ITMI942665A1 - Processo e dissolutore in continuo per il recupero di materie plastiche - Google Patents

Abstract

Per il recupero in continuo di materie plastiche si effettuano:- una separazione fisica ad almeno due stadi (la separazione di poliolefine, 2a separazione di una mescola di PVC e PET) ed una dissoluzione chimica in continuo della miscela PVC/PET (Fig. 1).

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale

dal titolo: "Processo e dissolutore in continuo per il recupero di materie plastiche" .

La presente invenzione concerne un processo in continuo per separare e successivamente riciclare materie plastiche diverse e mescolate fra loro per separazione fisica e dissoluzione chimica.

Il trovato concerne altresì un'apparecchiatura di dissoluzione in continuo particolarmente adatta alla realizzazione del processo sopra menzionato.

E' noto l'incessante proliferare di materie plastiche sempre più necessarie per soddisfare le più disparate esigenze del mercato; è altresì noto l'impiego e il consumo sempre più spinto di questi materiali polimerici sintetici. E' vero che la diffusione delle materie plastiche è dovuta soprattutto agli indubbi vantaggi (leggerezza, lavorabilità, durata....) che esse presentano rispetto ai vecchi materiali corrispondenti, ma è anche vero che esse creano enormi problemi per quanta attiene lo smaltimento dei rifiuti che le contengono, e i danni all'ambiente (esse sono generalmente non-biodegradabili).

Esiste perciò in forma acuta il problema del recupero delle materie plastiche più diffuse in particolare PVC, poliolefine, PET ecc. preferibilmente in condizioni riciclabili. Questo problema è stato affrontato in tutte le maniere possibili, così come risulta dall'abbondante letteratura tecnica. Eppure uno dei processi più diffusi (ed ancora in corso di sviluppo specie in USA) è quello basato sulla dissoluzione selettiva, che si propone di separare le singole classi di materiali polimerici sciogliendole separatamente in solventi specifici, ed in condizioni operative (temperature, pressione, agitazione ecc. ecc.) criticamente determinate.

I processi di questo tipo a tutt'oggi noti hanno però, fra gli altri, l'inconveniente non trascurabile di essere discontinui, (e quindi con prestazioni generali non elevate), lunghi e dispendiosi.

Primo scopo del presente trovato è ora quello di provvedere un procedimento continuo risultante dall'efficace coordinamento essenzialmente di due fasi di separazione, la prima di tipo sostanzialmente fisico e la seconda di tipo sostanzialmente chimico. Altro scopo dell'invenzione è quello di provvedere un'apparecchiatura di dissoluzione in grado di rendere agevolmente continuo il passaggio da una fase all'altra. Le caratteristiche più salienti dell'invenzione sono recitate nelle rivendicazioni in calce, che si ritengono qui riportate.

I diversi aspetti e vantaggi dell'invenzione appariranno meglio dalla descrizione delle forme di realizzazione (preferite ma non limitative) rappresentate nei disegni nei quali: la Fig. 1 è lo schema a blocchi di una forma di esecuzione del processo; e la Fig. 2 è una vista schematica frontale parzialmente sezionata dell'apparecchiatura di dissoluzione in continuo seconda il trovato.

Come anticipato il procedimento per separare e quindi riciclare rifiuti macinati costituiti da materie plastiche miste, in modo continuo, comprende essenzialmente, oltre alle operazioni di lavaggio e macinazione:

- una separazione di tipo fisico, e - una separazione di tipo chimico.

Il primo trattamento , sostanzialmente basato sulle diverse densità delle frazioni da separare, utilizza uno o più mezzi di separazione (MSFi) scelti preferibilmente tra acqua, soluzioni acquose di alcoli e soluzioni saline (tipicamente, di carbonato di potassio) a diversa densità, con le quali vengono separate, come surnatanti, frazioni a densità crescente (poliolefine, polistirolo) che vengono avviate a riciclaggio.

Con soluzione concentrata preferibilmente di carbonato di potassio viene separata come surnatante una miscela di PVC (co-polimeri del cloruro di vinile) e PET (poliesteri in particolare polietilen- tereftalato) che hanno densità troppo prossime tra di loro per poter essere separate con metodi fisici, mentre rimangono come corpo di fondo eventuali sostanze estranee presenti (metalli, vetro, sabbia, ecc.). La miscela PVC/PET viene allora separata mediante trattamento di separazione chimica.

In una forma di realizzazione vantaggiosa e perciò preferita, si utilizza un solvente (preferibilmente cicloesanone) che a temperatura variabile da quella ambiente a 80°C scioglie selettivamente il PVC, lasciando inalterato il PET. La dissoluzione selettiva del PVC viene condotta in un reattore (6) di particolare forma, in continuo ( Fig. 2).

Il solido macinato, costituito da PVC e PET misti, viene alimentato al reattore mediante un sistema a rotocella a tenuta; in uscita dal reattore si ottiene una soluzione diluita (generalmente dal 3 al 10% più frequentemente dal 5 al 7% in peso) di PVC in cicloesanone e una sospensione di PET nel detto solvente. Il PET viene separato mediante operazioni tradizionali (filtrazione o centrifugazione), lavato, essiccato e inviato al recupero come materiale riciclabile.

La soluzione di PVC in cicloesanone viene avviata ad un sistema di concentrazione di tipo "flash devolatilization" , nel quale si separa solvente sostanzialmente puro da riciclare al processo e una soluzione concentrata di PVC in cicloesanone che può essere direttamente utilizzata o avviata a successiva lavorazione per ottenere PVC in pellets.

Tra i vantaggi del procedimento secondo l'invenzione ci si limita a sottolineare i più notevoli quali:

1. Ciclo continuo di lavorazione, che permette di utilizzare apparecchiature di dimensioni modeste rispetto a quelle a ciclo discontinuo.

2. Separazione e recupero di frazioni specifiche di materie plastiche pur partendo da rifiuti misti, evitando le operazioni costose di preseparazione.

3. Recupero pressoché totale del solvente (cicloesanone) utilizzato.

4. Condizioni operative blande, in termini di temperatura e pressione, raggiungibili con apparecchiature semplici e poco costose.

Lo schema a blocchi di Fig. 1 rappresenta una forma di attuazione del procedimento sopra descritto.

Si operava su una carica di materie plastiche miste e premacinate costituita tipicamente da:

PVC 11% in peso

PET 22% in peso

Poliolefine 65% in peso

Altri (vetro, 2% in peso

metalli, eco.)

alimentata in continuo all'impianto alla portata di 1000 Kg/h ovvero 8000 t/anno. Il materiale premacinato (10) arriva dai centri di raccolta ed è stoccato in silos e/o contenitori (1). Da qui il materiale viene portato ad una prima separazione dei leggeri (2) nella quale vengono separati i polimeri o copolimeri olefinici; questa fase può essere realizzata anche in più stadi, con soluzioni di densità differenziata MSF1...MFSÌ, per separare fra di loro diverse classi di poliolefine in particolare polietileni a bassa o alta densità, lineari o meno (LDPE, LLDPE, HDPE) e co-ter-polimeri del propilene (P.P)

Il prodotta solido pesante SP decantato nella prima separazione viene alimentato ad una seconda separazione (3) nella quale, operando con una soluzione di densità appropriata MSFn, si ottiene come prodotto leggero una miscela di PVC e PET, mentre rimangono come residuo pesante gli inerti (metalli, vetro ecc.). La miscela di PVC e PET viene avviata ad un sistema di lavaggio, essiccamento e macinazione fine (4) e quindi stoccata in sili (5).

Dai sili, attraverso un sistema di rotocelle a tenuta, la miscela di PVC e PET viene alimentata in continuo all'apparecchiatura di dissoluzione (6) che verrà descritta più in dettaglio con riferimento alla Fig. 2 II relativo dissolutore D lavora a temperatura di 20-90°C preferibilmente 30-80°C e pressione atmosferica o leggermente superiore.

Il volume del dissolutore è calcolato in modo che il PVC caricato abbia un tempo di permanenza sufficiente ad assicurare la quasi completa dissoluzione nel solvente (preferibilmente cicloesanone). Il PET insolubile nel solvente, si accumula nella parte bassa del dissolutore, viene estratto mediante pompe sotto forma di sospensione ed inviato ad un'apparecchiatura di separazione liquido-solido (centrifuga o filtro).

Il liquido filtrato, costituito da solvente PVC disciolto in concentrazione pari a circa 5% - 7% in peso, viene riciclato al dissolutore, mentre il solido viene inviato ad un sistema di purificazione (7). Questo è costituito da una serie, tipicamente 3, di recipienti nei quali viene completata la dissoluzione di eventuale PVC rimasto, usando lo stesso solvente ma a temperatura più elevata di 100- 200°C preferibilmente 120 -170°C.

I recipienti sono muniti di opportuno agitatore e lavorano in discontinuo, secondo un ciclo controllato automaticamente; una griglia sul fondo permette il drenaggio del liquido.

Il ciclo comprende:

caricamento di una quantità predeterminata di solido

riempimento con solvente preriscaldato

stazionamento sotto agitazione

drenaggio del liquido

lavaggio

drenaggio del liquido

scarico

II numero dei recipienti, la capacità e la durata del ciclo sono calcolati per avere un'operazione complessivamente continua. Il solido viene successivamente strippato con vapore, essiccato e inviato all'insaccaggio; il solvente è completamente recuperato e ritornato in ciclo. La purezza del PET solido così ottenuto è tale da permetterne il riutilizza.

La soluzione di PVC in solvente viene prelevata in continuo da una opportuna zona del dissolutore (6) e inviata ad un sistema di "flash devolatilization" (8). La soluzione viene preriscaldata a una temperatura di 18Q-250°C, sotto pressione opportuna per mantenere una fase completamente liquida, tipicamente 10-25 bar. Viene poi effettuata una espansione a pressione atmosferica o sotto vuoto.

Le condizioni operative vengano scelte in funzione del tipo di lavorazione successiva a cui va sottoposto il polimero. Operando nelle condizioni più blande di temperatura e pressione si ottiene una miscela contenente 15-30% in peso di PVC in solvente che può trovare altri usi. Operando in condizioni più severe di temperatura e pressione si ottiene una miscela contenente fino al 90 - 95% in peso di PVC che può trovare altri usi ancora. Il solvente evaporato viene completamente recuperato e ritornato in ciclo.

In Fig. 2 è rappresentata una forma di realizzazione dell'apparecchiatura di dissoluzione comprendente specificamente (e non limitativamente): un reattore D, un serbatoio DS, le pompe P-l, P-2, almeno una centrifuga o filtro C-l, ed almeno due contenitori V-l, V-2. Come anticipato e illustrato in Fig. 1, il materiale (10) premacinato, proveniente da centri di raccolta (non rappresentati), che è stato sottomesso alla separazione "leggeri" (2), alla separazione "pesanti" (3), e a macinazione fine (4), è raccolto in (5) sotto forma di miscela di materie plastiche con densità maggiore di 1.05 -1.07 consistente sostanzialmente di PVC e PET, che è alimentata al dissolutore D tramite rotocella R.

D è composto da una porzione o zona superiore (Z1) a diametro d1, da una zona di transizione (Z2), e da una zona inferiore (Z3) a diametro d2 inferiore a d1. Le porzioni Z1 e Z3 sono munite di agitatore Gl e G3; Z1 presenta due ingressi e mentre Z3 presenta due uscite N1 e N2 ed un fondo F0.

DISSOLUTORE IN CONTINUO

Nel dissolutore D che lavora a temperature preferite di 30 - 80°C, a pressione atmosferica o in leggera pressione, si carica il solvente fresco (puro) S0 fino al livello L attraverso dal serbatoio di solvente DS-1 e la plastica è caricata attraverso la detta rotocella "R" dall'ingresso (5).

Il tempo di residenza della parte solubile in solvente è tale che tutta questa venga solubilizzata.

Essa viene estratta da Z3 via l'uscita ed inviata al serbatoio inferiore DS, il quale riceve (linea 51) anche la soluzione di lavaggio del polimero insolubile in questi solventi.

Dall'uscita N2 situata ad appropriata altezza dal fondo F0 di Z3, si può estrarre lo slurry SL (solvente più parte non solubile solida) con una pompa di riciclo P-2 o mediante caduta per gravità.

Nel seconda caso da N2 lo slurry SL va (linea 21) ad un sistema di separatori SE (non rappresentati) ove si separa la fase solida dalla liquida FL.

Nel primo caso lo slurry viene inviato (tramite la linea 49) al separatore liquido-solido C-1 (centrifuga o filtro); la fase liquida FL rientra nel dissolutore D dall'ingresso N3, la fase solida FS per gravità viene inviata ai vessels V-i.

La soluzione del primo polimero (PVC) in solvente (5 - 8% polimero) viene inviata ad un ciclo flash (F2). I vessel V-i vengono caricati uno per volta; appena uno è carico si isola e si procede ad un lavaggio intensivo con il solvente fino a che la viscosità del solvente rimane costante. Prima del lavaggio si analizza il contenuto d'impurezza nel serbatoio V-i. In funzione del contenuto di impurezze si calcola la viscosità da raggiungere ed il relativo ciclo di lavaggio (temperatura, riciclo, tempi di lavaggio).

I serbatoi V-i sono equipaggiati con una griglia (30) sul fondo (31) per permettere il drenaggio del liquido; mentre un serbatoio è in lavaggio gli altri sono in caricamento e spurgo.

I vari cicli sono predisposti in controllo automatico.

La purezza del solido rimasto dopo le varie fasi di lavaggio supera il 99%.

La temperatura e la pressione di lavoro dei vessel sono superiori a quelle del dissolutore D.

Un serbatoio V-i esaurito il suo ciclo di lavaggio viene drenata in automatico del solvente che fluisce per gravità ad un serbatoio S. Il solido contenuto, FS, contiene tracce di solvente. Viene insufflato nel serbatoio vapore a 2-3 ate che strippa il solvente. La corrente si condensa e si recupera il solvente che ritorna in ciclo.

II solido FS viene poi scaricato dopo analisi in un essiccatore e poi inviato ai silos (non rappresentati).

Il sistema di dissoluzione lavora in continuo nel dissolutore D, che è alimentato da N3 da un opportuno rapporto di riciclo. Nella fase iniziale si by-passa il separatore (liquido-solido L/S) C-l, sino a che si è sciolto nel solvente tutto il polimero solubile (PVC). Quando la viscosità tende ad essere costante si inizia ad alimentare, dalla rotocella R, il solido e poi nel rapporto dovuto il solvente puro SO la cui portata è regolata da un sensore o microprocessore MP che controlla la quantità di solido entrante dalla rotocella R. Non appena si inizia l'immissione di solvente SO la valvola CV-1 tende a chiudere. Lo slurry è mantenuto con basso contenuto di solido, inferiore al 10%.

Nel caso di alimentazione per gravità da il separatore C-l (liq./sol.) si trova a quota inferiore, ed i serbatoi Vl-V2-Vn sono sotto al separatore C-l, dove avviene la separazione liquido/solido, il liquido separato viene quindi alimentata al dissolutore D, mediante una pompa. Il ciclo poi rimane uguale a quello di prima. A valle è prevista la sezione di flash e di recupero F2.

Anche se il trovato è stato descritto con riferimento alle forme di realizzazione rappresentate nelle figure, esso è ovviamente suscettibile di tutte quelle varianti, modifiche e sostituzioni che per essere a portata di mano del tecnico del ramo ricadono naturalmente nell'ambito del trovato stesso.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento in continuo per il recupero ed il riciclo di materie plastiche in mescola tra loro, previa pre-macinazione, insilaggio, e separazioni fisica e chimica, caratterizzato dal fatto che: - la separazione fisica comprende almeno due stadi nel primo dei quali si separano come surnatanti sostanzialmente poliolefine utilizzando un mezzo scelto dal gruppo costituita da acqua, soluzioni acquose di alcoli, soluzioni acquose blande saline, in particolare di carbonato di potassio, e nel secondo dei quali si separa sempre come surnatante, su soluzione salina concentrata una miscela consistente sostanzialmente di PVC e PET, e la fase chimica comprende la dissoluzione in continuo della miscela lavata e macinata di PVC/PET, con cicloesanone come solvente selettivo così da avere una soluzione diluita di PVC che viene sottomessa a "flash devolatilization" , ed una sospensione di PET che viene recuperato per filtrazione o centrifugazione.
2. 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la dissoluzione è effettuata a temperature comprese nell'intervallo da 20 a 90° preferibilmente 30-80°C sotto pressione atmosferica o leggermente superiore, per un tempo di permanenza sufficiente alla dissoluzione sostanzialmente completa del PVC, la sospensione del PET insolubile venendo sottomessa ad una separazione liquido/solido, il cui liquido costituito da solvente col 4-10%, generalmente 5-7% di PVC è riciclato al dissolutore mentre il solido è inviato all'operazione di purificazione (7).
3. 3) Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta purificazione della frazione sostanzialmente solida comprende l'ulteriore dissoluzione del PVC residuo nello stesso solvente a temperatura da 100 a 200°C preferibilmente da 120-170°C, sotto agitazione e lo strippaggio con vapore del PET solido, con recupero e riciclo completo del solvente.
4. 4) Procedimento sostanzialmente secondo quanto descritto e rappresentato.
5. 5) Apparecchiatura per la dissoluzione in continuo di mescole PVC/PET, caratterizzata dal fatto di comprendere: - un reattore (D) a tre zone sovrapposte (Z1, Z2, Z3); - la zona superiore (Z1) a maggior diametro essendo munita di: rotocella (R) per il feed di PET/PVC macinato; ingresso per il solvente fresco (puro); ingresso per la soluzione di processo contenente non più del 10% di PVC e; agitatore; - la zona inferiore (Z3) sottostante a quella di transizione (Z2) essendo munita di: uscita della soluzione stabilizzata di PVC (N1); uscita forzata o a gravità ( della sospensione di PET, e agitatore.
6. 6) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzata da un serbatoio (DS) munito di un ingresso della soluzione di PVC collegato all'uscita da Z3, come pure di un ingresso (N5) della soluzione di lavaggio del polimero insolubile nel solvente, in collegamento con l'uscita della parte superiore, a pelo, di almeno un recipiente di separazione (V-1, V-2), e di un'uscita NR della soluzione dal suo fondo collegata tramite pompa al sistema di "flash devolatilization".
7. 7) Apparecchiatura secondo almeno una delle rivendicazioni 5 e 6, caratterizzata dal fatto che l'uscita (N2) dello slurry (SL) dalla zona inferiore (Z3) è collegata ad una pompa (P-2) di riciclo continuo che comprende, come separatore solido/liquido, una centrifuga o filtro C-l con ingresso (N10) dello slurry dalla detta pompa P-2; l'uscita (N7) della parte liquida in collegamento con ingresso N3 del liquido di processo nella zona Z1 del dissolutore D; e l'uscita (Ng) della parte sostanzialmente solida in collegamento (linea 50) con le rotocelle (RI, R2) in testa ad almeno uno dei detti recipienti di separazione V-1, V-2.
8. 8) Apparecchiatura sostanzialmente secondo quanto descritto e rappresentato con particolare riferimento alla Fig. 2.