ES2313451T3 - Descontaminacion de copos. - Google Patents

Abstract

Un método para la limpieza y descontaminación de plásticos contaminados triturados hasta copos (1), particularmente PET, donde los copos (1) se rodean por un gas ionizado, caracterizado porque los copos (1) se sitúan en un medio líquido (11) durante el tratamiento con gas ionizado.

Description

Descontaminación de copos.

La invención se refiere a un método y a un dispositivo para la limpieza y descontaminación de copos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 18.

El uso de plásticos en la industria alimentaria cada vez es más popular. Para poder cumplir con la demanda creciente con materias primas cada vez más escasas, los plásticos ya usados se tienen que reciclar y volver a llevar al circuito de materiales. Para poder volver a usar para alimentos los plásticos usados en el ámbito alimentario después del uso se requiere una limpieza o descontaminación muy intensa, ya que los requerimientos legales para la limpieza de los plásticos reciclados son correspondientemente elevados. Por lo tanto se requieren eficacias de limpieza muy elevadas.

En el estado de la técnica ya se conocen diferentes métodos de cómo se pueden limpiar y preparar para la reutilización copos de plástico, particularmente copos de PET.

De este modo se conoce, por ejemplo, a partir del documento JP 2002126664 un método, en el que los copos de PET se introducen en un transportador de tornillo sin fin vertical, que está lleno de un líquido, para limpiar los mismos de restos de etiquetas o de suciedad superficial similar.

A partir del documento JP 2002086446 se conoce adicionalmente un método en el que en primer lugar se limpian botellas de PET, se trituran en trozos pequeños y después se someten a otra limpieza.

A partir del documento JP 2003136531 se conoce adicionalmente un método, en el que para la limpieza de copos de PET se utilizan ultrasonidos.

El documento DE 195 17 210 A1 se refiere a un método para la producción de piezas de moldeo a partir de desechos mixtos de plástico, donde los mismos se tratan con un plasma antes de comenzar etapas adicionales. El tratamiento con plasma sirve principalmente para la activación o estimulación de las superficies del desecho de plástico, de tal forma que se simplifica un tratamiento posterior.

El documento US 5.566.832 muestra un método para la separación de partículas de plástico por flotación, donde las partículas de plástico se tratan con plasma antes de la flotación, de tal forma que de este modo se genera una superficie modificada, cuyas propiedades modificadas refuerzan el proceso de flotación.

El problema en el método descrito es el hecho de que respectivamente solamente se retiran contaminantes de la superficie de los copos. Los contaminantes que han difundido al interior de los copos de PET no se retiran mediante estos métodos. Por lo tanto, no es posible un uso de los copos limpiados con estos métodos en la industria alimentaria.

Si se quiere liberar los copos de contaminantes que se encuentran en el material, los mismos se expulsan de acuerdo con el estado de la técnica con un tratamiento térmico, que puede durar hasta algunas horas y que se realiza la mayoría de las veces a temperaturas por encima de 200ºC.

El problema en estos métodos térmicos es, por un lado, la larga duración del tratamiento y, por otro lado, la elevada temperatura a la que se produce el tratamiento, ya que tanto tiempo como temperatura significan costes elevados para el proceso.

Por lo tanto, es objetivo de la presente invención proporcionar un método y un dispositivo para la limpieza y descontaminación de copos, en el que también se retiren contaminantes que se encuentran en el material de plástico y en el que los costes de proceso estén considerablemente reducidos.

De acuerdo con la invención se resuelve este objetivo con respecto al método por las características de la reivindicación 1 y con respecto al dispositivo por las características de la reivindicación 18.

Si los copos de plástico se rodean de este modo por un gas ionizado, se presenta un efecto de limpieza que es completamente sorprendente y que no se puede explicar con detalle. Los procesos intermoleculares e intramoleculares durante la interacción de los iones gaseosos con los contaminantes sobre o en los copos no se conocen.

El método de acuerdo con la invención para la limpieza y descontaminación de copos se usa particularmente para copos de plástico triturados y contaminados como, por ejemplo, copos de botellas de PET, pudiéndose tratar también otros plásticos triturados hasta copos como, por ejemplo, HDPE, PP, PEN, PVC, algunas poliolefinas, PO, PA o RPET con este método. Se habla del denominado RPET (R de reciclado) cuando el material de PET que se procesa ya se había proporcionado para otra utilización.

Por copos se entienden todas las partículas u objetos que ya no se corresponden al tamaño o a la forma de su conformación de uso original. Por tanto, por copos se tienen que entender también, por ejemplo, restos de películas de plástico, cuyo grosor puede comprender solamente pocos micrómetros, sin embargo, cuya extensión superficial puede comprender de hecho algunos centímetros cuadrados o más. También es posible que los copos estén compuestos, a modo de ejemplo, por botellas de plástico comprimidas o deformadas. Por la variación de las dimensiones de los copos no se influye en la función del método sino solamente en la duración del tratamiento. Preferiblemente, los copos presentan un tamaño de partícula promedio de 4 mm a 7 mm y un grosor de aproximadamente de 0,2 mm a 2 mm.

En otro perfeccionamiento de la invención también se pueden procesar gránulos y compactados de plástico.

En el uso del método es indiferente de si los contaminantes son contaminaciones superficiales como, por ejemplo, restos de etiquetas o de adhesivo o de compuestos orgánicos o inorgánicos atómicos/moleculares, microbios, hongos o similares que han difundido al interior de los copos.

Se consigue un efecto particular si el flujo, que se produce durante la introducción del gas ionizado, no es demasiado bajo. Por el contrario, un flujo demasiado elevado provoca que el medio de flujo ionizado no pueda desplegar completamente su efecto.

Posiblemente existe una explicación de la elevada eficacia de limpieza en que los contaminantes que han difundido al interior de los copos no se distribuyen uniformemente en el respectivo copo con respecto a su grosor. La mayoría de los contaminantes se sitúan en las capas superiores del material.

Con el tratamiento de copos con gas ionizado existen de acuerdo con perfeccionamientos de la invención varias posibilidades de que se produzca particularmente el tratamiento en un medio de soporte líquido o en uno gaseoso. Por un medio de soporte se entiende el medio no ionizado en el que se sitúan los copos durante el proceso de limpieza dentro de una unidad de reactor. Si el tratamiento se produce en un medio líquido, este medio de soporte se limpia por el efecto del gas ionizado de forma simultánea.

De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención se utiliza como medio líquido un ácido o una base. Por la modificación de la superficie del copo por el ácido o la base se vuelve a reforzar el efecto de limpieza del gas ionizado. De acuerdo con un perfeccionamiento ventajoso se utiliza como medio de soporte líquido agua.

De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención, el medio de soporte líquido presenta una temperatura de 0ºC a 100ºC, preferiblemente de 20ºC a 70ºC, en un perfeccionamiento particularmente preferido, una temperatura entre 30ºC y 60ºC, ya que la temperatura aumentada con respecto a la temperatura ambiente del medio de soporte vuelve a reforzar el efecto de limpieza.

Un parámetro con el que se puede modificar la eficacia de limpieza del método es el contenido iónico del medio de soporte.

De acuerdo con un perfeccionamiento adicional de la invención, el tratamiento de los copos se produce en un medio de soporte gaseoso. En un perfeccionamiento particularmente preferido, el medio de soporte gaseoso es aire, ya que en este caso el montaje de las instalaciones es particularmente sencillo, ya que no se tienen que montar sistemas cerrados con respecto al entorno para el tratamiento de los copos, Si en este caso también está precalentado, caldeado o caliente, se pueden conseguir ventajas en el proceso debido a mayores velocidades de reacción. La temperatura del medio de soporte se mueve en un intervalo entre -50ºC y +250ºC, ajustándose preferiblemente una temperatura entre 50ºC y 150ºC.

De acuerdo con un perfeccionamiento adicional de la invención existe la posibilidad de pasar un chorro de líquido enriquecido con gas ionizado sobre los copos que se sitúan en el medio de soporte gaseoso.

De acuerdo con otro perfeccionamiento de la invención, el tratamiento de los copos se produce en atmósfera de gas inerte para evitar reacciones indeseadas.

De acuerdo con otro perfeccionamiento de la invención, el tratamiento de los copos se produce en condiciones de vacío.

Preferiblemente, no solamente el medio de soporte presenta una temperatura elevada con respecto a la temperatura ambiente, sino también el gas ionizado. También es posible que el gas se caliente antes de su ionización. La temperatura del gas se sitúa entre -50ºC y +250ºC, prefiriéndose una temperatura entre 50ºC y 150ºC.

En un perfeccionamiento preferido de la invención, el gas ionizado que rodea los copos, independientemente del medio de soporte usado, es aire. La ventaja del aire consiste en que el proceso se puede realizar de forma muy económica con un grado de eficacia elevado. La ventaja con el uso de otros gases consiste en que se pueden presentar determinadas reacciones deseadas entre los contaminantes y el gas ionizado, que simplifican el desarrollo del proceso y, por tanto, aumentan la velocidad del proceso. También en este caso se aplica que el calentamiento del gas de tratamiento que se tiene que ionizar proporciona ventajas durante el desarrollo del proceso o con los tiempos de proceso obtenidos.

De acuerdo con otro perfeccionamiento, los copos, antes del tratamiento con aire ionizado, se someten a un proceso de depuración independiente que puede incluir el tratamiento con un ácido o una base. Este perfeccionamiento aúna las ventajas del tratamiento de los copos con un ácido/una base y de la construcción sencilla de la unidad de ionización. El proceso de depuración independiente, sin embargo, también puede incluir un tratamiento previo con alcoholes/soluciones alcohólicas, un tratamiento previo en entorno seco y/o un tratamiento previo con tensioactivos.

La duración del tratamiento de los copos se sitúa en una ventana temporal entre 10 segundos y 20 minutos. En un perfeccionamiento particularmente preferido, la duración del tratamiento se sitúa entre uno y cinco minutos, ya que la eficacia de limpieza ya no aumenta de forma significativa con duración del tratamiento creciente. Las series de ensayos han demostrado incluso que ya después de aproximadamente 30 segundos se consigue una eficacia de limpieza de bastante por encima del 90% con respecto a determinadas contaminaciones. Estos valores, sin embargo, dependen en gran medida del grosor de los copos que se tienen que limpiar. Si se limpian copos de mayor grosor (por ejemplo, diferencia del grosor entre copos de la zona del cuerpo de una botella de PET y la zona de la boca de una botella de PET), se tienen que usar tiempos de limpieza más prolongados. Sin embargo, incluso en estos copos más gruesos, la eficacia de limpieza después de una duración de tratamiento de aproximadamente cinco minutos ya no aumenta de forma significativa en comparación con el tiempo usado.

Una ventaja de este método es que se pueden retirar contaminantes que se sitúan en la superficie de los copos así como los que están adheridos a la superficie de los copos. Estos contaminantes pueden ser, a modo de ejemplo, restos de adhesivo, restos de etiquetas u otros contaminantes extraños orgánicos o inorgánicos.

Si se realizan etapas de limpieza en los plásticos que se tienen que reciclar en medios gaseosos particularmente en seco, a menudo existe el problema de que los plásticos que se tienen que limpiar se cargan electrostáticamente por rozamiento entre sí y también por otros efectos. Ahora, este método presenta la ventaja de que por el gas ionizado también se retira la carga electrostática de los copos.

Es posible realizar el método de forma continua, discontinua o por lotes.

Un dispositivo para la descontaminación de copos de plástico comprende al menos un ionizador, un tubo de ionización y una unidad de reactor, donde el ionizador se puede aplicar tanto en la unidad de reactor como en el exterior de la misma. La unidad de reactor puede estar configurada como una unidad que se puede cerrar con respecto al entorno o como una abierta. Se puede cerrar con respecto al entorno generalmente cuando la reacción se tiene que desarrollar con vacío o en condiciones de gas protector.

De acuerdo con un perfeccionamiento preferido de la invención, la unidad de reactor está configurada como recipiente de líquido, que es adecuado, preferiblemente, para el alojamiento de agua.

Sin embargo, la unidad de reactor también puede ser un recipiente adecuado para cargas con gas, que puede alojar gases en condiciones de presión negativa, sobrepresión o presión normal.

El tubo de ionización se caracteriza porque transporta el gas ionizado desde el ionizador a la unidad de reactor. Si el ionizador se sitúa en la unidad de reactor, en determinadas circunstancias no se necesita ningún tubo de ionización para poner en contacto el gas con los copos. Preferiblemente, el tubo de ionización presenta en la zona interna de la unidad de reactor orificios distribuidos por su periferia, por los que se puede distribuir el gas en dirección hacia los copos. También se puede concebir fabricar el tubo de ionización a partir de material sinterizado y/o proporcionar membranas al mismo para distribuir el gas. También es posible el uso de cualquier otro tipo de distribuidores.

De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención, delante o detrás del ionizador se sitúa un ventilador que desplaza en un flujo el gas o el gas ionizado hasta para llevarlo a la unidad de reactor.

De acuerdo con un perfeccionamiento adicional, en la zona del transporte de gas hacia la unidad del reactor hay un módulo calefactor, que caldea o calienta el gas que se tiene que ionizar o el gas ionizado antes de que se conduzca a la unidad de reactor.

El método se explica con más detalle mediante los siguientes dibujos. Se muestra:

En la Figura 1, un dispositivo para la realización del método de acuerdo con la reivindicación 1,

En la Figura 2, otro dispositivo para la realización del método,

En la Figura 3, una representación esquemática de una etapa de limpieza,

En la Figura 4, una representación gráfica de la eficacia de limpieza a lo largo del tiempo de tratamiento durante la realización del método de acuerdo con la reivindicación 1 con "copos de pared" delgados y

En la Figura 5, una representación gráfica de la eficacia de limpieza a lo largo del tiempo de tratamiento durante la realización del método de acuerdo con la reivindicación 1 con "copos de cuello" delgados.

La Figura 1 muestra una realización de un dispositivo para la realización del método de acuerdo con la reivindicación 1. Como medio gaseoso que se tiene que ionizar se usa en este dispositivo aire. El aire se conduce en dirección a un suministro de gas 6 por un ventilador 4 en un ionizador 2. En el ionizador 2, las moléculas de aire se pasan al lado de dos electrodos 14 y se ionizan. Después de la ionización, las moléculas de aire se conducen a lo largo de un tubo de ionización 3 en dirección hacia una unidad de reactor 10. El tubo de ionización 3 presenta en el interior de la unidad de reactor 10 orificios pequeños, no representados en este documento, a través de los que pueden pasar moléculas de aire 5 ionizadas a la unidad del reactor 10. En la unidad del reactor 10 hay agua 11 como medio de soporte para los copos que se tienen que tratar 1. En esta agua 11, que presenta una temperatura de aproximadamente 20ºC a 30ºC, se introducen los copos 1 que se tienen que limpiar. Las moléculas de aire 5 ionizadas que salen de los orificios del tubo de ionización 3 rodean los copos 1 desde el suelo de la unidad del reactor 10 en contra de la gravedad en el sentido de la superficie del agua de tal modo que los contaminantes se expulsan de los copos 1 y se retiran por transporte en el sentido de un flujo S.

La Figura 2 muestra una realización adicional de un dispositivo para la realización del método de acuerdo con la reivindicación 1. También en este ejemplo se usa aire como gas que se tiene que ionizar. El mismo se conduce en dirección del suministro de gas 6 por un módulo calefactor 13 para proporcionar para el desarrollo posterior del proceso una temperatura aumentada con respecto a la temperatura ambiente. Después de la fase de calentamiento, el aire se conduce por el ventilador 4 al ionizador 2. En ese lugar se ioniza de nuevo en dos electrodos 14 y se conduce por el tubo de ionización 3 a la unidad de reactor 10.

La unidad de reactor 10 está compuesta por una cámara de reacción cerrada con una entrada y una salida, formándose la entrada por el tubo de ionización 3 y la salida por un tubo de salida 7. En el interior de la unidad de reactor 10 se encuentra, al contrario que en el ejemplo de realización de acuerdo con la Figura 1, un medio gaseoso 12 en el que se produce el tratamiento de los copos. El medio gaseoso 12 es aire en este documento, que presenta una temperatura de aproximadamente 100ºC.

El aire ionizado incluido por el tubo de ionización 3 rodea a los copos 1 de tal forma que los contaminantes se expulsan de los copos 1 y se retiran en la dirección del flujo S que se ajusta por el tubo de salida 7. La corriente de aire introducida en la unidad del reactor 10 por el tubo de ionización 3 es tan intensa que los copos 1 se arremolinan y se vuelven a mezclar constantemente. De esta forma se obtiene una limpieza óptima de todos los copos 1.

La Figura 3 muestra de forma esquemática una parte del proceso de limpieza o descontaminación como se puede realizar con el método de acuerdo con la reivindicación 1. Moléculas de gas 15 no ionizadas se ionizan al pasar al lado del ionizador 2 y están disponibles ahora para la limpieza o descontaminación de los copos 1.

Al fluir las moléculas de aire 5 ionizadas al lado de los copos 1 provistos de contaminantes 8, las mismas desprenden los contaminantes 8 y los retiran por transporte.

Si existen entre tanto debido a determinadas circunstancias copos cargados estáticamente 9 o si se sitúan sobre los copos 1 debido a determinadas circunstancias partículas de suciedad cargadas estáticamente, el flujo de las moléculas de aire ionizadas 5 alrededor de los copos 1 o los copos cargados estáticamente 9 provocan una neutralización de la carga estática. Después de un tiempo de tratamiento T que se basa en el grosor de los copos 1, los contaminantes o la carga estática de los copos 1 o las partículas de suciedad fijas en su superficie se extraen y los copos quedan disponibles para etapas posteriores de tratamiento o procesamiento.

Las curvas en la Figura 4 representan el desarrollo de la eficacia de limpieza en porcentaje con respecto al tiempo de tratamiento T de copos de acuerdo con el método de la reivindicación 1. Durante la realización del ensayo se trataron copos de pared delgados en un dispositivo de acuerdo con la Figura 1. Por "delgados" se entienden en la presente memoria copos cuyo grosor es menor o igual a 0,5 mm. Anteriormente, a los copos se proporcionaron en condiciones definidas los contaminantes tolueno y benzofenona. Ambas curvas muestran la eficacia de limpieza con respecto al tiempo de tratamiento T de partículas 16 contaminadas con tolueno y partículas 17 contaminadas con benzofenona. Se ha producido el efecto extremadamente sorprendente de que después de un tiempo de tratamiento de 30 segundos, el tolueno ya se ha expulsado hasta el 99,5 por ciento y la benzofenona hasta el 96,0 por ciento. También es muy sorprendente el resultado que en estos copos de pared delgada, una prolongación del tiempo de tratamiento ya no provoca ninguna expulsión mayor de los contaminantes 8. De este modo, las eficacias de limpieza con respecto a tolueno con los valores de medición quedan en uno, dos o cinco minutos en el 99,6 por ciento, con respecto a benzofenona se mantienen en aproximadamente el 96 por ciento.

En un dispositivo de acuerdo con la Figura 1 también se trataron copos gruesos (aproximadamente de 1 mm a 2,5 mm) según un método de acuerdo con la reivindicación 1. En la Figura 5 se aplican las eficacias de limpieza con los contaminantes tolueno 18 y benzofenona 19 con respecto al tiempo de tratamiento T. También en estos copos más gruesos se ha confirmado el efecto muy sorprendente de que después de un tiempo de tratamiento T relativamente corto se pueden realizar eficacias de limpieza más allá del 95 por ciento. Sin embargo, el tiempo de tratamiento aumenta debido al mayor grosor. Después de 30 segundos se tiene con respecto a tolueno una eficacia de limpieza del 35,4 por ciento y con respecto a benzofenona, del 36,8 por ciento. Después de un tiempo de tratamiento T de dos minutos, en los copos tratados ya solamente se encuentra el 0,8 por ciento de tolueno y el 4,1 por ciento de benzofenona de la concentración de partida. También en este caso se puede observar a su vez que las eficacias de limpieza alcanzan muy rápidamente su valor máximo T respectivamente superior al 95 por ciento.

Claims (22)

1. Un método para la limpieza y descontaminación de plásticos contaminados triturados hasta copos (1), particularmente PET, donde los copos (1) se rodean por un gas ionizado, caracterizado porque los copos (1) se sitúan en un medio líquido (11) durante el tratamiento con gas ionizado.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los copos (1) de plástico son RPET.

3. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque por la etapa de la descontaminación se retiran contaminantes (8) que han difundido al interior de los copos (1).

4. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los copos (1) durante el tratamiento con gas ionizado se sitúan en un medio gaseoso (12), preferiblemente aire.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio líquido (11) es agua.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio liquido (11) es un medio áci-
do.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio líquido (11) es un medio alca-
lino.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 5 a 7, caracterizado porque el medio líquido (11) presenta una temperatura de 0ºC - 100ºC, preferiblemente de 20ºC - 70ºC, sin embargo, mejor de 30ºC - 60ºC.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el medio gaseoso presenta una temperatura de 0ºC a 150ºC, preferiblemente de 20ºC a 80ºC.

10. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas ionizado es aire.

11. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas ionizado es un plasma.

12. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, caracterizado porque el gas ionizado se calienta antes del suministro a los copos (1), particularmente hasta una temperatura entre 20ºC y
80ºC.

13. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la duración del tratamiento de los copos (1) en la corriente de gas ionizada se sitúa entre 10 segundos y 20 minutos, preferiblemente entre 1 minuto y 5 minutos.

14. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque por la etapa de la descontaminación se retiran contaminantes situados en la superficie de los copos (1).

15. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la corriente de gas ionizada sirve para la eliminación de la carga electrostática de los copos (1).

16. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en una etapa separada antes de la descontaminación de los copos (1) se realiza con gas ionizado un proceso de depuración para la limpieza de la superficie de los copos (1) en una base, en un ácido, en una solución alcohólica o en un entorno seco.

17. Un dispositivo para la limpieza y descontaminación de plásticos contaminados triturados hasta copos (1), particularmente PET, con un ionizador (2), un tubo de ionización (3) y una unidad de reactor (10), donde los copos situados en la unidad del reactor (10) se rodean por un gas ionizado, caracterizado porque la unidad del reactor (10) está llena de un medio líquido (11).

18. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque el tubo de ionización (3) presenta pequeños orificios en la zona de la unidad del reactor (19), por los que fluye el gas ionizado.

19. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 17 y/o 18, caracterizado porque delante o detrás del ionizador (2) se aplica un ventilador (4).

20. El dispositivo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque delante o detrás del ionizador (2) se aplica un módulo calefactor (13).

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21. El dispositivo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque la unidad del reactor (10) está llena de un medio gaseoso (12), particularmente aire.

22. El dispositivo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque la unidad del reactor (10) se somete a vacío.