ES2297698T3 - Procedimiento para el tratamiento con disolvente de un plastico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el tratamiento con disolvente de un plástico, que comprende: (a) disolver el plástico poniéndolo en contacto con un disolvente y con al menos un agente de separación de fases (PSA) compatible con el disolvente y que puede mejorar la disolución del plástico en el disolvente; (b) precipitar el plástico poniendo en contacto la solución con al menos un componente no disolvente de modo que se obtenga una mezcla disolvente/no disolvente que contiene partículas de plástico precipitadas; y (c) eliminar sustancialmente el disolvente de la mezcla y recuperar las partículas de plástico sólidas, en el que después de la etapa (a) pero antes de la etapa (c), tiene lugar una etapa (d) de extracción durante la cual se elimina al menos una porción sustancial del PSA de la solución o de la mezcla, usando dicha etapa (d) de extracción una composición de extracción que incluye disolvente en una cantidad suficiente para reemplazar el evaporado y mantener prácticamente sin que se vea afectadala concentración de polímero en la solución o en la mezcla.
Description
Procedimiento para el tratamiento con disolvente
de un plástico.
La presente invención se refiere a un
procedimiento adecuado para la recuperación de plásticos de mezclas
de estos que contienen disolventes.
Los plásticos se usan extensamente para la
fabricación de una diversidad de artículos flexibles o rígidos, por
ejemplo, toldos, telas revestidas y otros elementos para el
revestimiento de interiores de vehículos, tuberías, marcos de
ventanas o cables de potencia aislados, revestimientos poliméricos
de tejados, revestimientos poliméricos de suelos, papel para pared
revestido de polímeros y similares.
Independientemente de la naturaleza del
artículo, con frecuencia nos encontramos con la tarea de extraer
polímeros de mezclas, por ejemplo, soluciones, en las que estos
están presentes. Por ejemplo, pueden presentarse soluciones de
polímeros al finalizar ciertos procedimientos de polimerización
("en solución") y/o durante la limpieza de ciertas
instalaciones empleadas durante su fabricación.
Por otro lado, durante el reciclado de polímeros
se puede formar una corriente mixta que contiene polímero(s).
En este sentido, la molienda intensiva de estos artículos puede
proporcionar una mezcla de partículas de composición heterogénea,
que pueden dificultar su purificación y reutilización. Además, en el
caso de artículos reforzados con fibras (tales como artículos
reforzados con fibra de poliéster), las fibras forman con frecuencia
una especie de relleno que complica la reutilización de los
artículos molidos.
Las solicitudes de patente internacional WO
01/23463 y WO 01/70865 y las patentes/solicitudes francesas FR
2776663, FR 2833267, FR 03.08690 y FR 03.08691 a nombre de SOLVAY se
refieren a un procedimiento para reciclar un plástico (PVC) y/o
recuperar un plástico de una solución de dicho plástico en un
disolvente (MEK). Estas patentes se incorporan como referencia en
su totalidad a todos los efectos.
Los procedimientos descritos en estos documentos
incluyen la precipitación del polímero en una solución añadiendo
uno o más componentes no disolventes (por ejemplo, agua) en fase
vapor (para facilitar la evaporación del disolvente) y/o en fase
líquida (para facilitar la precipitación del polímero) y eliminar el
disolvente bien por atomización (como en el documento FR 2833267) o
por destilación azeotrópica (como en las otras solicitudes
citadas).
Un procedimiento típico de destilación
azeotrópica transcurre como sigue. Se añade progresivamente un
componente no disolvente a una solución que contiene polímero. Tan
pronto como el disolvente ha absorbido suficiente componente no
disolvente (por ejemplo, vapor condensado o más agua), la resina
precipitará junto con cargas, estabilizadores, pigmentos
dispersados todavía en la fase orgánica mayoritaria, plastificantes
y otros líquidos, por ejemplo, estabilizadores líquidos, pueden
precipitar junto con la resina o permanecer todavía en solución en
la fase orgánica. A medida que aumenta el componente no disolvente
añadido, el sistema pasa de un medio monofásico constituido por una
fase rica en disolvente que contiene el polímero y cantidades
minoritarias de componente no disolvente, a un medio bifásico. Ese
medio bifásico inicial está constituido, por un lado por una fase
mayoritaria rica en disolvente que contiene el polímero y, además
por otro lado, una fase de componente no disolvente minoritaria de
gotas ricas en componente no disolvente dispersadas en la fase de
disolvente. Seguidamente, después de la adición de una cantidad
determinada de componente no disolvente (por ejemplo, vapor/vapor
y/o líquido) en base al diagrama de fases del disolvente y el
componente no disolvente, se produce una inversión de las dos
fases. En este sentido, la fase mayoritaria se convierte en fase
rica en agua con la fase dispersada de gotas de fase rica en
disolvente que contiene el polímero ya precipitado. Durante dicho
procedimiento, la inyección de vapor hace posible la eliminación
sustancial del disolvente por destilación azeotrópica.
El disolvente recuperado se puede convertir,
después de decantar, en una fase de disolvente saturada en
componente no disolvente y una fase de componente no disolvente
saturada en disolvente. En tales casos, ninguna de las fases tiene
la capacidad de disolver el polímero (por ejemplo, en el caso de
MEK). Así, es necesario reducir el contenido de componente no
disolvente en la fase disolvente necesita reducirse con el fin de
permitir su posterior reutilización.
Una solución que se propuso por el cesionario de
esta solicitud en la solicitud de patente WO 01/70865, se refiere
al uso de hexano como "agente de separación de fases"
("PSA" del inglés "Phase Separating Agent") que lleva a
la decantación del líquido que tiene una composición parecida a la
del azeótropo en una fase acuosa y una fase consistente
esencialmente en disolvente. La adición de hexano a la mezcla
disolvente:componente no disolvente permite no solo una decantación
más sencilla de las mezclas que tienen una composición parecida al
azeótropo, sino también un aumento en la potencia disolvente de la
fase rica en disolvente con respecto al plástico en cuestión. Por
tanto, el procedimiento se hace más flexible, requiere menos energía
y es menos costoso. Dichos procedimientos pueden ofrecer una
solución sencilla, económica, viable y relativamente no
contaminante que también permite la recuperación de plásticos de
alta pureza.
Aunque tales procedimientos pueden ser eficaces
en la recuperación del disolvente, se ha descubierto que tales
procedimientos también limitan de forma no deseada la cantidad de
plástico que se puede tratar de forma eficaz en soluciones que
contienen estos agentes. Concretamente, el PSA hace que las
partículas de polímero se peguen entre si durante la precipitación
si la solución tratada está demasiado concentrada. Así, la cantidad
de plástico que se puede recuperar en una operación de reciclado es
limitada, lo cual no es deseable puesto que menores concentraciones
de polímero en el disolvente significan mayores requerimientos
energéticos por cantidad unitaria de polímero.
Se ha desarrollado previamente una mejora por el
cesionario, que permite un aumento en la concentración de polímero
en el disolvente, reduciendo la cantidad de energía necesaria para
eliminar el disolvente. Este proceso se ha descrito en la solicitud
de patente anterior de Solvay (FR 03.08691 publicada como FR
2857670). En este desarrollo, se somete el disolvente condensado a
una etapa de decantación en presencia de PSA, sometiéndose entonces
la fase superior, la fase orgánica que contiene el disolvente, el
PSA y parte del componente no disolvente a destilación con el fin
de eliminar el PSA antes de reutilizar el disolvente en la
disolución.
No obstante, puesto que no hay PSA presente
durante la etapa de disolución, dichos procedimientos pueden limitar
también de forma no deseable la cantidad de plástico que se puede
tratar de forma eficaz en soluciones que contienen estos agentes.
Así, la cantidad de plástico que se puede recuperar en una operación
de reciclado está todavía limitada de forma no deseada.
En el caso citado anteriormente, se ha descrito
también que el PSA se puede eliminar entre la etapa de
disolución-eliminación de insolubles y la etapa de
precipitación. Esta eliminación se puede conseguir por destilación
aunque esto afectará a la morfología de las partículas.
La presente invención se basa en la observación
de que la eliminación del PSA se puede aplicar después de la
disolución-eliminación de insolubles y antes de, o
durante la precipitación del polímero, eliminando por extracción el
PSA de la solución usando una composición de extracción apropiada.
La clave parece ser que el agente de separación de fases debería
estar presente durante la disolución del polímero, pero ser
eliminado de hecho antes de completar la precipitación del polímero
en partículas sólidas. Con el fin de evitar una precipitación
sustancial durante la extracción, la composición de extracción
contendrá suficiente disolvente para reemplazar el disolvente
evaporado y mantener la concentración del polímero prácticamente sin
alterar (de cualquier modo, normalmente se produce una ligera
precipitación puesto que se elimina el PSA; esto se explicará con
más detalle más adelante).
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, se hace uso de una composición de extracción que se
genera, al menos en parte, durante la etapa de eliminación del
disolvente del mismo proceso o de un proceso similar al mismo. Al
hacer esto, nos aprovechamos de una composición ya disponible en el
proceso o en uno similar/paralelo de modo que de nuevo se pueden
obtener ahorros.
Por tanto, la presente invención se refiere a un
procedimiento para el tratamiento con disolvente de un plástico,
que comprende:
- (a)
- disolver el plástico poniéndolo en contacto con un disolvente y con al menos un agente de separación de fases (PSA) compatible con el disolvente y que puede mejorar la disolución del plástico en el disolvente;
- (b)
- precipitar el plástico poniendo en contacto la solución con al menos un componente no disolvente de modo que se obtenga una mezcla disolvente/no disolvente que contiene partículas de plástico precipitadas; y
- (c)
- eliminar sustancialmente el disolvente de la mezcla y recuperar las partículas de plástico sólidas,
en el que después de la etapa (a)
pero antes de la etapa (c), tiene lugar una etapa (d) de extracción
durante la cual se elimina al menos una porción sustancial del PSA
de la solución o de la mezcla, usando dicha etapa (d) de extracción
una composición de extracción que incluye disolvente en una cantidad
suficiente para reemplazar el evaporado y mantener la concentración
de polímero en la solución o en la mezcla prácticamente sin verse
afectada.
El plástico en cuestión puede ser de cualquier
tipo. Puede ser un polímero no polar, tal como un polímero de
etileno (PE), propileno (PP), estireno (PS), carbonato (PC) y
similares. puede ser un polímero polar, tal como un polímero de
cloruro de vinilo (PVC) o de cloruro de vinilideno (PVDC) o PVDF. El
término PVC se sobreentiende que se refiere a cualquier homo- o
copolímero que contiene al menos 50% en peso de cloruro de vinilo, o
incluso mezclas de estos materiales, tal como PVCABS y
similares.
El plástico puede obtenerse de cualquier forma
reconocida en la técnica. Por ejemplo, el plástico puede ser el
desecho de un proceso de polimerización, de la mezcla o del uso del
plástico, opcionalmente en un estado líquido o de pasta u
opcionalmente incluso en solución en un disolvente. Puede ser
también artículos sólidos que comprenden uno o más aditivos
comunes, tales como plastificantes, estabilizadores, antioxidantes,
retardantes de la llama, pigmentos, cargas y similares, incluyendo
fibras reforzantes. Estas fibras pueden ser de cualquier tipo,
naturales o sintéticas; es particularmente posible el uso de fibras
de vidrio, fibras de celulosa o fibras plásticas. Las fibras son
con frecuencia plásticas y en particular fibras de poliéster.
Estos artículos pueden estar en configuración de
forma flexible o rígida, por ejemplo, tuberías, recipientes,
láminas para cubrir el suelo, toldos, marcos de ventanas, vainas de
aislamiento de cables de potencia y similares. Los artículos pueden
haber sido fabricados por cualquier técnica conocida: moldeo por
extrusión, revestimiento, por inyección y similares. Se puede
demostrar que es de interés triturar estos artículos reduciéndolos a
fragmentos más pequeños que son fáciles de manipular y por
disolución en el procedimiento de acuerdo con la invención. En la
solicitud de patente EP 945481 anteriormente citada se describen
tratamientos apropiados de trituración. La solicitud de patente
europea anterior se incorpora en la presente solicitud como
referencia en su totalidad a todos los efectos.
En el procedimiento de recuperación de la
invención, el plástico se puso en contacto con un disolvente capaz
de disolver el mismo, así como con un agente de separación de fases
(PSA) antes de someterse a precipitación.
Naturalmente, los términos "disolvente",
"agente de separación de fases" y "componente no
disolvente", que se definirán más adelante, se refieren bien a
sustancias puras o a mezclas de sustancias.
En este sentido, se apreciará que, sin embargo,
si el artículo está reforzado con fibra, la mezcla de
disolvente-agente de separación de fases no llevará
a disolución los constituyentes distintos del plástico que se va a
reciclar. La recuperación de cualquier material de refuerzo o
"accesorios" presentes, tales como rebordes metálicos de
fijación, etiquetas, conductores metálicos y similares, que se hayan
incorporado al, o unido al, plástico y que no se hayan separado del
mismo antes de ser sometido al procedimiento de acuerdo con la
invención, se describe en una solicitud de patente anterior de
Solvay, EP 945481.
Se puede emplear cualquier disolvente adecuado
para disolver el plástico en cuestión. El disolvente se selecciona
preferiblemente entre líquidos que tienen un parámetro de
solubilidad (para lo cual se aporta una definición y valores
experimentales en "Properties of Polymers", D. W. Van
Krevelen, 1990 Edition, páginas 200-202, y también
en "Polymer Handbook", J. Brandrup and E. H. Immergut, Editors,
Segunda Edición, página IV-337 a
IV-359) próximo al parámetro de solubilidad del
plástico que se va a disolver.
El disolvente es por lo general un disolvente
orgánico, con preferencia un disolvente orgánico polar como MEK
(metil etil cetona), que dan buenos resultados con un gran número de
polímeros y, en particular, con polímeros halogenados como PVC.
Otros disolventes adecuados son: DEK, MIBK, THF, ciclohexanona,
ciclopentanona, que da buenos resultados con muchos polímeros y, en
particular, son adecuados para usar con polímeros como PVC, ABS,
PVDF y mezclas como PVC/ABS, PC-ABS y similares.
En contraste con lo anterior, los componentes no
disolventes incluyen los materiales que no son eficaces para
disolver cantidades sustanciales de los plásticos deseados. Estos se
seleccionan preferiblemente para que tengan un parámetro de
solubilidad notablemente diferente al del plástico a disolver.
"Notablemente diferente" se refiere a que difiere en más de 6
unidades; como complemento, "próximo a" significa que difiere
en menos de 4 unidades, preferiblemente no más de 1,8 unidades.
Ejemplos específicos de componentes no
disolventes adecuados incluyen líquidos orgánicos como agua
(particularmente adecuado en el caso de polímeros solubles en
medios no acuosos). Se prefiere el agua a la vista de aspectos
medioambientales y económicos asociados generalmente con procesos
industriales. Por otro lado, el agua puede proporcionar ciertas
ventajas, por ejemplo, puede crear una mezcla azeotrópica con
diversos disolventes polares como MEK, que hace posible facilitar
la eliminación del disolvente por destilación azeotrópica.
Los agentes de separación de fases (PSA)
adecuados para usar en la invención incluyen los compuestos que
favorecen la decantación de mezclas disolvente-no
disolvente para el plástico.
De acuerdo con la presente invención, este PSA
es, además, compatible con el disolvente e incompatible con el
componente no disolvente y es capaz de mejorar la disolución del
plástico por el disolvente. Así, este agente de separación de fases
está prácticamente ausente en la fase rica en componente no
disolvente que proviene del proceso de decantación y puede también
favorecer la producción de un plástico sustancialmente exento de
este agente. Ejemplos de agentes adecuados son
n-hexano, iso-hexano comercial y
similares.
Así, este PSA es una sustancia capaz de mejorar
la capacidad del disolvente para disolver el polímero. Lo más
preferible, es una sustancia que también es no miscible con el
componente no disolvente y en realidad lo repele (es decir,
previene que entre en la fase disolvente).
Se apreciará que el agente de separación de
fases también puede describirse en términos de parámetros de
solubilidad. Por ejemplo, aunque el parámetro de solubilidad del
disolvente es próximo al del plástico, el parámetro de solubilidad
del agente de separación de fases es:
- -
- menor que el parámetro de solubilidad del plástico si el parámetro de solubilidad del componente no disolvente es mayor que el del plástico
- -
- mayor que el parámetro de solubilidad del plástico si el parámetro de solubilidad del componente no disolvente es menor que el del plástico.
Las soluciones que se pueden tratar por el
procedimiento de acuerdo con la presente invención tienen una
concentración de polímero tal que su viscosidad no es perjudicial
para el proceso global de reciclado (por ejemplo, el componente no
disolvente puede mezclarse gradualmente y/o dispersarse en la
solución de modo que pueden tener lugar tanto la interacción como
la precipitación). En el procedimiento de acuerdo con la invención,
se puede trabajar con concentraciones de polímero mayores o iguales
que 100 g/l de disolvente, incluso hasta 250 g/l e incluso,
300 g/l. No obstante, el contenido en polímero no supera de forma típica 500 g/l, incluso 400 g/l. El procedimiento de la invención hace posible aumentar la concentración de plástico en el disolvente desde 12% hasta 25%, 30% incluso 40% (en masa, de plástico frente a disolvente).
300 g/l. No obstante, el contenido en polímero no supera de forma típica 500 g/l, incluso 400 g/l. El procedimiento de la invención hace posible aumentar la concentración de plástico en el disolvente desde 12% hasta 25%, 30% incluso 40% (en masa, de plástico frente a disolvente).
El procedimiento de disolución tiene lugar por
lo general a una presión de al menos presión atmosférica, más
específicamente al menos 1,5 x 10^{5} Pa. Esta presión no supera
ventajosamente 10 x 10^{5} Pa, preferiblemente 5 x 10^{5}
Pa.
La temperatura del procedimiento de disolución
es por lo general de al menos 75ºC, más específicamente 100ºC; por
lo general no supera 125ºC, más específicamente 110ºC.
Además, puede resultar ventajoso trabajar en una
atmósfera inerte, por ejemplo, en nitrógeno, para evitar cualquier
riesgo de explosión o de degradación del disolvente, del componente
no disolvente y/o del agente de separación de fases.
De acuerdo con la invención, es de suma
importancia que el PSA esté presente durante la etapa (a) de
disolución debido a que el PSA se elige para que mejore la
solubilización del polímero por el disolvente. Esto permite tratar
más plástico y además, tratar plásticos que pueden contener algo de
componente no disolvente (muchas fuentes disponibles de desechos
plásticos que incluyen agua, un componente no disolvente bien
conocido de la mayoría de los plásticos).
De acuerdo con la invención, el plástico se
precipita primero poniendo en contacto la solución con un componente
no disolvente y luego, se elimina sustancialmente el disolvente del
medio (que ya no es una solución sino una mezcla del disolvente y
el componente no disolvente).
En el procedimiento de la invención, el agente
de separación de fases se elimina extrayendo antes de la etapa (c)
de eliminación, es decir, antes de la recuperación final de las
partículas de plástico sólidas. "Extracción" se refiere a
desvolatilización (es decir, evaporación) usando una composición de
extracción que comprende una corriente de vapor denominada gas de
extracción. En esta etapa de extracción, el gas de extracción se
emplea para eliminar una fase gaseosa, fase que contiene al menos
una porción sustancial del PSA, de la mezcla que contiene plástico.
La fase evaporada comprenderá de forma típica una mezcla del PSA con
el disolvente y una pequeña cantidad de componente no disolvente.
Puesto que durante esta etapa, el PSA se elimina gradualmente,
entra gradualmente en la fase en solución más componente no
disolvente, por lo que parte del plástico puede empezar a
precipitar.
En el caso de que solo se use un gas como
composición de extracción, este gas de extracción, una vez
introducido en la solución que contiene polímero, condensará en la
solución que contiene polímero como componente "sustitutivo"
para la mezcla de PSA/disolvente evaporada. En el caso de que se
usen tanto un gas como un líquido como composición de extracción,
sus composiciones equilibradas serán tales que, de nuevo, se
producirá una sustitución del disolvente evaporado.
En la etapa de extracción, la composición de
extracción se puede introducir en el proceso desde una fuente
externa o, con preferencia, se puede reciclar desde otro punto en el
proceso al menos una porción de la composición de extracción. Por
ejemplo, una corriente de la etapa (c) de eliminación de disolvente
puede comprender una mezcla de disolvente y no disolvente, por
ejemplo, en condiciones azeotrópicas. Dicha corriente puede
reutilizarse directamente como una composición de extracción.
La corriente reciclada también se puede tratar
si, por ejemplo, está presente en un proceso discontinúo en el que
reutilizar el mismo en forma de gas puede resultar demasiado
dificultoso. En tales casos, la corriente reciclada también se
puede tratar, por ejemplo, condensada, antes de usarse como medio de
extracción y luego vaporizarse usando una caldera o vapor. Como
alternativa, se puede usar como tal en combinación con una corriente
de vapor.
Lo más preferible, en el procedimiento de
acuerdo con la invención, la etapa (c) de extracción (c) usa una
composición de extracción generada durante la etapa (c) del mismo
proceso o de otro similar, preferiblemente que funciona en
paralelo.
De hecho, existen a saber dos formas de llevar a
cabo el procedimiento de la invención: de forma discontinua o
continua. De forma general, si se elige la destilación azeotrópica
como medio para eliminar el disolvente en la etapa (c), será un
procedimiento discontinuo. Por otro lado, si se elige secado por
pulverización (o atomización), puede ser un procedimiento
discontinuo o continuo, siendo el último preferido.
Óptimamente, cuando se emplea un procedimiento
discontinuo que emplea destilación azeotrópica e inversión de fases
para ayudar a recuperar el polímero (véase más adelante), la
composición de extracción es típicamente una mezcla del disolvente
y el componente no disolvente obtenido básicamente:
- -
- bien por vaporización de una mezcla azeotrópica condensada del disolvente y el componente no disolvente obtenido durante la etapa (c) de eliminación de disolvente de un lote previo por una caldera o usando vapor;
\newpage
- -
- o directamente usando un vapor azeótropo generado durante la etapa (c) de eliminación del disolvente de otro lote, que funciona en paralelo con dicho lote;
- -
- o mezclando una mezcla azeotrópica condensada de un lote previo y un vapor no disolvente.
En el caso de dos lotes que funcionan en
paralelo, al menos una etapa, a saber, la etapa de disolución, puede
ser en común y, después de ella, se optimizará el tiempo para el
funcionamiento de los dos lotes. El procedimiento de acuerdo con
esta realización de la presente invención (destilación azeotrópica)
también puede proporcionar el control más efectivo del tamaño de
partículas del polímero recuperado de la mezcla por el uso de
agentes dispersantes. En este sentido, se puede emplear más de un
agente dispersante, por ejemplo, uno que tenga una mayor afinidad
por el componente no disolvente y otro que tenga mayor afinidad por
el disolvente. Por ejemplo, agentes dispersantes adecuados incluyen
tensioactivos, como bentonita, poli(alcohol vinílico),
gelatina, ésteres o éteres de celulosa, (co)polímeros
solubles en agua y similares. La cantidad de agente dispersante
usada es por lo general mayor o igual que 0,001% en peso, en base
al peso de PVC, preferiblemente mayor o igual que 0,01% o más
preferiblemente mayor o igual que 0,1%. El contenido de agente
dispersante es por lo general menor o igual que 5%, más
específicamente 2%, más preferiblemente 1%.
Lo más preferible en este caso, es que la etapa
(b) de precipitación transcurra en presencia de un agente
dispersante que tiene una mayor afinidad por el componente no
disolvente (agente dispersante (I)) y que la etapa (c) de
eliminación de disolvente transcurra en presencia de un agente
dispersante que tenga una mayor afinidad por el disolvente (agente
dispersante (II)).
En el procedimiento de acuerdo con esta
realización de la presente invención (destilación azeotrópica), como
se ha explicado antes, la precipitación se inicia muy temprano,
mucho antes de la inversión de fase y eliminación del disolvente.
Por consiguiente, en esta realización, llevar a cabo la extracción
con un medio que contiene un componente no disolvente puede inducir
ya cierta precipitación de modo que las etapas (b) y (d) pueden
desarrollarse al mismo tiempo.
No obstante, en un aspecto de la invención, se
puede introducir una porción del componente no disolvente en la
mezcla antes de la extracción del PSA (es decir, en este caso se
lleva a cabo una etapa (b) separada antes de la etapa (d)). Esta se
debe hacer bajo agitación de modo que el componente no disolvente se
disperse eficazmente en la fase orgánica y no se mezcle con la fase
orgánica, también gracias a la presencia del PSA.
La extracción del PSA se lleva a cabo entonces,
durante la cual la resina continuará precipitando (sin embargo no
completamente; se evitará una inversión de fase como se ha explicado
antes) junto con los sólidos mientras que el disolvente absorbe
cantidades crecientes del componente no disolvente altamente
dispersado. En este sentido, aunque se inyecte gas de extracción,
el PSA se puede extraer y el componente no disolvente será
progresivamente absorbido por el disolvente, dando una
precipitación suave de la resina junto con los sólidos (cargas,
pigmentos y similares). Esto puede aumentar la eficacia del
procedimiento y mejorar la morfología del producto final. Esta
etapa del procedimiento puede hacerse funcionar a presión
atmosférica o a una presión ligeramente inferior como 0,5 x 10^{5}
Pa, 0,6 x 10^{5} Pa.
La fase gas generada durante la extracción se
condensa preferiblemente, luego se decanta y se reutiliza en un
lote posterior (usándose la fase rica en disolvente que contiene el
PSA para la etapa (a) de disolución, y usándose la fase rica en
componente no disolvente para la etapa (b) de precipitación).
Tras finalizar la extracción, se lleva a cabo
una eliminación sustancial de disolvente por destilación azeotrópica
usando al menos una fase rica en componente no disolvente. Con
preferencia, se usa al menos una fase líquida y una vapor rica en
componente no disolvente. Al final de dicha destilación se obtiene
una suspensión de partículas poliméricas en un medio rico en
componente no disolvente. La producción de partículas sólidas en
esta suspensión puede ser mayor o igual que 10% sin que haya
aglomeración de las citadas partículas. De hecho, con el uso de
agentes dispersantes como se han descrito antes, esta proporción
puede ser incluso mayor o igual que 25%, incluso hasta 30%, usado
junto con presión reducida y agente dispersante, evitando la nueva
aglomeración.
La extracción y la destilación azeotrópica se
pueden llevar a cabo en el mismo dispositivo, sucesivamente
alimentado con la composición de extracción (rica en disolvente) y
con la corriente(s) de destilación (rica en componente no
disolvente). No obstante, en el caso de al menos 2 lotes que
funcionen en paralelo, estos se llevarán a cabo preferiblemente en
dispositivos separados de modo que los gases que llegan de la etapa
(c) de eliminación de disolvente de un lote se usen directamente
para la extracción de la primera. Solo el primer lote de una serie
debe incluir una etapa durante la cual se genera la composición de
extracción (en lugar de reciclado).
Las partículas recogidas después de completarse
la destilación se pueden aclarar, secar, centrifugar y/o tratarse
por cualquier medio conocido antes de almacenar, comercializar y/o
usar.
De acuerdo con otra realización, el
procedimiento de la invención es un proceso continuo en el que la
eliminación del disolvente durante la etapa (c) se produce por
secado por pulverización o atomización usando componente no
disolvente como se describe en la solicitud FR 2833267
anteriormente citada, cuyo contenido se incorpora como referencia en
la presente invención.
Con preferencia, en dicho caso, la composición
de extracción es un gas básicamente constituido por la fase vapor
generada durante la atomización. Incluso más preferiblemente, el
disolvente y el componente no disolvente forman un azeótropo de
modo que el gas de extracción es de nuevo una composición
azeotrópica del disolvente y el componente no disolvente.
El uso de composiciones azeotrópicas es de hecho
favorable puesto que estas permiten normalmente la evaporación a
una menor temperatura y, por ello, reducen el consumo de
energía.
En esta realización además, la etapa (d) de
extracción va precedida preferiblemente por una etapa (b) de
precipitación separada con el fin de obtener una buena morfología
de partículas. Como alternativa o además de ello, la solución que
se ha extraído se puede someter a otra precipitación mediante
adición del componente no disolvente después de extracción pero
antes de la atomización, esto consigue que la mezcla heterogénea
tenga una menor viscosidad, recomendado en la patente FR
anteriormente citada.
La extracción y precipitación pueden producirse
en el mismo dispositivo, o en dispositivos diferentes.
El procedimiento de acuerdo con la invención se
ha aplicado con éxito para el reciclado de PVC, seleccionando MEK
(metil etil cetona) como disolvente y agua como componente no
disolvente y un hidrocarburo alifático que tiene de 5 a 7 átomos de
carbono como agente de separación de fases. Se han obtenido
resultados adecuados seleccionando n-hexano como
agente de separación de fases.
Se ilustrarán algunas realizaciones de la
presente invención y se compararán con la técnica anterior
(solicitud FR 03.08691 citada antes) por las figuras 1 a 4. En
estas figuras, idénticos códigos de letra se refieren a operaciones
idénticas, a no ser que se indique de otro modo.
El procedimiento de la técnica anterior
ilustrado por la Figura 1 comprende las siguientes etapas:
- -
- disolución (etapa (a));
- -
- eliminación de insolubles (I);
- -
- precipitación y eliminación de disolvente (etapas (b) & (c)) por inyección de fases acuosas generadas durante las etapas de decantación (D1 & D2) de un lote previo, vaporizándose (V) parte del mismo;
- -
- por un lado recuperación de partículas plásticas sólidas (S) y por otro lado condensación (C) de los gases precedentes de las etapas (b) & (c);
- -
- decantación (D1) de dichos gases condensados para obtener una fase acuosa y una fase orgánica, reciclándose la fase acuosa a las etapas (b) & (c) de un lote próximo;
- -
- decantación (D2) de la fase orgánica, en presencia de PSA que procede de la etapa de destilación (DT) de un lote previo, que a su vez genera una fase acuosa (reciclada a las etapas (b) & (c) de un próximo lote) y una fase orgánica;
- -
- destilación (DT) de dicha fase orgánica para dar, por un lado, el disolvente, que se recicla a la etapa de disolución (a) de un próximo lote y, por otro lado, el PSA, que se recicla a la segunda etapa de decantación (D2) de un lote siguiente.
Así, en el procedimiento de acuerdo con la
Figura 1, el agente de separación de fases se elimina
sustancialmente del medio líquido obtenido de la decantación (D2)
antes de que dicho medio líquido se use de nuevo para la
disolución. Este modo de trabajar posibilita, mediante el uso de un
tampón disolvente (que es un "doble" del disolvente que está
en tratamiento (decantación/disolución) mientras tiene lugar el
ciclo de fabricación y que se usa durante el ciclo siguiente,
mientras que, a su vez, se trata el disolvente usado del ciclo
anterior), no prolongar la duración de los ciclos (o lotes) de
fabricación.
No obstante, esto necesita disolvente y equipo
adicionales.
La Figura 1 ilustra evidentemente un
procedimiento discontinuo. En un sistema continuo, que usaría un
secador por pulverización como se describe en la solicitud FR
2833267, la concentración de PSA en el disolvente también se reduce
fuertemente antes de atomizar la suspensión formada.
Antes de esta invención, la única posibilidad
era el uso de una destilación.
Gracias a la invención, que se ilustra en la
Figura 2, es posible recuperar los gases generados en el atomizador
(secador por pulverización; etapa (c)), donde el vapor de agua (Ve)
es el medio de secado, e inyectar los mismos en la solución que
viene de la disolución (a) - eliminación de insolubles (I) con el
fin de eliminar el PSA (etapa (d)). Estos gases están compuestos
esencialmente de MEK y agua, a una concentración cercana a la del
azeótropo MEK-agua (12% de agua p/p). La inyección
de dichos gases tiene lugar durante la etapa (d) de extracción, que
va seguida (o como en el modo anteriormente citado, precedida) por
una etapa de precipitación (b) durante la cual la solución extraída
se transforma en una suspensión que luego se atomiza en la etapa
(c) para dar partículas de plástico sólidas (S). Se ha observado que
la dispersión del componente no disolvente en la solución viscosa
después de la eliminación del PSA, al mismo tiempo que se produce la
precipitación de la resina, es menos eficiente que la mezcla del
componente no disolvente mientras que aun está presente el PSA y
posterior extracción del PSA mientras se produce la precipitación de
la resina.
Los gases generados durante la extracción (d) se
condensan (C) y decantan (D) con el fin de generar una fase
disolvente que todavía contenga el PSA que se alimenta a la etapa
(a) de disolución y una fase acuosa, sustancialmente exenta de PSA,
que se alimenta a la etapa (b) de precipitación. La característica
principal de esta realización es que el gas de extracción existe en
el procedimiento y no se ha tenido que generar. Esto tiene como
resultado un importante ahorro de energía, igual al consumo de la
columna de destilación.
Además, la inversión para la unidad de
extracción es menor que la de una unidad de destilación.
Cuando esta invención se usa en un sistema
discontinuo, como el descrito en el documento FR 03.08691, es
posible eliminar el PSA inyectando gases con una composición
cercana a la de la mezcla azeotrópica. Este gas se puede generar
por vaporización de gases (A) azeotrópicos condensados almacenados
de un lote anterior usando una caldera o inyección de vapor (que se
ilustra en la Figura 3). De forma alternativa, los gases
azeotrópicos condensados se pueden inyectar como líquido en el
precipitador de forma simultánea con la cantidad correcta de vapor
para evaporarlos. Esto permite el uso de un depósito de compensación
sencillo en lugar de una caldera.
Esto significa que dicho gas está disponible en
el procedimiento. Después de limitar la inversión de fase durante
la precipitación, no hay PSA residual presente y los gases
condensados se pueden almacenar empezando desde la inversión de
fase.
Ensayos realizados y simulación por ordenador
indican que las cantidades de gases que se pueden recoger de este
modo superan la cantidad necesaria de gases para extraer el PSA
totalmente.
El procedimiento esquematizado en la Figura 3
comprende las siguientes etapas:
- -
- disolución (etapa (a));
- -
- eliminación de insolubles (I);
- -
- (1): extracción y precipitación (etapas (d) & (b)) inyectando vapor azeotrópico obtenido de vaporización (Ve) de gases azeotrópicos condensados (A) almacenados de un lote anterior, condensándose (C1) y decantándose (D) la fase gas generada durante dicha extracción de modo que la fase orgánica de la misma se puede usar en la etapa (a) de disolución de un lote posterior;
- -
- (2): precipitación posterior y eliminación de disolvente (etapa (c)) por inyección de la fase acuosa generada durante la etapa (D) de decantación de un lote previo y de vapor (Ve); condensación (C2) de los gases azeotrópicos así generados y almacenamiento (A) para el lote siguiente;
- -
- (3): recuperación de partículas de plástico sólidas (S);
las etapas (1) a (3) tienen lugar en el mismo
dispositivo.
El principio ilustrado en la Figura 3 se usó en
el ejemplo siguiente (Ejemplo 1):
Se inició un lote con la siguiente
alimentación:
- Se alimentaron 67,86 kg de desechos (desechos poliméricos de cable eléctrico) en el depósito de disolución, con 2,5 kg de plastificante adicional. Se han usado 195 kg de disolvente caliente para la disolución a 100ºC.
Concentración en la alimentación del
precipitador (después de la filtración): 50 kg de compuesto/195 kg
de disolvente (relación de 25,6%)
La solución se ha filtrado e inyectado en el
depósito de precipitación.
Durante la inyección en el depósito de
precipitación, tiene lugar una evaporación instantánea debido a la
menor presión mantenida en este depósito.
Directamente después de que se transfiere toda
la solución, se ha iniciado la extracción, inyectando 94 kg de gases
con composición azeotrópica.
Durante esta inyección, llevada a cabo a presión
constante, la temperatura llega al final a la temperatura exacta de
ebullición del azeótropo. Se han evaporado 96 kg de disolvente del
depósito (que contiene el PSA).
El procedimiento de precipitación fue el seguido
en los documentos FR 03.089690 y 691 (usando 2 tipos de agentes de
dispersión como se ha descrito antes).
Al finalizar, se obtuvo el mismo compuesto de
PVC reciclado que en los casos citados anteriormente.
Una mejora adicional del procedimiento,
ilustrada en la Figura 4 es usar los gases generados que vienen de
la evaporación directamente en una unidad de extracción, sin
condensar y volver a llevarlos a ebullición. Este es el caso de 2
lotes que funcionan en paralelo (en los que los gases que provienen
de la etapa (c) de eliminación de disolvente del lote anterior se
usan directamente para la extracción), como se ha explicado
anteriormente. Solo el primer lote de una serie de lotes debe usar
una etapa de vaporización de una mezcla azeotrópica (previamente
almacenada - del último lote anterior de una serie previa -o que se
prepara bajo demanda).
En este caso, el ahorro de energía es máximo y
corresponde al consumo de la columna de destilación.
Claims (10)
1. Procedimiento para el tratamiento con
disolvente de un plástico, que comprende:
- (a)
- disolver el plástico poniéndolo en contacto con un disolvente y con al menos un agente de separación de fases (PSA) compatible con el disolvente y que puede mejorar la disolución del plástico en el disolvente;
- (b)
- precipitar el plástico poniendo en contacto la solución con al menos un componente no disolvente de modo que se obtenga una mezcla disolvente/no disolvente que contiene partículas de plástico precipitadas; y
- (c)
- eliminar sustancialmente el disolvente de la mezcla y recuperar las partículas de plástico sólidas,
en el que después de la etapa (a) pero antes de
la etapa (c), tiene lugar una etapa (d) de extracción durante la
cual se elimina al menos una porción sustancial del PSA de la
solución o de la mezcla, usando dicha etapa (d) de extracción una
composición de extracción que incluye disolvente en una cantidad
suficiente para reemplazar el evaporado y mantener prácticamente
sin que se vea afectada la concentración de polímero en la solución
o en la mezcla.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la composición de extracción se genera, al menos en parte,
durante la etapa (c) de eliminación de disolvente del mismo
procedimiento o de uno similar.
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que es un procedimiento discontinuo en
el que la etapa (c) de eliminación de disolvente se produce por
destilación azeotrópica de la mezcla disolvente/componente no
disolvente.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que la composición de extracción es esencialmente una mezcla de
disolvente y componente no disolvente obtenida:
- -
- bien por vaporización de una mezcla azeotrópica condensada del disolvente y el componente no disolvente obtenida durante la etapa (c) de eliminación de disolvente de un lote previo bien por una caldera o usando vapor;
- -
- o directamente usando un vapor azeotrópico generado durante la etapa (c) de eliminación del disolvente de otro lote, que funciona en paralelo con dicho lote;
- -
- o mezclando una mezcla azeotrópica condensada de un lote previo y un vapor del componente no disolvente.
5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4,
en el que la etapa (b) de precipitación se produce en presencia de
un agente dispersante que tiene una mayor afinidad por el componente
no disolvente (agente dispersante (I)) y la etapa (c) de
eliminación de disolvente se produce en presencia de un agente
dispersante que tiene una mayor afinidad por el disolvente (agente
dispersante (II)).
6. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
que es un procedimiento continuo en el que la etapa (c) de
eliminación de disolvente se produce por secado por pulverización o
atomización usando un componente no disolvente vaporizado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que la composición de extracción está constituida básicamente
por la fase vapor generada durante la atomización.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en
el que el disolvente y el componente no disolvente forman un
azeótropo de modo que la composición de extracción es una
composición azeotrópica del disolvente y el componente no
disolvente.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que parte del componente no
disolvente está dispersado en la solución antes de la etapa (d) de
extracción.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero es PVC, el
disolvente es MEK, el componente no disolvente es agua y el PSA es
hexano.
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