of the balls is in the range from 0.075 mm to 0.25 mm, preferably in the range from 0.1 to 0.2 mm.
  • the individual has in this size range Ball on the one hand still has a considerable heat capacity for depolymerization and on the other hand - like a particle of a liquid - it is particularly easy to move.
  • the movement device can have different configurations. In particular, all variants familiar to the person skilled in the art come into consideration, such as, for. B. moving or rotating walls or moving other parts of the reactor.
  • the movement device can also have, for example, a part or more parts which carry out a mechanical oscillation and / or a continuously continued linear (also curved) movement and thereby generate and / or maintain a movement of the material to be moved in the reactor. Movement devices with one or more rotating shafts, which are in particular provided with blade-like curved and / or other mixing tools, are preferred.
  • the wave (s) can be z. B. extend in the horizontal or vertical direction. Favorable for a good mixing result is e.g. B.
  • a mixer with a shaft extending in the vertical direction in a reactor vessel to which at least one mixing tool protruding in the radial direction of the shaft is attached.
  • This embodiment allows a continuous movement of at least part of the goods to be moved, a constant mixing movement taking place within the goods to be moved due to the spherical particles.
  • the spherical particles preferably remain in the reactor during the depolymerization and are not - as described in DE 198 43 112 A1 - fed to one end of the reactor and discharged at an opposite end. Remaining in the reactor considerably simplifies the process. In this case, too, the relatively complex and loss-prone heating of the heat carrier outside the reactor described in DE 198 43 112 A1 can be avoided (see the following paragraph).
  • the invention is not limited to the fact that the spherical particles remain in the reactor. With other embodiments of the invention, thorough mixing can be achieved in a simple manner compared to conventional heat transfer media or the same mixing can be achieved with simpler means. In particular, lower drive energies and a correspondingly less powerful movement device and a lower heating output are sufficient. Local overheating with the negative effects mentioned above is avoided.
  • an inwardly facing surface of an outer wall of the reactor and / or at least part of a movement device arranged in the reactor is heated.
  • at least a part of the reactor or within the reactor is connected in a heat-conducting manner to a heater, the part repeatedly coming into contact with individual particles during the movement process of the spherical particles. In this way, good heat transfer to the polymer material is achieved with the aid of the particles.
  • the average temperature of the particles of the heat carrier in the reactor is in particular in the range from 250 to 600 degrees Celsius, in the case of recovery of MMA preferably below 425 ° C., the autoignition temperature of MMA.
  • Fig. 1 a plant for the recovery of monomeric substances
  • FIG. 5 shows a lock device which is connected upstream of the reactor shown in FIG. 1 and serves to introduce polymer material into the reactor.
  • the system described below is an exemplary embodiment. Individual or multiple system components can be replaced by other components.
  • the feed of the polymer material into the reactor described below, the reactor itself and / or the processing of the monomer gas derived from the reactor can be carried out in another way.
  • the appropriate mixing tool is selected depending on the type and size of the spherical particles used (heat transfer medium) and / or on the type and size of parts of the polymer material.
  • the polymer material can be processed in different ways before being introduced into the reactor, in particular divided into pieces and / or shapes of different sizes.
  • a common and suitable process is the shredding of larger parts of the polymer material into pieces with dimensions of a few millimeters to several centimeters. Due to the spherical particles, the depolymerization can be carried out with good yields and high purity with different sizes and shapes of the polymer material.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the reactor, namely a reactor 51 with a vertically oriented rotating shaft 53 and with a plurality (here three) of shovel-shaped mixing tools 63 which attach directly to the shaft 53 and project from the shaft 53 in the radial direction.
  • the linear rectilinear representation of the mixing tools 63 is to be understood schematically.
  • the mixing tool 63 can be curved in the vertical and / or horizontal direction.
  • FIG. 2 shows (for reasons of clarity of illustration only in one of the three sectors of the reactor 51 subdivided by the mixing tools 63) a moving material 65 moved by the mixing tools 63 with pieces of polymer material 66 and balls 67. Because of their shape, the balls 67 can easily move move against each other and relative to the pieces of polymer material 66. There is therefore no mechanical snagging or jamming within the material to be moved 67. In order to ensure particularly good mobility within the goods to be moved, it is preferred that the total volume of the balls in the reactor is greater than the total volume the still solid pieces of polymer material, in particular at least twice as large. Baking or snagging of the pieces of polymer material together is thus largely avoided.
  • the reactor 51 has an electrical heater 59 at least on the side of the reactor wall.
  • the lateral reactor walls and the base are preferably heated essentially over the entire surface and / or by means of a heating device distributed uniformly along the wall surface.
  • a heating device distributed uniformly along the wall surface.
  • B a conventional electrical resistance heater and / or an inductively acting heating device.
  • the circular outer jacket of the reactor 1 is heated over the entire surface by a heating device 9.
  • the shaft 3 can be combined with a shaft cooling 5.
  • the MMA / protective gas mixture is passed into a cooling device 33 (for example a quencher), in which the still hot gas mixture is sprayed with a portion of previously cooled and recirculated condensate by means of a nozzle as in a shower and in a very short time Time is cooled.
  • a cooling device 33 for example a quencher
  • the cooling device 33 is connected via a monomer drain 35 to a monomer container 37, into which the cooled monomer is drained.
  • a pump 41 part of the monomer located in the monomer container 37 is returned via a return line 40 to the nozzle of the height device.
  • a continuous cooling device 43 is located in the return line 40.
  • the monomer is driven out of the system by a pump 39.
  • An additional return to the cooling device 33 is possible through a connecting line connected to the line 38, which can be shut off by means of a valve 47.
  • the other end of the connecting line 46 is connected to that part of the return line 40 which lies in the flow direction beyond the continuous cooling device 43.
  • the resulting temperature at the nozzle of the cooling device 33 can be controlled via the control of the valve 47 and a corresponding mixture of recycled monomer of different temperatures.
  • FIG. 5 shows a lock device 22 which can be connected upstream of the reactor 1, for example in the arrangement according to FIG. 1.
  • a filler neck 20, which, for example, is attached to the metering device 21 shown in FIG. 1, opens into the lock chamber 19 of the lock device 22 can close the filler neck 20 by means of a reciprocating closure part 80.
  • the locking device 71 is designed such that the lock chamber can be closed gas-tight on the entry side.
  • a second closing device 72 which, for example, can also close a polymer feed line 17 to the reactor via a back and forth movable closure part 81.
  • the second closing device 72 is also designed such that it can close the container 19 (here on the outlet side) in a gas-tight manner.
  • a gas line 74 which is combined with a main valve 78, also attaches to the lock chamber 19. From the view of the lock chamber 19, beyond the main valve 78, there is a T-piece 75, on which the gas line 74 branches into an upper branch and a lower branch.
  • a pump 76 is arranged in the upper branch.
  • a protective gas valve 79 is arranged in the lower branch.
  • the lower branch opens, for example, into the protective gas feed line shown in FIG. 1.
  • the upper and lower branches do not have to lead up or down as shown in the figure, but can lead in any suitable direction.
  • protective gas is then introduced into the lock chamber 19 up to a desired pressure.
  • a final pressure in the lock chamber 19 is preferably reached which is higher than the pressure of the protective gas in the reactor. In this way, losses of protective gas from the reactor can be compensated for by discharging the monomer / protective gas mixture from the reactor and, on the other hand, the monomer / protective gas mixture can be prevented from flowing out through the polymer feed line into the lock chamber 19.
  • the second, lower closing device 72 is opened and the quantity of polymer material is thus introduced into the reactor.
  • Example 1 A vane reactor with a diameter of 280 mm and a length of 400 mm was chosen. Twelve kilograms of steel balls with a diameter of 0.2 mm were filled into this reactor as a heat transfer medium. During the depolymerization, the mean sphere temperature was 456 degrees Celsius, the excess pressure of the protective gas in the reactor (nitrogen in the example), based on atmospheric pressure at sea level, and 66.7 hPa (approx. 50 Torr), and the speed of the shaft of the blade reactor 100 rpm. With a plant structure as shown in FIG. 1, a yield of MMA of 97% with a purity of 98.5% was achieved.
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, but twenty kilograms of the steel balls were introduced into the reactor and an average ball temperature of 380 degrees Celsius was set. The MMA yield was 98% with a purity of 99%.
  • Example 3 The test was carried out as described in Example 2, but the process was carried out at an average ball temperature of only 320 degrees Celsius.
  • the MMA yield was 98.5% with a purity of 99%.

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Abstract

The invention concerns the recovery of monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid or of monomers containing styrene from polymer material (66) containing corresponding structural units. According to the invention, the polymer material is brought into contact with a heat transfer medium inside a heated reactor (51). The heat transfer medium and the polymer material (66) are agitated inside the reactor (51), and gas, which forms inside the reactor (51) and which contains the monomer, is drawn out of the reactor (51). The heat transfer medium contains a multitude of spherical particles (67), which has been proven to be particularly advantageous for achieving high yields and purity of the monomer to be recovered.

Description

Verfahren und Anordnung zur Depolymerisation Process and arrangement for depolymerization
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Rückgewinnung von monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure, von Styrol und/oder von monomeren Styrol-Derivaten aus entsprechende Struktureinheiten aufweisendem Polymermaterial.The invention relates to a method and an arrangement for the recovery of monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid, of styrene and / or of monomeric styrene derivatives from polymer material having corresponding structural units.
Acrylat-Polymere, zu denen vorwiegend aus Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigte Acrylgläser gehören, werden unter anderem zur Herstellung langlebiger Gebrauchsgüter verwendet. Hierzu werden häufig Formverfahren benutzt, in deren Verlauf Abfallpolymer anfällt. Aus diesem Grund, aber auch zur Wiederverwertung von gebrauchten polymeren Altstoffen ist eine Aufarbeitung sinnvoll. Entsprechendes gilt für Polystyrol und für styrolhaltige Copolymere sowie für deren Aufarbeitung. Acrylat-Polymere, vor allem PMMA, Polystyrol sowie styrolhaltige Copolymere lassen sich vorteilhafter Weise bei bestimmten Temperaturen und Drücken wieder vollständig in entsprechende Monomere zerlegen.Acrylate polymers, which mainly include acrylic glasses made from polymethyl methacrylate (PMMA), are used, among other things, to manufacture durable consumer goods. Molding processes are often used for this purpose, in the course of which waste polymer is obtained. For this reason, but also for the recycling of used polymeric waste materials, it makes sense to process it. The same applies to polystyrene and to styrene-containing copolymers and to their processing. Acrylate polymers, especially PMMA, polystyrene and styrene-containing copolymers can advantageously be completely broken down into corresponding monomers again at certain temperatures and pressures.
In der Beschreibungseinleitung der DE 198 43 112 A1 ist ein kontinuierlich ablaufendes Verfahren zur PMMA-Depolymerisation beschrieben, bei dem der Kunststoff zerkleinert in einen heißen Extruder gegeben wird, in dem zwei dichtkämmende Schnecken mit selbstreinigender Wirkung rotieren. Das PMMA depolymerisiert auf Grund der thermischen und der mechanischen Scherung im Extruder. Das entstehende Methylmethacrylat (MMA) wird in der Gasphase über einen Entgasungsdom abgezogen und kondensiert. Der MMA-Gehalt im Kondensat schwankt bei diesem Verfahren zwischen 89 Prozent und 97 Prozent, die Ausbeute an MMA liegt bei kleiner als 97 Prozent. Die Erwärmung des PMMA im Extruder erfolgt bei diesem Verfahren über Mantelwände. Mit zunehmendem Reaktorvolumen verschlechtert sich jedoch das Verhältnis zwischen Mantelfläche (und damit beheizbarer Wandfläche) und dem zu beheizenden Reaktorvolumen. Bei Großanlagen im industriellen Maßstab sind somit sehr hohe Wandtemperaturen erforderlich, oder es muss mit einem Rückgang der Ausbeute gerechnet werden. Hohe Wandtemperaturen können zu lokalen Überhitzungen führen, die wiederum zu der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten führen können, welche die Reinheit des Monomers beeinträchtigen.In the introduction to the description of DE 198 43 112 A1, a continuous process for PMMA depolymerization is described, in which the plastic is placed in a hot extruder in which two closely intermeshing screws rotate with a self-cleaning effect. The PMMA depolymerizes due to the thermal and mechanical shear in the extruder. The resulting methyl methacrylate (MMA) is drawn off and condensed in the gas phase via a degassing dome. The MMA content in the condensate fluctuates between 89 percent and 97 percent with this process, the yield of MMA is less than 97 percent. In this process, the PMMA is heated in the extruder via jacket walls. However, as the reactor volume increases, the ratio between the outer surface (and thus the heatable wall surface) and the reactor volume to be heated deteriorates. For large systems on an industrial scale, very high wall temperatures are required, or it has to be done with one Decline in yield can be expected. High wall temperatures can lead to local overheating, which in turn can lead to the formation of undesirable by-products which affect the purity of the monomer.
Weiterhin ist es ebenfalls aus der Beschreibungseinleitung der DE 198 43 112 A1 bekannt, PMMA mittels Wirbelschichtpyrolyse zu depolymerisieren. Als Wirbelgut wird Quarzsand der Körnung 0,3 bis 0,7 mm verwendet. Zur Aufrechterhaltung der Wirbelschichtströmung ist jedoch eine aufwändige strömungstechnische Anlage erforderlich.Furthermore, it is also known from the introduction to DE 198 43 112 A1 to depolymerize PMMA by means of fluidized bed pyrolysis. Quartz sand with a grain size of 0.3 to 0.7 mm is used as the eddy material. To maintain the fluidized bed flow, however, an elaborate fluidic system is required.
In der DE 198 43 112 A1 wird vorgeschlagen, das Polymermaterial in einem Reaktor mit heißem mechanisch verwirbelten Feststoff (Wärmeträger) in Kontakt zu bringen und die dabei entstehenden Dämpfe abzuleiten und zu kondensieren. Dabei wird der bereits heiße Wärmeträger kontinuierlich an einem Ende des Reaktors zugeführt und am anderen Ende der abgekühlte Wärmeträger ausgetragen. Als Wärmeträger werden anorganische feinkörnige Feststoffe mit einer Korngröße zwischen 0,1 und 5 Millimeter oder natürlich vorkommende oder synthetisch erzeugte Oxide auf der Basis von Silizium, Aluminium, Magnesium, Zirkonium oder auch Mischungen aus diesen Elementen vorgeschlagen.In DE 198 43 112 A1 it is proposed to bring the polymer material in contact with hot mechanically swirled solid (heat transfer medium) in a reactor and to discharge and condense the vapors produced. The already hot heat transfer medium is fed continuously at one end of the reactor and the cooled heat transfer medium is discharged at the other end. Inorganic fine-grained solids with a grain size between 0.1 and 5 millimeters or naturally occurring or synthetically produced oxides based on silicon, aluminum, magnesium, zirconium or also mixtures of these elements are proposed as heat carriers.
Bei diesem Verfahren sind daher eine separate, von dem Reaktor getrennte Heizeinrichtung und eine Einrichtung zum Ein- und Austragen des Wärmeträgers in den Reaktor hinein bzw. aus dem Reaktor heraus erforderlich. Auch ist das Austragen des Wärmeträgers aus dem Reaktor mit der Verweilzeit des Polymermaterials und damit mit der Dynamik der Depolymerisation zu koordinieren, um die erwünschte Ausbeute an Monomer zu erhalten.In this process, therefore, a separate heating device, separate from the reactor, and a device for introducing and discharging the heat transfer medium into and out of the reactor are required. The discharge of the heat transfer medium from the reactor must also be coordinated with the residence time of the polymer material and thus with the dynamics of the depolymerization in order to obtain the desired yield of monomer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Rückgewinnung von monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure, von Styrol und/oder von monomeren Styrol- Derivaten aus entsprechende Struktureinheiten aufweisendem Polymermaterial anzugeben, die es ermöglichen, bei geringem prozesstechnischem Aufwand eine effektive Wärmeübertragung auf das Polymermaterial und eine weitgehend homogene Temperaturverteilung zumindest in Teilbereichen des Reaktorraums zu erhalten.It is an object of the present invention to provide a method and an arrangement for the recovery of monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid, of styrene and / or of monomeric styrene derivatives from polymer material having corresponding structural units, which make it possible with little outlay in terms of process technology to obtain an effective heat transfer to the polymer material and a largely homogeneous temperature distribution at least in partial areas of the reactor space.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Polymermaterial in einem beheizten Reaktor mit einem Wärmeträger in Kontakt gebracht, werden der Wärmeträger und das Polymermaterial in dem Reaktor bewegt und wird in dem Reaktor entstehendes Gas aus dem Reaktor abgeleitet, welches das Monomer enthält. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Depolymerisation auch ohne aufwändige Wirbelschichttechnologie zu guten Ergebnissen führt, wenn der Wärmeträger eine Vielzahl von kugelförmigen Partikeln aufweist.In the process according to the invention, the polymer material is brought into contact with a heat transfer medium in a heated reactor, the heat transfer medium and the polymer material are moved in the reactor and gas produced in the reactor is discharged from the reactor which contains the monomer. Surprisingly, it has been found that the depolymerization leads to good results even without complex fluidized bed technology if the heat transfer medium has a large number of spherical particles.
Dementsprechend wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgeschlagen, in einem beheizbaren Reaktor zur Erzeugung des Monomergases eine solche Vielzahl von kugelförmigen Partikeln vorzusehen. Dabei ist eine Bewegungseinrichtung vorhanden zur Bewegung eines die kugelförmigen Partikel und das Polymermaterial aufweisenden Bewegungsgutes in dem Reaktor.Accordingly, it is proposed in the arrangement according to the invention to provide such a large number of spherical particles in a heatable reactor for generating the monomer gas. In this case, a movement device is provided for moving a material to be moved that has the spherical particles and the polymer material in the reactor.
Die überraschende Wirkung der kugelförmigen Partikel auf die Depolymerisation liegt vermutlich darin begründet, dass die Kugeln gegenüber anders geformten Partikeln besonders leicht gegeneinander, gegen0 Oberflächen des Reaktors und etwaiger darin angeordneter Einrichtungen (z. B. Heizung und/oder Bewegungseinrichtung) sowie gegen das Polymermaterial verschieblich sind und sich daher besonders gut untereinander und mit Teilen des Polymermaterials mischen. Daher kann eine effektive Wärmeübertragung von der Heizung auf das Polymermaterial und eine weitgehend homogene Temperaturverteilung zumindest in Teilbereichen des Reaktorraums erreicht werden.The surprising effect of the spherical particles to the depolymerization is probably due to the fact that the balls (z. B. Heating and / or moving means) particularly easily against each other, against 0 surfaces of the reactor and any disposed therein means against differently shaped particles as well as against the polymeric material are displaceable and therefore mix particularly well with one another and with parts of the polymer material. Therefore, an effective heat transfer from the heater to the polymer material and a largely homogeneous temperature distribution can be achieved at least in some areas of the reactor space.
Für die Größe der Kugeln hat es sich in Versuchen als günstig erwiesen, wenn der Durchmesser im Bereich von 0,075 mm bis 0,25 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm, liegt. In diesem Größenbereich hat die einzelne Kugel einerseits noch eine für die Depolymerisation erhebliche Wärmekapazität und ist andererseits - ähnlich wie ein Teilchen einer Flüssigkeit - besonders leicht verschieblich.In experiments, it has proven advantageous for the size of the balls if the diameter is in the range from 0.075 mm to 0.25 mm, preferably in the range from 0.1 to 0.2 mm. The individual has in this size range Ball on the one hand still has a considerable heat capacity for depolymerization and on the other hand - like a particle of a liquid - it is particularly easy to move.
Die Bewegungseinrichtung kann unterschiedliche Ausgestaltungen haben. Insbesondere kommen alle dem Fachmann geläufigen Varianten in Betracht, wie z. B. bewegte oder rotierende Wände oder bewegte sonstige Teile des Reaktors. Auch kann die Bewegungseinrichtung beispielsweise ein Teil oder mehrere Teile aufweisen, die eine mechanische Schwingung und/oder eine stetig fortgesetzte lineare (auch gekrümmte) Bewegung ausführen und dabei eine Bewegung des Bewegungsgutes im Reaktor erzeugen und/oder aufrechterhalten. Bevorzugt werden Bewegungseinrichtungen mit einer oder mehreren rotierenden Wellen, die insbesondere mit schaufelartig gebogenen und/oder anderen Mischwerkzeugen versehen sind. Die Welle/n kann bzw. können sich z. B. in horizontaler oder vertikaler Richtung erstrecken. Günstig für ein gutes Mischergebnis ist z. B. ein Mischwerk mit in vertikaler Richtung verlaufender Welle in einem Reaktorbehälter, an der zumindest ein in radialer Richtung der Welle abragendes Mischwerkzeug befestigt ist. Diese Ausführungsform erlaubt eine kontinuierliche Bewegung zumindest eines Teils des Bewegungsgutes, wobei auf Grund der kugelförmigen Partikel eine ständige Mischbewegung innerhalb des Bewegungsgutes abläuft.The movement device can have different configurations. In particular, all variants familiar to the person skilled in the art come into consideration, such as, for. B. moving or rotating walls or moving other parts of the reactor. The movement device can also have, for example, a part or more parts which carry out a mechanical oscillation and / or a continuously continued linear (also curved) movement and thereby generate and / or maintain a movement of the material to be moved in the reactor. Movement devices with one or more rotating shafts, which are in particular provided with blade-like curved and / or other mixing tools, are preferred. The wave (s) can be z. B. extend in the horizontal or vertical direction. Favorable for a good mixing result is e.g. B. a mixer with a shaft extending in the vertical direction in a reactor vessel to which at least one mixing tool protruding in the radial direction of the shaft is attached. This embodiment allows a continuous movement of at least part of the goods to be moved, a constant mixing movement taking place within the goods to be moved due to the spherical particles.
Vorzugsweise verbleiben die kugelförmigen Partikel während der Depolymerisation im Reaktor und werden nicht - wie in der DE 198 43 112 A1 beschrieben - an einem Ende des Reaktors zugeführt und an einem gegenüberliegenden Ende ausgetragen. Ein Verbleiben im Reaktor vereinfacht den Prozess erheblich. Auch kann in diesem Fall die in der DE 198 43 112 A1 beschriebene relativ aufwändige und verlustträchtige Erwärmung des Wärmeträgers außerhalb des Reaktors vermieden werden (siehe hierzu den folgenden Absatz). Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass die kugelförmigen Partikel im Reaktor verbleiben. Auch mit anderen Ausführungsformen der Erfindung kann auf einfache Weise eine gegenüber konventionellem Wärmeträger verbesserte Durchmischung erzielt werden bzw. mit einfacheren Mitteln dieselbe Durchmischung erzielt werden. Insbesondere reichen geringere Antriebsenergien und eine dementsprechend leistungsschwächere Bewegungseinrichtung sowie eine geringere Heizleistung aus. Lokale Überhitzungen mit den oben genannten negativen Effekten werden vermieden.The spherical particles preferably remain in the reactor during the depolymerization and are not - as described in DE 198 43 112 A1 - fed to one end of the reactor and discharged at an opposite end. Remaining in the reactor considerably simplifies the process. In this case, too, the relatively complex and loss-prone heating of the heat carrier outside the reactor described in DE 198 43 112 A1 can be avoided (see the following paragraph). However, the invention is not limited to the fact that the spherical particles remain in the reactor. With other embodiments of the invention, thorough mixing can be achieved in a simple manner compared to conventional heat transfer media or the same mixing can be achieved with simpler means. In particular, lower drive energies and a correspondingly less powerful movement device and a lower heating output are sufficient. Local overheating with the negative effects mentioned above is avoided.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform findet eine direkte, vorzugsweise elektrische Beheizung des Reaktors oder zumindest von Teilen des Reaktors statt. Zum Beispiel wird eine nach innen, zum Reaktorinnenraum weisende Fläche einer Außenwand des Reaktors und/oder wird zumindest ein Teil einer im Reaktor angeordneten Bewegungseinrichtung beheizt. Insbesondere ist zumindest ein Teil des Reaktors oder innerhalb des Reaktors wärmeleitend mit einer Heizung verbunden, wobei das Teil während des Bewegungsvorganges der kugelförmigen Partikel wiederholt mit einzelnen der Partikel in Berührung kommt. Auf diese Weise wird mit Hilfe der Partikel ein guter Wärmeübertrag auf das Polymermaterial erreicht.In a preferred embodiment there is direct, preferably electrical heating of the reactor or at least parts of the reactor. For example, an inwardly facing surface of an outer wall of the reactor and / or at least part of a movement device arranged in the reactor is heated. In particular, at least a part of the reactor or within the reactor is connected in a heat-conducting manner to a heater, the part repeatedly coming into contact with individual particles during the movement process of the spherical particles. In this way, good heat transfer to the polymer material is achieved with the aid of the particles.
Wenn das Polymermaterial Acrylverbindungen aufweist, liegt die durchschnittliche Temperatur der Partikel des Wärmeträgers in dem Reaktor insbesondere im Bereich von 250 bis 600 Grad Celsius, im Fall der Rückgewinnung von MMA vorzugsweise unterhalb von 425 °C, der Selbstentzündungstemperatur von MMA. Später noch erläuterte Versuche haben gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren selbst bei solch niedrigen Temperaturen hohe Ausbeuten bei ebenfalls hoher Reinheit des Monomers erzielbar sind.If the polymer material has acrylic compounds, the average temperature of the particles of the heat carrier in the reactor is in particular in the range from 250 to 600 degrees Celsius, in the case of recovery of MMA preferably below 425 ° C., the autoignition temperature of MMA. Experiments explained later have shown that high yields and also high purity of the monomer can be achieved with the process according to the invention even at such low temperatures.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Polymermaterial während seiner Verweilzeit in demselben Reaktorbehälter erwärmt und depolymerisiert. Dabei ist es nicht - wie beispielsweise aus der DE 31 46 194 A1 bekannt - erforderlich, das Polymermaterial in einem dem eigentlichen Reaktorraum vorgeschalteten Erwärmungsraum vorzuwärmen, da auf Grund der kugelförmigen Partikel eine besonders schnelle Wärmeübertragung von der Heizquelle auf das Polymermaterial stattfindet und da eine besonders gleichförmige Temperaturverteilung realisiert werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche einstufige Erwärmung beschränkt. Vielmehr kann das Polymermaterial beispielsweise bereits in einem dem Reaktor zugeordneten Vorlagebehälter erwärmt werden oder bereits erwärmt in einen solchen Vorlagebehälter eingebracht werden.In one embodiment of the process according to the invention, the polymer material is heated and depolymerized in the same reactor vessel during its dwell time. It is not necessary - as is known, for example, from DE 31 46 194 A1 - to preheat the polymer material in a heating space upstream of the actual reactor space, since, because of the spherical particles, heat transfer from the heat source to the polymer material is particularly rapid, and there is a particular one uniform temperature distribution can be realized. However, the invention is not restricted to such one-stage heating. Rather, the polymer material can, for example, already be heated in a supply container assigned to the reactor or can be introduced into such a supply container already heated.
Vorzugsweise bestehen die kugelförmigen Partikel aus einem an der Rückgewinnung des Monomers nicht reaktiv beteiligten Material. Hierdurch kann eine Aufarbeitung des Wärmeträgers vereinfacht oder sogar vermieden werden. Z. B. ist Stahl als Material für die kugelförmigen Partikel gut geeignet. Besonders bevorzugt wird Edelstahl, insbesondere chrom- und nickelhaltiger Stahl, etwa 18/10 Cr/Ni- Stahl (V2A-Stahl) oder 17/12/2 Cr/Ni/Mo- Stahl (V4A- Stahl). Bereits einfacher Stahl hat eine ausgeprägte Elastizität, sodass - bei entsprechender mechanischer Anregung durch die Bewegungseinrichtung - zu der leichten Verschieblichkeit auch noch sprungartige Bewegungen der einzelnen Partikel hinzukommen, die die Wärmeverteilung beschleunigen. Darüber hinaus ist Edelstahl als Material besonders gut geeignet, weil es gegen chemische Reaktionen mit einer Vielzahl der in oder zusammen mit dem Polymermaterial in den Reaktor eingetragenen Stoffe beständig ist. Kugeln aus V2A-Stahl oder V4A-Stahl können zudem kostengünstig hergestellt werden.The spherical particles preferably consist of a material that is not reactively involved in the recovery of the monomer. In this way, work-up of the heat transfer medium can be simplified or even avoided. For example, steel is well suited as a material for the spherical particles. Stainless steel is particularly preferred, in particular steel containing chromium and nickel, approximately 18/10 Cr / Ni steel (V2A steel) or 17/12/2 Cr / Ni / Mo steel (V4A steel). Even simple steel has a pronounced elasticity, so that - with the appropriate mechanical excitation by the movement device - there are also sudden movements of the individual particles, which accelerate the heat distribution, in addition to the ease of movement. In addition, stainless steel is particularly well suited as a material because it is resistant to chemical reactions with a large number of the substances introduced into or together with the polymer material in the reactor. Balls made of V2A steel or V4A steel can also be manufactured inexpensively.
Bevorzugtermassen findet die Depolymerisation in einer Schutzgasatmosphäre statt, z. B. in einer Stickstoffatmosphäre. Dabei kann der Druck im Reaktor unter, auf oder über Umgebungsdruck (in der Regel gleich Atmosphärendruck der Erdatmosphäre) liegen. Im Fall eines Überdruckes beträgt dieser z. B. bis zu 133,3 hPa (100 Torr). Höhere Überdrücke sind zwar ebenfalls von der Erfindung mit umfasst, bedeuten aber in der Praxis einen gerätetechnischen Mehraufwand. Vorzugsweise liegt der Überdruck im Bereich von 50 bis 80 hPa (37,5 bis 60 Torr), insbesondere von 65 bis 70 hPa (48,75 bis 52,5 Torr). Im Fall eines Unterdruckes kann dieser z. B. 80 bis 133,3 hPa (60 bis 100 Torr) unter Umgebungsdruck betragen. Auch hier sind höhere Drücke (d. h. geringere Absolutdrücke) möglich.The depolymerization preferably takes place in a protective gas atmosphere, e.g. B. in a nitrogen atmosphere. The pressure in the reactor can be below, at or above ambient pressure (generally equal to the atmospheric pressure of the earth's atmosphere). In the case of overpressure, this is, for. B. up to 133.3 hPa (100 torr). Although higher overpressures are also included in the invention, in practice they mean an additional expenditure in terms of equipment. The overpressure is preferably in the range from 50 to 80 hPa (37.5 to 60 torr), in particular from 65 to 70 hPa (48.75 to 52.5 torr). In the case of a negative pressure, this can, for. B. 80 to 133.3 hPa (60 to 100 Torr) under ambient pressure. Higher pressures (i.e. lower absolute pressures) are also possible here.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schleuseneinrichtung zum Einbringen des Polymermaterials in den Reaktor vorgesehen, wobei die Schleuseneinrichtung eine Schleusenkammer aufweist. Weiterhin sind eine erste, an einer Eintrittsseite der Schleusenkammer angeordnete Schließvorrichtung und eine zweite, an einer Austrittsseite der Schleusenkammer angeordnete Schließvorrichtung vorhanden. Eine Evakuierungseinrichtung und eine Gas-Befülleinrichtung sind mit der Schleusenkammer kombiniert, sodass bei geschlossener erster und zweiter Schließvorrichtung Gas aus der Schleusenkammer evakuierbar und die Schleusenkammer mit dem Schutzgas befüllbar ist. Auf diese Weise kann wiederholt jeweils eine Menge Polymermaterial bei geöffneter erster Schließvorrichtung in die Schleusenkammer eingebracht werden, die Schleusenkammer evakuiert werden, das Schutzgas in die Schleusenkammer eingeleitet werden und dann nach Öffnung der zweiten Schließvorrichtung das Polymermaterial in den Reaktor eingebracht werden.In a special embodiment of the invention, a lock device is provided for introducing the polymer material into the reactor, the lock device having a lock chamber. Furthermore, one there is a first closing device arranged on an entry side of the lock chamber and a second closing device arranged on an exit side of the lock chamber. An evacuation device and a gas filling device are combined with the lock chamber, so that when the first and second locking devices are closed, gas can be evacuated from the lock chamber and the lock chamber can be filled with the protective gas. In this way, a quantity of polymer material can be repeatedly introduced into the lock chamber with the first locking device open, the lock chamber evacuated, the protective gas introduced into the lock chamber, and then after opening the second locking device, the polymer material can be introduced into the reactor.
Dadurch dass sich das Polymermaterial bereits in einer Schutzgasatmosphäre befindet, unmittelbar bevor es in den Reaktor eingebracht wird, kann ein direktes Befüllen des Reaktors mit Schutzgas entfallen. Insbesondere kann der Reaktor dadurch besser gegen Wärmeverluste isoliert werden.Because the polymer material is already in a protective gas atmosphere immediately before it is introduced into the reactor, direct filling of the reactor with protective gas can be omitted. In particular, the reactor can thereby be better insulated against heat loss.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen schematisch:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the accompanying drawing. However, the invention is not restricted to the exemplary embodiments. The individual figures of the drawing show schematically:
Fig. 1 eine Anlage zum Rückgewinnen von monomeren Stoffen ausFig. 1 a plant for the recovery of monomeric substances
Polymermaterial,Polymer material,
Fig. 2 einen beheizten Reaktor zur Erzeugung von Monomer enthaltendesFig. 2 shows a heated reactor for the production of monomer
Gas aus dem Polymermaterial von oben,Gas from the polymer material from above,
Fig. 3 eine Anordnung von kugelförmigen Partikeln, die von einemFig. 3 shows an arrangement of spherical particles by a
Mischwerkzeug bewegt werden,Mixing tool to be moved
Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 zu einem späteren Zeitpunkt derFig. 4 shows the arrangement of FIG. 3 at a later time
Bewegung und Fig. 5 eine Schleuseneinrichtung, die beispielsweise dem in Fig. 1 dargestellten Reaktor vorgeschaltet ist und dem Einschleusen von Polymermaterial in den Reaktor dient.movement and FIG. 5 shows a lock device which is connected upstream of the reactor shown in FIG. 1 and serves to introduce polymer material into the reactor.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage dient beispielsweise der Depolymerisation und der Rückgewinnung von MMA. Sie kann jedoch - gegebenenfalls unter Anpassung des Druckes und der Temperatur in einem Reaktor 1 der Anlage - alternativ für die Rückgewinnung von anderen monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure, von Styrol und/oder von monomeren Styrol- Derivaten eingesetzt werden.The plant shown in FIG. 1 is used, for example, for the depolymerization and the recovery of MMA. However, it can be used alternatively for the recovery of other monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid, of styrene and / or of monomeric styrene derivatives, if appropriate by adjusting the pressure and the temperature in a reactor 1 of the plant.
Bei der im Folgenden beschriebenen Anlage handelt es sich wie bereits erwähnt um ein Ausführungsbeispiel. Einzelne oder mehrere Anlagenbestandteile können durch andere Bestandteile ersetzt werden. Insbesondere können die im Folgenden beschriebene Zuführung des Polymermaterials in den Reaktor, der Reaktor selbst und/oder die Aufbereitung des aus dem Reaktor abgeleiteten Monomergases in anderer Weise ausgeführt werden.As already mentioned, the system described below is an exemplary embodiment. Individual or multiple system components can be replaced by other components. In particular, the feed of the polymer material into the reactor described below, the reactor itself and / or the processing of the monomer gas derived from the reactor can be carried out in another way.
Das zu depolymerisierende Polymermaterial befindet sich in einem Vorlagebehälter 23, an dessen Auslass eine Dosiereinrichtung 21 ansetzt. Über die Dosiereinrichtung 21 gelangt das Polymermaterial in eine Schleusenkammer 19. Ein Beispiel für eine Schleuseneinrichtung wird noch näher anhand von Fig. 5 erläutert. Die Schleuseneinrichtung und die Schleusenkammer 19 dienen dem Einschleusen des Polymermaterials in den Reaktor 1 , sodass der Depolymerisationsvorgang in einer Schutzgasatmosphäre stattfinden kann.The polymer material to be depolymerized is located in a storage container 23, at the outlet of which a dosing device 21 is attached. The polymer material reaches a lock chamber 19 via the metering device 21. An example of a lock device is explained in more detail with reference to FIG. 5. The lock device and the lock chamber 19 serve to introduce the polymer material into the reactor 1, so that the depolymerization process can take place in a protective gas atmosphere.
Über eine Einfüllöffnung 14 des Reaktors 1 wird das Polymermaterial in den Reaktor 1 eingebracht. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Reaktor 1 handelt es sich um einen beheizten Reaktor mit einer in horizontaler Richtung orientierten kontinuierlich angetriebenen Welle 3, von der in radialer Richtung der Welle 3 eine Vielzahl von Armen 11 abragt. An dem aus Sicht der Welle 3 gegenüberliegenden Ende der Arme 11 ist jeweils ein Mischwerkzeug 13 angeordnet, das beispielsweise eine wie dargestellt im Querschnitt dreieckige Form aufweist. Die Mischwerkzeuge, zu denen auch die Arme gezählt werden können, können auch eine andere Ausgestaltung haben, z. B. eine Schaufelform und/oder eine am Ende des jeweiligen Arms ansetzende Vielzahl von Mischelementen. Je nach Art und Größe der verwendeten kugelförmigen Partikel (Wärmeträger) und/oder je nach Art und Größe von Teilen des Polymermaterials wird das geeignete Mischwerkzeug ausgewählt. Beispielsweise kann das Polymermaterial vor dem Einbringen in den Reaktor in unterschiedlicher Weise aufbereitet werden, insbesondere in unterschiedlich große Stücke und/oder Formen zerteilt werden. Ein gängiges und geeignetes Verfahren ist das Schreddern von größeren Teilen des Polymermaterials in Stücke mit Abmessungen von wenigem Millimetern bis mehreren Zentimetern. Aufgrund der kugelförmigen Partikel kann die Depolymerisation bei guten Ausbeuten und hoher Reinheit mit unterschiedlichen Größen und Formen des Polymermaterials durchgeführt werden.The polymer material is introduced into the reactor 1 via a filling opening 14 in the reactor 1. The reactor 1 shown in FIG. 1 is a heated reactor with a continuously driven shaft 3 oriented in the horizontal direction, from which a plurality of arms 11 protrude in the radial direction of the shaft 3. From the perspective of wave 3 A mixing tool 13 is arranged opposite the opposite end of the arms 11, which has, for example, a triangular shape as shown in cross section. The mixing tools, to which the arms can also be counted, can also have a different design, e.g. B. a blade shape and / or a variety of mixing elements starting at the end of the respective arm. The appropriate mixing tool is selected depending on the type and size of the spherical particles used (heat transfer medium) and / or on the type and size of parts of the polymer material. For example, the polymer material can be processed in different ways before being introduced into the reactor, in particular divided into pieces and / or shapes of different sizes. A common and suitable process is the shredding of larger parts of the polymer material into pieces with dimensions of a few millimeters to several centimeters. Due to the spherical particles, the depolymerization can be carried out with good yields and high purity with different sizes and shapes of the polymer material.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Reaktors, nämlich einen Reaktor 51 mit einer vertikal orientierten rotierenden Welle 53 und mit einer Mehrzahl (hier drei) unmittelbar an der Welle 53 ansetzenden schaufeiförmigen Mischwerkzeugen 63, die in radialer Richtung von der Welle 53 abragen. Die lineare geradlinige Darstellung der Mischwerkzeuge 63 ist schematisch zu verstehen. Bei Ausführungsformen kann eine Krümmung des Mischwerkzeuges 63 in vertikaler und/oder horizontaler Richtung realisiert sein.2 shows an alternative embodiment of the reactor, namely a reactor 51 with a vertically oriented rotating shaft 53 and with a plurality (here three) of shovel-shaped mixing tools 63 which attach directly to the shaft 53 and project from the shaft 53 in the radial direction. The linear rectilinear representation of the mixing tools 63 is to be understood schematically. In embodiments, the mixing tool 63 can be curved in the vertical and / or horizontal direction.
Fig. 2 zeigt (aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung nur in einem der drei durch die Mischwerkzeuge 63 unterteilten Sektoren des Reaktors 51) ein von den Mischwerkzeugen 63 bewegtes Bewegungsgut 65 mit Polymermaterialstücken 66 und Kugeln 67. Aufgrund ihrer Form können sich die Kugeln 67 leicht gegeneinander und relativ zu den Polymermaterialstücken 66 bewegen. Es findet also kein mechanisches Verhaken oder Verklemmen innerhalb des Bewegungsgutes 67 statt. Um eine besonders gute Beweglichkeit innerhalb des Bewegungsgutes zu gewährleisten, wird bevorzugt, dass das Gesamtvolumen der Kugeln in dem Reaktor größer ist als das Gesamtvolumen der noch festen Polymermaterialstücke, insbesondere mindestens doppelt so groß ist. Ein Anbacken oder Verhaken der Polymermaterialstücke aneinander wird somit weitestgehend vermieden.FIG. 2 shows (for reasons of clarity of illustration only in one of the three sectors of the reactor 51 subdivided by the mixing tools 63) a moving material 65 moved by the mixing tools 63 with pieces of polymer material 66 and balls 67. Because of their shape, the balls 67 can easily move move against each other and relative to the pieces of polymer material 66. There is therefore no mechanical snagging or jamming within the material to be moved 67. In order to ensure particularly good mobility within the goods to be moved, it is preferred that the total volume of the balls in the reactor is greater than the total volume the still solid pieces of polymer material, in particular at least twice as large. Baking or snagging of the pieces of polymer material together is thus largely avoided.
Weiterhin wird bevorzugt, Kugeln aus Edelstahl zu verwenden, da insbesondere bei PMMA ein Anbacken des Polymermaterials an den Kugeln dann nicht stattfindet. Die hohe Beweglichkeit der Kugeln hilft aber in jedem Fall zu verhindern, dass das Polymermaterial an den Mischwerkzeugen, an anderen Teilen der Bewegungseinrichtung und/oder an den Reaktorwänden anbackt.It is also preferred to use stainless steel balls, since PMMA does not cause the polymer material to bake on the balls. The high mobility of the balls helps in any case to prevent the polymer material from baking on the mixing tools, on other parts of the movement device and / or on the reactor walls.
Wie in Fig. 2 angedeutet ist, weist der Reaktor 51 eine elektrische Heizung 59 zumindest an der seitlichen Reaktorwand auf. Vorzugsweise werden die seitlichen Reaktorwände und der Boden im Wesentlichen vollflächig und/oder mitteis einer gleichmäßig entlang der Wandfläche verteilten Heizeinrichtung beheizt. Nicht nur in diesem konkreten Beispiel kann z. B. eine konventionelle elektrische Widerstandsheizung und/oder eine induktiv wirkende Heizeinrichtung verwendet werden.As indicated in FIG. 2, the reactor 51 has an electrical heater 59 at least on the side of the reactor wall. The lateral reactor walls and the base are preferably heated essentially over the entire surface and / or by means of a heating device distributed uniformly along the wall surface. Not only in this specific example can e.g. B. a conventional electrical resistance heater and / or an inductively acting heating device.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Reaktor 1 wird der beispielsweise kreisrunde Außenmantel des Reaktors 1 vollflächig durch eine Heizeinrichtung 9 beheizt. Um gute Laufeigenschaften der Welle 3 auf Dauer zu erhalten, kann die Welle 3 mit einer Wellenkühlung 5 kombiniert werden.In the reactor 1 shown in FIG. 1, the circular outer jacket of the reactor 1, for example, is heated over the entire surface by a heating device 9. In order to maintain good running properties of the shaft 3 over the long term, the shaft 3 can be combined with a shaft cooling 5.
In dem Reaktor 1 wird das Polymermaterial aufgrund der Mischbewegung und aufgrund der in dem Reaktor 1 vorhandenen Kugeln in kurzer Zeit aufgeheizt und depolymerisiert. Die Zeit, die ein Stück PMMA typischerweise bis zum vollständigen Übergang in die monomere Gasphase benötigt, liegt abhängig von der mittleren Kugeltemperatur im Bereich von fünf bis sechzig Sekunden.In the reactor 1, the polymer material is heated and depolymerized in a short time due to the mixing movement and due to the balls present in the reactor 1. The time that a piece of PMMA typically takes until the complete transition to the monomeric gas phase is in the range from five to sixty seconds, depending on the average ball temperature.
Das gasförmige MMA wird durch eine Gasöffnung 15 des Reaktors 1 und eine Monomergasleitung 25 in eine Abscheidevorrichtung 27 abgeleitet, in der Zuschlagstoffe, wie z. B. Farbpigmente, abgeschieden werden. Wie in Fig. 1 dargestellt ist die Abscheidevorrichtung 27 insbesondere ein Zyklon. Die Zuschlagstoffe können aus der Abscheidevorrichtung 27 mittels einer Pumpe 29 über eine Abführleitung 28 abgeführt werden. Neben dem MMA und den Zuschlagstoffen gelangt auch Schutzgas (hier Stickstoff) in die Abscheidevorrichtung 27. Das Schutzgas wird später von dem MMA getrennt oder zusammen mit dem MMA abgeleitet.The gaseous MMA is discharged through a gas opening 15 of the reactor 1 and a monomer gas line 25 into a separating device 27, in which additives, such as. B. color pigments. As shown in FIG. 1, the separating device 27 is in particular a cyclone. The aggregates can be discharged from the separating device 27 by means of a pump 29 via a discharge line 28. In addition to the MMA and the Aggregates also receive protective gas (here nitrogen) in the separating device 27. The protective gas is later separated from the MMA or discharged together with the MMA.
Über eine Leitungsverbindung 31 wird das MMA/Schutzgas-Gemisch in eine Abkühlvorrichtung 33 (beispielsweise einen Quencher) geleitet, in dem das noch heiße Gasgemisch mit einem Teil von bereits vorher abgekühltem und rückgeführtem Kondensat mittels einer Düse wie in einer Dusche besprüht und in sehr kurzer Zeit abgekühlt wird. Hierdurch können die Ausbeute und Reinheit des Monomers noch gesteigert werden. Feststoffablagerungen, die auf sonst üblichen Kühlern entstehen können, sind deutlich reduziert. Für die Rückführung ist die Abkühlvorrichtung 33 über eine Monomerableitung 35 mit einem Monomerbehälter 37 verbunden, in den das abgekühlte Monomer abgeleitet wird. Mittels einer Pumpe 41 wird ein Teil des in dem Monomerbehälter 37 befindliche Monomer über eine Rückführleitung 40 zu der Düse der Höhevorrichtung rückgeführt. In der Rückführleitung 40 befindet sich eine Durchlauf-Kühleinrichtung 43.Via a line connection 31, the MMA / protective gas mixture is passed into a cooling device 33 (for example a quencher), in which the still hot gas mixture is sprayed with a portion of previously cooled and recirculated condensate by means of a nozzle as in a shower and in a very short time Time is cooled. This can further increase the yield and purity of the monomer. Solid deposits that can occur on otherwise conventional coolers are significantly reduced. For the return, the cooling device 33 is connected via a monomer drain 35 to a monomer container 37, into which the cooled monomer is drained. By means of a pump 41, part of the monomer located in the monomer container 37 is returned via a return line 40 to the nozzle of the height device. A continuous cooling device 43 is located in the return line 40.
Über eine weitere, an dem Monomerbehälter 37 ansetzende Leitung 38 wird angetrieben durch eine Pumpe 39 das Monomer aus der Anlage abgeführt. Durch eine mit der Leitung 38 verbundene Verbindungsleitung, die mittels eines Ventils 47 absperrbar ist, ist eine zusätzliche Rückführung in die Abkühlvorrichtung 33 möglich. Hierzu ist das andere Ende der Verbindungsleitung 46 mit demjenigen Teil der Rückführleitung 40 verbunden, der in Flussrichtung jenseits der Durchlauf-Kühleinrichtung 43 liegt. Über die Steuerung des Ventils 47 und eine dementsprechende Mischung von rückgeführtem Monomer unterschiedlicher Temperatur kann die resultierende Temperatur an der Düse der Abkühlvorrichtung 33 gesteuert werden.Via a further line 38 attached to the monomer container 37, the monomer is driven out of the system by a pump 39. An additional return to the cooling device 33 is possible through a connecting line connected to the line 38, which can be shut off by means of a valve 47. For this purpose, the other end of the connecting line 46 is connected to that part of the return line 40 which lies in the flow direction beyond the continuous cooling device 43. The resulting temperature at the nozzle of the cooling device 33 can be controlled via the control of the valve 47 and a corresponding mixture of recycled monomer of different temperatures.
Fig. 3 und Fig. 4 veranschaulichen nochmals einen wesentlichen Effekt der erfindungsgemäßen Kugelform der Wärmeträger-Partikel. Wie durch einen in der Darstellung nach unten weisenden doppellinigen Pfeil angedeutet ist, wird eine an einem Mischwerkzeug 63 anliegende Kugel 68 bewegt und überträgt die Bewegung auf zwei weitere an ihr anliegende Kugeln 69, 70. Die resultierende Bewegung der Kugeln 69, 70 ist durch zwei Pfeile dargestellt. Im Ergebnis streben die Kugeln 69, 70 bei sehr geringem Bewegungswiderstand auseinander und ermöglichen ein leichtes Hindurchtreten der Kugel 68 (wie in Fig. 4 dargestellt). Entsprechende Bewegungen der Kugeln sind auch unter ebenso geringem Bewegungswiderstand relativ zu Polymermaterialstücken möglich.FIGS. 3 and 4 again illustrate an essential effect of the spherical shape of the heat transfer particles according to the invention. As indicated by a double-line arrow pointing downward in the illustration, a ball 68 resting on a mixing tool 63 is moved and transfers the movement to two further balls 69, 70 resting on it. The resulting movement of the balls 69, 70 is by two Arrows shown. in the As a result, the balls 69, 70 diverge with very little movement resistance and allow the ball 68 to pass easily (as shown in FIG. 4). Corresponding movements of the balls are also possible with just as little movement resistance relative to pieces of polymer material.
Fig. 5 zeigt eine Schleuseneinrichtung 22, die beispielsweise in der Anordnung gemäß Fig. 1 dem Reaktor 1 vorgeschaltet werden kann. Ein Einfüllstutzen 20, der beispielsweise an der in Fig. 1 dargestellten Dosiereinrichtung 21 ansetzt, mündet in die Schleusenkammer 19 der Schleuseneinrichtung 22. An der Eintrittsseite der Schleusenkammer 19 ist eine erste, im Beispiel obere Schließvorrichtung angeordnet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schleuseneinrichtung 22 mittels eines hin und her beweglichen Verschlussteils 80 den Einfüllstutzen 20 verschließen kann. Allgemein ist die Schließvorrichtung 71 so ausgestaltet, dass die Schleusenkammer eintrittsseitig gasdicht abgeschlossen werden kann. An der Austrittsseite der Schleusenkammer 19, hier unterhalb der Schleusenkammer, befindet sich eine zweite Schließvorrichtung 72, die beispielsweise ebenfalls über ein hin und her bewegliches Verschlussteil 81 eine Polymerzuleitung 17 zu dem Reaktor verschließen kann. Auch die zweite Schließvorrichtung 72 ist so ausgestaltet, dass sie den Behälter 19 (hier austrittsseitig) gasdicht verschließen kann.FIG. 5 shows a lock device 22 which can be connected upstream of the reactor 1, for example in the arrangement according to FIG. 1. A filler neck 20, which, for example, is attached to the metering device 21 shown in FIG. 1, opens into the lock chamber 19 of the lock device 22 can close the filler neck 20 by means of a reciprocating closure part 80. In general, the locking device 71 is designed such that the lock chamber can be closed gas-tight on the entry side. On the outlet side of the lock chamber 19, here below the lock chamber, there is a second closing device 72 which, for example, can also close a polymer feed line 17 to the reactor via a back and forth movable closure part 81. The second closing device 72 is also designed such that it can close the container 19 (here on the outlet side) in a gas-tight manner.
Weiterhin setzt an der Schleusenkammer 19 eine Gasleitung 74 an, die mit einem Hauptventil 78 kombiniert ist. Aus Sicht der Schleusenkammer 19 jenseits des Hauptventils 78 befindet sich ein T-Stück 75, an dem sich die Gasleitung 74 in einen oberen Ast und in einen unteren Ast verzweigt. In dem oberen Ast ist eine Pumpe 76 angeordnet. In dem unteren Ast ist ein Schutzgasventil 79 angeordnet. Der untere Ast mündet beispielsweise in die in Fig. 1 dargestellte Schutzgaszuleitung. Der obere und der untere Ast müssen nicht wie in der Figur dargestellt nach oben bzw. nach unten führen, sondern können in jede geeignete Richtung führen.A gas line 74, which is combined with a main valve 78, also attaches to the lock chamber 19. From the view of the lock chamber 19, beyond the main valve 78, there is a T-piece 75, on which the gas line 74 branches into an upper branch and a lower branch. A pump 76 is arranged in the upper branch. A protective gas valve 79 is arranged in the lower branch. The lower branch opens, for example, into the protective gas feed line shown in FIG. 1. The upper and lower branches do not have to lead up or down as shown in the figure, but can lead in any suitable direction.
Während des Depolymerisationvorganges, insbesondere während des Betriebes der in Fig. 1 dargestellten Anlage oder einer anderen Anlage, wird der Reaktor wiederholt mit einer Menge Polymermaterial gefüllt. Hierzu wird zunächst durch den Einfüllstutzen 20 die Menge Polymermaterial in die Schleusenkammer 19 eingefüllt. Dabei ist die zweite, untere Schließvorrichtung 72 geschlossen. Nach dem Einbringen des Polymermaterials wird auch die erste, obere Schließvorrichtung 71 geschlossen. Anschließend wird das Hauptventil 78 geöffnet (falls es nicht bereits offen ist) und wird mittels der Pumpe 76 Gas (insbesondere Luft) aus der Schleusenkammer 19 evakuiert. Dabei ist das Schutzgasventil 79 geschlossen. Danach wird die Pumpe 76 abgeschaltet und falls erforderlich zusätzlich der obere Ast der Gasleitung 74 abgesperrt. Weiterhin wird dann bei geöffnetem Hauptventil 78 und bei geöffneten Schutzgasventil 79 Schutzgas bis zu einem gewünschten Druck in die Schleusenkammer 19 eingeleitet. Dabei wird vorzugsweise ein Enddruck in der Schleusenkammer 19 erreicht, der höher als der Druck des Schutzgases in dem Reaktor ist. Hierdurch können einerseits Schutzgasverluste aus dem Reaktor durch Ableiten des Monomer/Schutzgas-Gemisches aus dem Reaktor ausgeglichen werden und andererseits ein Ausströmen des Monomer/Schutzgas-Gemisches durch die Polymerzuleitung in die Schleusenkammer 19 verhindert werden.During the depolymerization process, in particular during the operation of the plant shown in FIG. 1 or another plant, the reactor is repeatedly filled with a quantity of polymer material. This will first the amount of polymer material is filled into the lock chamber 19 through the filler neck 20. The second, lower closing device 72 is closed. After the introduction of the polymer material, the first, upper closing device 71 is also closed. The main valve 78 is then opened (if it is not already open) and gas (in particular air) is evacuated from the lock chamber 19 by means of the pump 76. The protective gas valve 79 is closed. The pump 76 is then switched off and, if necessary, the upper branch of the gas line 74 is additionally shut off. Furthermore, with the main valve 78 open and with the protective gas valve 79 open, protective gas is then introduced into the lock chamber 19 up to a desired pressure. In this case, a final pressure in the lock chamber 19 is preferably reached which is higher than the pressure of the protective gas in the reactor. In this way, losses of protective gas from the reactor can be compensated for by discharging the monomer / protective gas mixture from the reactor and, on the other hand, the monomer / protective gas mixture can be prevented from flowing out through the polymer feed line into the lock chamber 19.
Nach Erreichen des Enddruckes in der Schleusenkammer 19 wird die zweite, untere Schließvorrichtung 72 geöffnet und somit die Menge Polymermaterial in den Reaktor eingebracht.After the final pressure in the lock chamber 19 has been reached, the second, lower closing device 72 is opened and the quantity of polymer material is thus introduced into the reactor.
Im Folgenden werden noch Versuchsbeispiele für die Auslegung und Durchführung des Depolymerisationsvorganges in einem Reaktor beschrieben.Test examples for the design and implementation of the depolymerization process in a reactor are described below.
Beispiel 1 : Es wurde ein Schaufelreaktor mit 280 mm Durchmesser und 400 mm Länge gewählt. In diesen Reaktor wurden zwölf Kilogramm Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 0,2 mm als Wärmeträger eingefüllt. Während der Depolymerisation betrugen die mittlere Kugeltemperatur 456 Grad Celsius, der auf Erdatmosphärendruck auf Meereshöhe bezogene Überdruck des Schutzgases in dem Reaktor (im Beispiel Stickstoff) 66,7 hPa (ca. 50 Torr) und die Drehzahl der Welle des Schaufelreaktors 100 U/min. Mit einem Anlagenaufbau wie in Fig. 1 dargestellt wurde eine Ausbeute an MMA von 97 % bei einer Reinheit von 98,5 % erreicht. Beispiel 2: Es wurde entsprechend wie bei Beispiel 1 verfahren, jedoch wurden zwanzig Kilogramm der Stahlkugeln in den Reaktor eingefüllt und eine mittlere Kugeltemperatur von 380 Grad Celsius eingestellt. Die MMA-Ausbeute betrug 98 % bei einer Reinheit von 99 %.Example 1: A vane reactor with a diameter of 280 mm and a length of 400 mm was chosen. Twelve kilograms of steel balls with a diameter of 0.2 mm were filled into this reactor as a heat transfer medium. During the depolymerization, the mean sphere temperature was 456 degrees Celsius, the excess pressure of the protective gas in the reactor (nitrogen in the example), based on atmospheric pressure at sea level, and 66.7 hPa (approx. 50 Torr), and the speed of the shaft of the blade reactor 100 rpm. With a plant structure as shown in FIG. 1, a yield of MMA of 97% with a purity of 98.5% was achieved. Example 2: The procedure was as in Example 1, but twenty kilograms of the steel balls were introduced into the reactor and an average ball temperature of 380 degrees Celsius was set. The MMA yield was 98% with a purity of 99%.
Beispiel 3: Der Versuch wurde wie im Beispiel 2 beschrieben durchgeführt, jedoch wurde der Prozess bei einer mittleren Kugeltemperatur von nur 320 Grad Celsius gefahren. Die MMA-Ausbeute betrug 98,5 % bei einer Reinheit von 99 %. Example 3: The test was carried out as described in Example 2, but the process was carried out at an average ball temperature of only 320 degrees Celsius. The MMA yield was 98.5% with a purity of 99%.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Rückgewinnung von monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure, von Styrol und/oder von monomeren Styrol- Derivaten aus entsprechende Struktureinheiten aufweisendem Polymermaterial, wobei das Polymermaterial in einem beheizten Reaktor (1 ; 51 ) mit einem1. A process for the recovery of monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid, of styrene and / or of monomeric styrene derivatives from corresponding structural units polymer material, the polymer material in a heated reactor (1; 51) with a
Wärmeträger in Kontakt gebracht wird, der Wärmeträger und das Polymermaterial in dem Reaktor (1 ; 51 ) bewegt werden und in dem Reaktor (1 ; 51 ) entstehendes, das Monomer enthaltendesHeat transfer medium is brought into contact, the heat transfer medium and the polymer material in the reactor (1; 51) are moved and in the reactor (1; 51) resulting, containing the monomer
Gas aus dem Reaktor (1; 51) abgeleitet wird, wobei der Wärmeträger eine Vielzahl von kugelförmigen Partikeln (67) aufweist.Gas is discharged from the reactor (1; 51), the heat transfer medium having a large number of spherical particles (67).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Polymermaterial Acrylverbindungen aufweist und wobei die durchschnittliche Temperatur der Partikel (67) des Wärmeträgers in dem Reaktor (1; 51) im Bereich von 250 bis 600 Grad Celsius liegt.2. The method according to claim 1, wherein the polymer material comprises acrylic compounds and wherein the average temperature of the particles (67) of the heat carrier in the reactor (1; 51) is in the range of 250 to 600 degrees Celsius.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reaktor (1 ; 51 ) elektrisch beheizt wird.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the reactor (1; 51) is electrically heated.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die kugelförmigen Partikel (67) aus einem an der Rückgewinnung des Monomers nicht reaktiv beteiligten Material bestehen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the spherical particles (67) consist of a material which is not reactively involved in the recovery of the monomer.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die kugelförmigen Partikel (67) aus Edelstahl, insbesondere aus chrom- und nickelhaltigem Stahl, bestehen. 5. The method according to claim 4, wherein the spherical particles (67) made of stainless steel, in particular chromium and nickel-containing steel.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die kugelförmigen Partikel (67) einen Durchmesser im Bereich von 0,075 mm bis 0,25 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm, haben.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the spherical particles (67) have a diameter in the range from 0.075 mm to 0.25 mm, in particular in the range from 0.1 to 0.2 mm.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die kugelförmigen Partikel (67) durch ein kontinuierlich angetriebenes Mischwerkzeug bewegt werden und im Reaktor (1 ; 51) verbleiben.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the spherical particles (67) are moved by a continuously driven mixing tool and remain in the reactor (1; 51).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Polymermaterial und die kugelförmigen Partikel in einer Schutzgasatmosphäre bewegt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the polymer material and the spherical particles are moved in a protective gas atmosphere.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich das Polymermaterial in einer Schutzgasatmosphäre befindet, unmittelbar bevor es in den Reaktor (1 ; 51 ) eingebracht wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer material is in a protective gas atmosphere immediately before it is introduced into the reactor (1; 51).
10. Anordnung zur Rückgewinnung von monomeren Estern substituierter oder unsubstituierter Acrylsäure oder von Styrol aufweisenden Monomeren aus entsprechende Struktureinheiten aufweisendem Polymermaterial, wobei die Anordnung folgendes aufweist: einen beheizbaren Reaktor (1 ; 51 ) zur Erzeugung das Monomer enthaltenden Gases aus dem Polymermaterial und eine Bewegungseinrichtung (3, 11 , 13; 53, 63) zur Bewegung von in dem Reaktor (1; 51) enthaltenem Bewegungsgut (65), die mit dem Reaktor (1 ; 51) kombiniert ist oder Teil des Reaktors ist, wobei das Bewegungsgut (65) das Polymermaterial und einen Wärmeträger aufweist und wobei der Wärmeträger eine Vielzahl von kugelförmigen Partikeln (67) aufweist. 10.An arrangement for the recovery of monomeric esters of substituted or unsubstituted acrylic acid or of styrene-containing monomers from corresponding structural units polymer material, the arrangement comprising the following: a heatable reactor (1; 51) for generating the monomer-containing gas from the polymer material and a moving device ( 3, 11, 13; 53, 63) for moving goods (65) contained in the reactor (1; 51), which is combined with the reactor (1; 51) or is part of the reactor, the goods (65) comprising the polymer material and a heat carrier, and wherein the heat carrier has a plurality of spherical particles (67).
1. Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine1. Arrangement according to claim 10, characterized by a
Schleuseneinrichtung (22) zum Einbringen des Polymermaterials in den Reaktor (1; 51), wobei die Schleuseneinrichtung (22) eine Schleusenkammer (19), eine erste, an einer Eintrittsseite der Schleusenkammer (19) angeordnete Schließvorrichtung (71), und eine zweite, an einer Austrittsseite der Schleusenkammer (19) angeordnete Schließvorrichtung (72) aufweist und wobei eine Evakuierungseinrichtung (74, 75, 76) und eine Gas-Befülleinrichtung (18, 74, 75, 79) mit der Schleusenkammer (19) kombiniert sind, sodass bei geschlossener erster und zweiter Schließvorrichtung (71 , 72) Gas aus der Schleusenkammer (19) evakuierbar und die Schleusenkammer (19) mit einem Schutzgas befüllbar ist. Lock device (22) for introducing the polymer material into the reactor (1; 51), the lock device (22) comprising a lock chamber (19), a first closing device (71) arranged on an entry side of the lock chamber (19), and a second, has a locking device (72) arranged on an outlet side of the lock chamber (19) and an evacuation device (74, 75, 76) and a gas filling device (18, 74, 75, 79) are combined with the lock chamber (19), so that at closed first and second closing device (71, 72), gas can be evacuated from the lock chamber (19) and the lock chamber (19) can be filled with a protective gas.
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