用于解聚塑料的方法和系统技术方案

一种用于将诸如废聚酯的塑料解聚成可销售单体的方法和系统。将塑料颗粒、溶剂和催化剂的非均相混合物以一定流速连续泵送通过加热区，所述流速恰好足够高以维持颗粒速度足够大以保持塑料颗粒悬浮。在加热区中升高非均相混合物的温度并且在保持区中维持非均相混合物的温度以完成所述混合物向含有液化塑料单体的均相溶液的解聚。将所述均相溶液冷却以固化并沉淀所述单体。将所沉淀的单体与将要被再循环的溶剂分离。将所述溶剂再循环以作为非均相混合物的组分重新使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于解聚塑料的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求2018年9月21日提交的美国临时申请号US62/734,421和2019年4月10日提交的美国临时申请号US62/831,787的权益，将这两个临时申请在此以引用的方式并入。
技术介绍
常规地在通常配备有加热套和搅拌器的大反应容器中解聚塑料，特别是聚酯(诸如PET)。解聚反应被隔离在容器中，直到解聚完成。解聚后，将容器排空然后重新填充。将每批加热以加速解聚，然后冷却以产生用于新聚合物的可行原料。批处理通常花费20min至800min。通过以循环方式对一组反应容器依次排空并重新填充来模拟连续操作。不断需要填充、加热、冷却、排空并重复，浪费能源并且需要额外的设备来维持并行批处理中实际连续流的设计。
技术实现思路
本文公开的专利技术总体上涉及用于使用连续流系统连续解聚树脂、塑料或聚合物(在下文中，各自一般称为“塑料”)的方法和系统，所述连续流系统在处理过程中将流速维持为高于保持颗粒悬浮在非均相混合物中所必需的最小阈值。体现本专利技术特征的用于解聚塑料的方法包括：(a)使在溶剂中含有固体塑料颗粒的混合物以一定颗粒速度连续流过加热室中的管线，所述颗粒速度足以维持塑料颗粒悬浮在溶剂中并防止塑料颗粒团聚和堵塞管线；以及(b)将热量传递通过加热室中的管线以将混合物加热至反应温度，以开始将溶剂中的塑料颗粒解聚成包含液化反应产物的均相溶液。体现本专利技术特征的用于连续解聚塑料的系统可以包括混合器(任选的)、泵、第一热交换器(任选的)、包括加热室的加热设备、第二热交换器(任选的)和分离器。所述泵用于通过导管以设计用于维持最佳颗粒速度的泵流速来连续供给塑料颗粒和溶剂的非均相混合物。任选地可以首先将非均相混合物通过热交换器的第一部分以在传送通过加热室之前对混合物进行预热。加热室(其限定加热区)用于将流过导管的非均相混合物的温度升高至其反应温度，从而开始将含有塑料颗粒的非均相混合物转化为包含液化反应产物的均相溶液的过程。该转化过程可以在保持管内继续进行，然后被输送返回通过热交换器的设计用于冷却液化反应产物的第二部分。液化反应产物任选地可以通过被输送通过第二热交换器而进一步冷却，之后被转移到设计用于将固体反应产物与溶剂分离的分离器。可以将所分离的溶剂再循环回到混合器或泵的输入管线以供再次使用。在本专利技术的某些实施方案中，所述系统和方法可以提供经由间接微波辐射加热加热室内的塑料和溶剂的非均相混合物。微波加热在很大程度上取决于被加热材料的介电特性。由于塑料材料的介电特性可能不同，因此直接通过微波加热一系列材料的效率因材料而异。并且，添加到塑料材料中以改善其介电特性的添加剂可能难以从所需的最终产品中去除。本专利技术的系统和方法通过以下方式避免了通过微波辐射直接加热的固有缺点：提供用于使用加热室与经优化以具有优异介电特性的传热流体(HTF)的组合来间接加热目标材料的手段。由于只有HTF经受经由微波辐射的加热，因此待加热的目标材料的介电特性的任何差异都是无关紧要的。因此，使用间接微波辐射系统和方法可以有效地且高效地加热具有宽范围介电特性的目标材料。在利用间接微波辐射的本专利技术的实施方案中，系统的加热区可以包括特征在于加热室、微波施加器、传热流体(HTF)和HTF闭环导管的加热设备。加热室可以具有从第一入口延伸至第一出口的第一通道和与第一通道相邻的加热区域。待加热的材料(即目标材料)可以接收在加热区域中。HTF导管延伸通过微波施加器，并连接至第一入口。传热流体(其优选地包含溶解在溶剂中的微波吸收剂)在其通过HTF导管时在微波施加器中被加热。然后，使经加热的传热流体通过加热室的第一通道，并且加热在加热室的相邻加热区域中的目标材料。优选地，系统使用这样的传热流体，所述传热流体被精确地配制并调谐至特定微波频率以高效地吸收微波并将微波转化为热量。然后可以通过加热室或任何其他已知的经由对流或传导进行加热的手段将该热量传递至目标材料。经由微波辐射具有最佳介电特性的传热流体的间接加热提供了出色的温度控制，同时使能量消耗标准化和最小化。本专利技术的系统和方法可用于间接加热各种各样的材料，包括但不限于化学反应中使用的反应物。在利用间接微波辐射的本专利技术的实施方案中，体现本专利技术特征的用于加热在系统的加热区中的目标材料的方法包括：(a)将目标材料接收在加热室的加热区域中；(b)在微波施加器中用微波能量加热包含溶剂和微波吸收剂的传热流体；(c)使经加热的传热流体在围绕加热区域的第一通道中通过加热室，以将热量从第一通道中的传热流体传递至加热区域中的目标材料；(e)冷却反应混合物以固化反应产物；以及(f)将反应混合物转移至分离器以将固体反应产物与溶剂分离。在举例说明本专利技术的原理的另一特定实施方案中，当利用间接微波辐射时，将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)化学降解为其反应性中间体对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯(BHET)的方法通过以下方式进行：(a)将PET与乙二醇和催化剂合并以产生非均相反应混合物；(b)将非均相反应混合物泵送通过第一热交换器的第一部分以预热非均相反应混合物；(c)将所预热的非均相反应混合物泵送到加热室的加热区域中；(d)在微波施加器中用微波能量加热传热流体，其中传热流体包含微波吸收剂；(e)使经加热的传热流体通过加热室的第一通道以将加热室的加热区域中的反应混合物加热至足以产生包含反应产物BHET的均相反应溶液的温度；(f)将均相反应溶液泵送通过第一热交换器的第二部分以冷却均相反应溶液；(g)任选地将均相反应溶液泵送通过第二热交换器以进一步冷却均相反应溶液；以及(h)将反应溶液转移至分离器以将固体反应产物与溶剂分离。然后可以将所得的BHET单体和BHET低聚物纯化并重新聚合以形成新的纯净PET。附图说明图1是体现本专利技术特征的用于解聚塑料的系统的框图。图2是示出一定量的塑料在图1的系统中经历解聚过程的进展的流程图。图3是用于用微波加热的传热流体加热塑料的系统的一种版本的示意图。具体实施方式用于解聚塑料的系统1和方法示出在图1和图2中。系统1可以包括混合器10；泵14；第一热交换器16；加热设备18、20；保持管22；背压调节器26；第二热交换器28和分离器32。尽管系统1和方法可以与各种塑料一起使用，但是将PET解聚成其反应性中间体用作本文的具体实例，以描述本专利技术的系统和方法。在混合器10中将呈薄片、细料或粉末形式的废弃PET材料的固体塑料颗粒与溶剂和催化剂混合以产生非均相混合物12。混合器10可以使用搅拌器(诸如螺旋桨13、搅棒或其他搅拌器)或再循环溶剂来进行混合。或者可以将混合物预混合。适合与系统1一起使用的溶剂的实例包括乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)、甲醇和水。合适的催化剂的实例包括乙酸锌；氯化锌；乙酸锰；氢氧化钠；氢氧化钾；1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)；1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)；乙酸镁；4-二甲基氨基吡啶(DMAP)；胺；三烷基胺；以及那些催化剂的组合。在将溶液冷却至低于50℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于解聚塑料的方法，所述方法包括：/n(a)将固体塑料颗粒与溶剂混合以产生非均相反应混合物；/n(b)将所述非均相反应混合物传送通过第一热交换器的第一部分以预热所述非均相反应混合物；/n(c)将所预热的非均相反应混合物传送至加热室的加热区域中；/n(d)将所述加热室的所述加热区域内的所述非均相反应混合物加热至足以引发所述非均相反应混合物向包含液化反应产物的均相反应溶液的转化的反应温度；/n(e)将所述均相反应溶液传送通过所述第一热交换器的第二部分以冷却所述均相反应溶液；/n(f)将所述均相反应溶液传送至沉降槽以允许所述液化反应产物转化为固体反应产物并且从所冷却的均相反应溶液中沉淀。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180921 US 62/734,421;20190410 US 62/831,7871.一种用于解聚塑料的方法，所述方法包括：
(a)将固体塑料颗粒与溶剂混合以产生非均相反应混合物；
(b)将所述非均相反应混合物传送通过第一热交换器的第一部分以预热所述非均相反应混合物；
(c)将所预热的非均相反应混合物传送至加热室的加热区域中；
(d)将所述加热室的所述加热区域内的所述非均相反应混合物加热至足以引发所述非均相反应混合物向包含液化反应产物的均相反应溶液的转化的反应温度；
(e)将所述均相反应溶液传送通过所述第一热交换器的第二部分以冷却所述均相反应溶液；
(f)将所述均相反应溶液传送至沉降槽以允许所述液化反应产物转化为固体反应产物并且从所冷却的均相反应溶液中沉淀。


2.如权利要求1所述的方法，其中所述固体塑料颗粒是PET，所述溶剂是乙二醇，并且所述液化反应产物含有BHET单体。


3.如权利要求2所述的方法，其中所述液化反应产物含有BHET低聚物、BHET半酯和混合酯。


4.如权利要求2所述的方法，其中所述反应温度为至少230℃。


5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(d)之后，所述方法进一步包括将所述非均相反应混合物在所述反应温度下维持至少一分钟，以便完成所述非均相反应混合物向包含所述液化反应产物的所述均相反应溶液的所述转化。


6.如权利要求1所述的方法，其中将所述非均相反应混合物在步骤(b)至(d)中以至少20cm/s的颗粒速度传送，以便维持所述固体塑料颗粒悬浮于所述溶剂中。


7.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括将系统压力维持为高于所述溶剂在所述反应温度下的蒸气压以防止所述溶剂蒸发的步骤。


8.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)进一步包括：将所述固体塑料颗粒和所述溶剂与催化剂混合以形成所述非均相反应混合物。


9.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(e)之后，所述方法进一步包括将所述均相反应溶液传送通过第二热交换器以将所述均相反应溶液进一步冷却至低于50℃的温度。


10.如权利要求9所述的方法，其中步骤(f)进一步包括：将所述均相反应溶液在分离器内维持约0.5小时至170小时，以允许所述液化反应产物转化为固体反应产物并且从所述冷却的均相反应溶液中沉淀。


11.如权利要求10所述的方法，其中步骤(f)进一步包括：通过倾析、过滤、离心和加压将所述固体反应产物与所述溶剂分离。


12.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(f)之后，所述方法进一步包括将所分离的溶剂传送至混合器以用于产生新的非均相反应混合物。


13.一种用于解聚塑料的方法，所述方法包括：
(a)将在溶剂中含有固体塑料颗粒的混合物以一定颗粒速度连续泵送流过加热室中的管线，所述颗粒速度足以维持所述塑料颗粒悬浮在所述溶剂中并防止所述塑料颗粒团聚和堵塞所述管线；
(b)将热量传递通过所述加热室中的所述管线以将所述混合物加热至反应温度，以开始将所述溶剂中的所述塑料颗粒解聚成包含液化反应产物的均相溶液。


14.如权利要求13所述的方法，其中所述固体塑料颗粒是PET，所述溶剂是乙二醇，并且所述液化反应产物含有BHET单体。


15.如权利要求14所述的方法，其中所述液化反应产物含有BHET低聚物、BHET半酯和混合酯。


16.如权利要求13所述的方法，其中所述反应温度为至少230℃。


17.如权利要求13所述的方法，所述方法包括将所述混合物在所述反应温度下保持至少一分钟。

【专利技术属性】
技术研发人员：M·C·帕洛特，J·C·路福特，M·D·马蒂亚克，D·B·夏平，
申请(专利权)人：普莱米尔塑料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US