ES2236322T3 - Procedimiento de recuperacion de poliestireno. - Google Patents
Procedimiento de recuperacion de poliestireno.Info
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Abstract
Un procedimiento para recuperar materiales plásticos de tipo poliestireno de desecho, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de (1) disolver el material de poliestireno en un disolvente de poliestireno reutilizable en una unidad de disolución, (2) transferir la solución de material de tipo poliestireno a una unidad precalentadora, (3) sobrecalentar la solución de material de tipo poliestireno a una temperatura de menos de 190°C en la unidad precalentadora, (4) transferir la solución sobrecalentada de material de tipo poliestireno a una extrusora, (5) devolatilizar la solución de material de tipo poliestireno en diferentes puntos a medida que se desplaza a través de la extrusora mientras que se mantiene su temperatura a menos de 190°C, y (6) recuperar el material de tipo poliestireno recuperado resultante que sale de la extrusora en forma sólida.
Description
Procedimiento de recuperación de
poliestireno.
Esta solicitud se refiere a un procedimiento y
aparato para la recuperación de materiales de desecho de tipo
poliestireno y un producto de poliestireno recuperado. Debido a la
elección de disolvente en disolución y al uso de temperaturas más
bajas en la sección de recuperación, el producto de poliestireno
recuperado no estará sujeto a degradación. Por consiguiente, el
producto de poliestireno recuperado estará dentro de los intervalos
de especificación del material de entrada de tipo poliestireno.
El procedimiento y aparato incluyen la disolución
de los materiales de desecho de tipo poliestireno en una sección de
disolución que utiliza un disolvente reutilizable que tiene un bajo
punto de ebullición y alta velocidad de vaporización, eliminación
de contaminantes sólidos en un a o más secciones de filtración,
devolatilización del poliestireno disuelto y recuperación del
material de tipo poliestireno en forma sólida en una sección de
recuperación. Preferentemente, el procedimiento y aparato incluyen
reciclaje y reutilización en el procedimiento del disolvente
vaporizado procedente de la sección de recuperación. El
procedimiento y aparato pueden incluir también la reducción del
material de tipo poliestireno que debe recuperarse en una sección
de reducción antes de su entrada en la sección de disolución. La
temperatura máxima en la sección de recuperación es de 190°C. El
disolvente reutilizable es preferentemente medioambientalmente
seguro y tiene un bajo punto de ebullición y alta velocidad de
vaporización. El disolvente reutilizable preferido es bromuro de
n-propilo, o mezclas medioambientalmente seguras
del mismo.
La recuperación de materiales plásticos ha sido
durante algún tiempo centro de atención de muchas organizaciones,
gobiernos e individuos. Algunos materiales plásticos, como el
tereftalato de polietileno y el polietileno, han hallado uso
extensivo en la industria de reciclaje. Sin embargo, el reciclaje
de resinas de tipo poliestireno no ha encontrado el mismo éxito
técnico o económico, y la eliminación de materiales de tipo
poliestireno sigue presentando problemas medioambientales sin
resolver. En la actualidad no se dispone de medios sencillos para
recuperación de material de tipo poliestireno, especialmente cuando
el material de tipo poliestireno está fabricado de material de
espuma. La espuma de poliestireno es mucho menos densa que el
poliestireno no espumado porque contiene considerable volumen de
aire encapsulado por la construcción de poliestireno sólido. Esto
aumenta los costes de almacenamiento, transporte y eliminación, que
incluye el uso de medios mecánicos y químicos de reducción del
tamaño de tal material de desecho. El tóner de desecho, por
ejemplo, como el usado en máquinas copiadoras e impresoras, es otro
producto basado en poliestireno que necesita un medio de
recuperación medioambientalmente seguro.
Debido a la falta de medios de reciclaje eficaces
y medioambientalmente seguros, la mayoría de los productos hechos de
materiales de tipo poliestireno se desechan en vertederos o se
incineran. Sin embargo, la resina de poliestireno no se descompone
en tales vertederos y puede ser disuelta por lixiviación de la
descomposición de otra materia orgánica. El material de lixiviación
resultante contamina el gas metano generado en vertederos, que está
encontrando uso como fuente de combustible por las compañías
generadoras de energía. Por lo tanto, la eliminación de materiales
de tipo poliestireno de materiales sólidos de los vertederos es
deseable aun cuando su presencia podría aumentar el valor del
combustible. Igualmente, cuando se incinera la resina de
poliestireno, los gases resultantes son tóxicos y los depósitos de
carbono pesado tienden a causar obstrucción de las chimeneas.
Los procedimientos actuales para reciclar
poliestireno tienen el inconveniente adicional de degradar el
material de manera que no es reutilizable para productos de tipo
poliestireno del mismo grado o calidad que el material de desecho.
Esto devalúa más el material de tipo poliestireno recuperado. Por
otra parte, el presente procedimiento proveerá un producto de
poliestireno recuperado dentro de los intervalos de especificación
del material de entrada de tipo poliestireno, donde el material de
entrada se compone de un solo poliestireno o poliestirenos muy
afines. Aun cuando sea recuperado a partir de diversos
poliestirenos de desecho, el producto de poliestireno recuperado de
la invención ofrece una sorprendentemente alta cuando se compara
con un producto similar hecho de poliestireno virgen.
La patente de EE.UU. N° 4.517.312, de Kumasaka y
col., describe un procedimiento para regenerar una resina basado
en disolver el plástico de desecho en un disolvente orgánico y la
solución mezclada con un disolvente inmiscible, disolver apenas la
resina, lo que entonces precipitará la resina. Se usan
preferentemente disolventes orgánicos que tienen peso específico
mayor que el agua, como cloruro de metileno, tricloroetileno o
tetracloruro de carbono. En los ejemplos en los que se recuperan
residuos de espuma de poliestireno, se disuelven en cloruro de
metileno y después se mezclan con agua, lo que tiene como resultado
que la resina se separa en la interfaz de los líquidos. Tales
disolventes no están considerados medioambientalmente seguros.
La patente de EE.UU. N° 5.198.471, de Nauman y
col., describe un procedimiento para separar selectivamente
diversos materiales plásticos encontrados en un desagüe típico
procedente de una casa. El procedimiento utiliza disolventes
específicos para separar cada tipo de plástico de la corriente
entremezclada, después separa la solución resultante de los
materiales restantes y elimina el disolvente para recuperar la
resina específica. Se usa tetrahidrofurano, tolueno y xileno para
disolver mezclas de materiales de poliestireno (PS) con otros
materiales plásticos, lo que tiene como resultado una mezcla de PS
y uno o más de otros materiales plásticos en solución. Los otros
materiales plásticos pueden estar presentes individualmente o en
combinación e incluyen cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de
baja y alta densidad (LDPE y HDPE), polipropileno (PP) y
tereftalato de polietileno (PET). Sin embargo, para el
funcionamiento eficiente del procedimiento, la concentración de
sólidos disueltos debe ser o muy pequeña, <20%, o concentrada a
>80%, preferentemente <10% o concentrada a >80% para ser
efectiva. Para una mezcla de PVC/PS disuelta en primer lugar en
tetrahidrofurano, puede usarse cloruro de metileno para separar el
PS. La temperatura de evaporación instantánea (devolatilización)
está entre 200°C y 400°C, y lleva a la solución a una concentración
de 50-95% en peso de sólidos de polímero.
La patente de EE.UU. N° 5.223.543, de Iovino,
describe un procedimiento para reducir el volumen de espuma de
poliestireno usando como disolvente d-limoneno.
La patente de EE.UU. N° 5.269.948, de Krutchen,
describe la descontaminación de poliestireno usando monómero de
estireno para disolver el poliestireno contaminado. La solución
resultante se usa después en la polimerización de poliestireno.
La patente de EE.UU. N° 5.300.267, de Moore,
describe el procedimiento y aparato para recuperar materiales de
desecho de tipo de poliestireno sólido. Incluye una unidad de
disolución y una unidad de recuperación que está basada en
evaporación de película delgada y temperaturas superiores para
procesar con el disolvente, siendo el percloroetileno el disolvente
específico.
La patente de EE.UU. N° 5.629.352, de Shiino y
col., describe un procedimiento para reducción de espuma de
poliestireno y el reciclaje de la misma usando disolventes que se
componen de una mezcla de un éter de glicol y un éster de
dialquilo. El disolvente comprende al menos de un miembro
seleccionado del grupo que se compone de un compuesto de un éter de
glicol tal como el éter de dietileno glicol dimetilo, éter de
dietileno glicol dietilo, o éter de dipropileno glicol dimetilo, y
un compuesto éster de dialquilo de ácido graso tal como el
succinato de dimetilo, glutarato de dimetilo o adipato de dimetilo.
Estos disolventes tienen puntos de inflamación de 100°C o mayores y
necesitan la adición de agua para hacerlos no inflamables.
La patente de EE.UU. N° 5.824.709, de Suka,
describe un procedimiento en el que un plástico de desecho que
contiene un polímero tal como poliestireno, polipropileno o resina
ABS se disuelve en un disolvente para formar una solución de
plástico de desecho a temperatura elevada. La solución se filtra
para eliminar etiquetas o restos extraños adheridos. El filtrado se
calienta a una temperatura de 200°C a 300°C bajo una presión de
0,00136-0,10196 kg/cm^{2} para eliminar el
disolvente por evaporación, y la masa fundida de plástico
resultante se extrude en pastillas por medio de las cuales se
recupera el plástico de desecho. Si el material plástico que ha de
recuperarse es poliestireno, los disolventes más preferidos son
tolueno y etilbenceno.
La patente de EE.UU. N° 5.891.403, de Badger y
col., describe una unidad portátil de eliminación de eliminación de
desechos para tratar poliestireno de desecho, especialmente
poliestireno espumado, usando percloroetileno como disolvente. La
solución de poliestireno de desecho se envía después a una
instalación apropiada de recuperación de desechos.
El documento JP11302441, de Nakamura y col.,
describe un agente disolvente que está compuesto principalmente de
bromuro de isopropilo y/o bromuro de propilo normal para un
poliestireno expandido que se pone en contacto con el poliestireno
expandido para disolverlo encogiendo su volumen. Posteriormente, la
solución del poliestireno expandido obtenida mediante el
tratamiento anterior se somete a un tratamiento térmico para
vaporizar y eliminar el componente disolvente contenido en la
misma, recuperando así un poliestireno que ha de reciclarse.
La presente invención provee aparatos,
interconectados operativamente, para recuperar material de desecho
de polímero de tipo poliestireno, que comprende una sección de
reducción opcional, una sección de disolución, una o más secciones
de filtración, y una sección de recuperación para recuperar el
material de tipo poliestireno en forma sólida, e incluye
preferentemente medios para eliminar, almacenar y reutilizar el
disolvente en los aparatos. El material de partida puede ser
materiales de poliestireno sólido espumado o no espumado,
preferentemente sustancialmente libre de otros tipos de materiales
plásticos.
Este procedimiento provee materiales plásticos de
tipo poliestireno de desecho recuperados para reutilización dentro
de los intervalos de especificación del material de entrada de tipo
poliestireno, particularmente cuando el poliestireno de desecho se
compone de un solo poliestireno o poliestirenos muy afines. Donde la
recuperación es de diversos poliestirenos de desecho, el producto
de poliestireno recuperado de la invención ofrece una calidad
sorprendentemente alta cuando se compara con un producto similar
hecho de poliestireno virgen.
La invención temática provee un procedimiento
para recuperar materiales plásticos de tipo poliestireno de
desecho, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
(1) disolver el material de poliestireno en un
disolvente de poliestireno reutilizable en una unidad de
disolución,
(2) transferir la solución de material de tipo
poliestireno a una unidad precalentadora,
(3) sobrecalentar la solución de material de tipo
poliestireno a una temperatura de menos de 190°C en la unidad
precalentadora,
(4) transferir la solución sobrecalentada de
material de tipo poliestireno a una extrusora,
(5) devolatilizar la solución de material de tipo
poliestireno en diferentes puntos a medida que se desplaza a través
de la extrusora mientras que se mantiene su temperatura a menos de
190°C, y
(6) recuperar el material de tipo poliestireno
recuperado resultante que sale de la extrusora en forma sólida.
Opcionalmente, el procedimiento puede proveer una primera etapa que
comprende reducir el tamaño del material de tipo poliestireno en
masa en una unidad de reducción y transferir el material de tipo
poliestireno de tamaño reducido a la unidad de disolución.
Preferentemente, el disolvente de poliestireno
reutilizable se elimina y se transfiere a una unidad de
almacenamiento o directamente a la sección de disolución durante la
etapa de recuperación.
El disolvente de poliestireno reutilizable tiene
preferentemente un bajo punto de ebullición, preferentemente de 35°C
a 90°C, y una alta velocidad de evaporación, preferentemente
3-7 [AST D353976, acetato de butilo = 1], que
permite que se produzca la devolatilización de la masa extrudida
semisólida a temperaturas inferiores (es decir, menos de 190°C) a
las normales para la producción de poliestireno polimérico y otros
procedimientos que utilizan disolventes para reciclaje de
poliestireno de desecho. Adicionalmente, el disolvente de
poliestireno reutilizable es preferentemente medioambientalmente
seguro. El bromuro de n-propilo, o una mezcla
medioambientalmente segura del mismo que tenga un bajo punto de
ebullición y una alta velocidad de vaporización como la anterior,
es un disolvente reutilizable preferido. Medioambientalmente seguro
significa que el disolvente no es inflamable ni peligroso, y
preferentemente no es corrosivo, según determinan los reglamentos
US OSHA y EPA. Más preferentemente, medioambientalmente seguro
también significa que el disolvente cumple con el Protocolo de
Montreal para Potencial de Calentamiento Global (GWP) y el
Potencial de Agotamiento de Ozono (ODP) y que tiene una designación
del Servicio Postal de EE.UU. de no peligroso. Preferentemente, el
propio disolvente reutilizable puede ser recuperado, es decir,
tratado para devolverlo sustancialmente a sus componentes
originales.
El bromuro de n-propilo puede
obtenerse comercialmente como Ensolv®, de EnviroTech Internationa1,
Inc., Melrose Park, Illinois, EE.UU. Se prefiere el producto de
bromuro de n-propilo de uso general. Estos productos
de bromuro de n-propilo se describen más
detenidamente en las patentes de EE.UU. N^{os} 5.616.549 y
5.824.162, ambas de Lawrence A. Clark, que se incorporan en su
totalidad en este documento por referencia. Generalmente, están
compuestos de 90 a 96,5% de bromuro de n-propilo y
0% a 6,5% de una mezcla de terpenos y 3,5% a 5% de una mezcla de
disolventes de bajo punto de ebullición. EnSolv® es
medioambientalmente seguro, lo que incluye que cumple con los
estándares del Protocolo de Montreal para el Potencial de
Calentamiento Global (GWP) y el Potencial de Agotamiento de Ozono
(ODP) y que tiene una designación del Servicio Postal de EE.UU. de
no peligroso. Para uso en la presente invención, el bromuro de
n-propilo o mezclas medioambientalmente seguras del
mismo puede incluir además diluyentes medioambientalmente seguros,
como alcohol isopropílico. Cuando se usa alcohol isopropílico como
diluyente comprende preferentemente 10 por ciento en peso o menos
de la mezcla.
En el procedimiento de la invención, la
temperatura se mantiene a menos de 190°C, preferentemente menos de
180°C, a lo largo de todo el procedimiento, preferentemente menos
de 100°C en las secciones de disolución y filtración y menos de
160°C en la sección de recuperación. También, la duración total del
procedimiento se mantiene preferentemente inferior a 4 horas, y más
preferentemente inferior a 2 horas. La duración del procedimiento
en la sección de recuperación se mantiene preferentemente inferior
a 1 hora y más preferentemente inferior a 1/2 hora.
La sección de reducción es preferentemente una
unidad de tipo muela trituradora que toma el material de tipo
poliestireno de un origen externo, como espuma de poliestireno
expandido (espuma EPS) usada en cajones de embalaje para envío de
comida, embalaje protector para envío de componentes electrónicos,
materiales de visualización, forros de cascos de seguridad,
utensilios para comer de usar y tirar desechados, y cosas por el
estilo, y reduce su tamaño para permitir la exposición de la
superficie para mayor contacto con el disolvente. Preferentemente,
el material de poliestireno de entrada es material de poliestireno
de desecho procedente de una o más de las fabricaciones de
poliestireno, poliestireno modificado, productos hechos de material
de tipo poliestireno, y material de tipo poliestireno de desecho
procedente de productos hechos de material de tipo poliestireno.
El material de poliestireno de desecho,
opcionalmente de tamaño reducido, se introduce en una unidad de
disolución donde se introduce el disolvente de poliestireno
reutilizable. La disolución de materiales de tipo poliestireno
puede mejorarse mediante el uso de calor y agitación de la
solución. Están provistos medios para calentar y agitar la solución
en la unidad de disolución. Además, también estarán provistos
medios para monitorizar y controlar la agitación, viscosidad,
presión y temperatura. También están provistos medios para condensar
y devolver a la solución el disolvente, que puede volatilizarse
durante el procedimiento de disolución. Uno o más filtros de la
sección de filtración pueden estar incorporados a la unidad de
disolución. De este modo, los filtros para eliminar cualquier
materia granulosa de la solución pueden ser externos o internos a
la unidad de disolución. Estos filtros eliminarán todos los sólidos
presentes debido a la contaminación externa u a otros materiales
como plásticos, papel, cinta adhesiva, etc., que no son disueltos
por el disolvente y clarificarán más la solución para eliminar
materia granulosa más fina. Después de pasar a través de la unidad
de disolución y la sección de filtración, la solución de
poliestireno se transfiere luego a la sección de recuperación.
La parte principal de la sección de recuperación
es preferentemente una unidad de tipo extrusora configurada como
devolatilizador. Preferentemente, la sección de recuperación
también incluye un precalentador para sobrecalentar la solución
antes de la introducción en la extrusora. El precalentador incluye
medios para monitorizar y controlar la temperatura y presión para
que no se sobrepase la temperatura máxima deseada para el material
que se procesa (menos de 190°C). Preferentemente, la temperatura de
los materiales que pasan a través de la unidad extrusora es de 125°C
a 150°C. La solución precalentada se bombea luego bajo presión a
través de una válvula a la sección de alimentación de la extrusora,
causando la evaporación inmediata del disolvente de bajo punto de
ebullición y alta velocidad de vaporización que aumenta en gran
medida el contenido de sólidos introducido en el tornillo de la
extrusora. Preferentemente, el sistema se cerrará para impedir la
pérdida de disolvente a la atmósfera y facilitar la reutilización
del disolvente en el procedimiento. De este modo, excepto para la
introducción del material de poliestireno de desecho en la unidad
de reducción, el sistema, que incluye la introducción del material
de poliestireno de desecho en la unidad de disolución hasta su
salida de la extrusora más el reciclaje interno del disolvente de
poliestireno reutilizable, permanece preferentemente cerrado a la
atmósfera. Mantener el sistema cerrado a la atmósfera también
aumenta la seguridad medioambiental del procedimiento.
La unidad extrusora, incluyendo la sección de
alimentación, de la sección de recuperación incluirá
preferentemente varias aberturas para transferir el disolvente
volatilizado a una unidad de condensación para la captación del
disolvente devolatilizado. Preferentemente, una o más aberturas al
final de la extrusora estarán conectadas a medios para hacer el
vacío para mejorar la devolatilización completa de la masa fundida
extrudida. La introducción continua de trabajo mecánico y la
adición de algo de calor externo en la extrusora junto con la
aplicación de vacío asegura que se volatilice el resto del
disolvente. En la parte extrusora de la sección de recuperación
están provistos medios para monitorizar y controlar la temperatura
y presión para facilitar la devolatilización, extrusión y
mantenimiento de la temperatura por debajo de 190°C,
preferentemente por debajo de 180°C. Después de la salida del final
de la extrusora, la masa fundida de polímero de tipo poliestireno
es enfriada y después se corta en pastillas de una manera conocida
en la técnica. El material de poliestireno recuperado que sale de
la extrusora puede configurarse en pedazos más grandes según se
requiera para su uso en el procedimiento de fabricación final de
una manera conocida en la técnica. El bajo punto de ebullición y
la alta velocidad de evaporación del disolvente permite que se
produzca la devolatilización a una temperatura inferior a la normal
para la producción de materiales poliméricos de tipo poliestireno,
que es inferior a 190°C. Esta temperatura de procesamiento inferior
(y una duración de procesamiento más corta) elimina sustancialmente
la degradación del material de poliestireno de desecho introducido
en el sistema. De este modo, el producto de material de tipo
poliestireno recuperado estará dentro de los intervalos de
especificación del material de entrada de tipo poliestireno para
reutilización para fabricar productos de poliestireno de la misma
calidad.
La condensación del disolvente para reutilización
en el procedimiento de la invención se logra pasando los vapores a
través de un condensador que está conectado a enfriadores para
asegurar la reducción del vapor de disolvente a temperatura
inferior a su temperatura de ebullición y la reducción de su
presión de vapor lo suficiente para producir condensación. El
disolvente condensado se transfiere después para almacenamiento
provisional para nueva reutilización.
Puede obtenerse una comprensión completa de la
presente invención mediante la referencia a los dibujos adjuntos
cuando se toman junto con la descripción detallada de la invención,
en la que:
La Fig. 1 es una vista esquemática del aparato de
la invención;
La Fig. 2 es una vista esquemática de la sección
transversal de una unidad de disolución.
Como se muestra mejor en la Fig. 1, la presente
invención provee aparatos para el procedimiento de recuperación de
materiales de tipo poliestireno que incluyen una sección de
reducción 10, un depósito de disolución 12, un precalentador de la
sección de recuperación 14, una extrusora 16, y un troceador 18.
Además, el aparato de la invención incluye un depósito de
almacenamiento de disolvente 20, un condensador 26, una fuente de
calor 22, y una fuente de enfriamiento 24. La unidad de reducción
10 está conectada operativamente con la unidad la unidad de
disolución 12, porque el material de tipo poliestireno se introduce
a través de una cámara hermética en la unidad de disolución 12
utilizando un dispositivo de transporte 13. Opcionalmente, puede
añadirse un depósito de compensación (no mostrado) entre el
depósito de disolución 12 y el precalentador 14 para añadir otros
materiales a la solución. Tal adición puede ser preferentemente al
depósito de disolución 12 donde los materiales añadidos pueden
mezclarse más eficazmente con la solución de poliestireno de
desecho en el disolvente de poliestireno reutilizable. Ejemplos no
restrictivos de tales materiales añadidos son modificadores de
impacto, retardadores de llamas, colorantes y tóners,
particularmente tóners que tienen un bajo contenido de
poliestireno.
El disolvente se introduce en el depósito de
disolución 12 a través de la conexión 15 desde el depósito de
almacenamiento de disolvente 20 (o desde una fuente alternativa de
disolvente nuevo o sumamente reciclado). El disolvente se añade
para obtener una solución de 15% a 60% en peso, preferentemente, de
30% a 50% en peso de sólidos. El porcentaje final de sólidos estará
determinado por el tipo o tipos particulares de materiales de
poliestireno de desecho que son procesados.
Como se muestra en la Fig. 2, el depósito de
disolución 12 incluye serpentines de calentamiento 52 conectados a
través de una línea de suministro y retorno 23 y 25,
respectivamente, a la fuente de calor 22, que es preferentemente un
generador de vapor. La presión del vapor se controla mediante la
válvula de alivio 17 (Fig. 1), para mantener una temperatura de
solución de entre 20°C y 75°C, preferentemente entre 45°C y 60°C.
También están provistos medios para monitorizar la temperatura y
presión del depósito de disolución 12. También pueden proveerse
medios para agitar la solución y medir la viscosidad. Las pruebas
han mostrado que una temperatura de solución de disolución dentro
de este intervalo potencia la solubilidad de los materiales de tipo
poliestireno en el disolvente de poliestireno reutilizable
(preferentemente bromuro de n-propilo). Haciendo
referencia aún a la Fig. 2, durante la etapa de disolución, se hace
circular una parte de la solución por medio de la bomba 19 a través
de boquillas rociadoras 21, para cubrir continuamente los
materiales de tipo poliestireno que entran en el depósito de
disolución 12.
Como se muestra en la Fig. 2, la solución se
extrae preferentemente del depósito de disolución 12 a través de
un filtro grueso de forma cónica 27, para eliminar la contaminación
gruesa como papel, cinta adhesiva y otros materiales no solubles, y
después se transfiere utilizando la bomba 19, a través de un filtro
fino 28 para eliminar cualquier contaminación fina, a la válvula
direccional 54 que se cambia para mandar la solución a través de la
conexión 11. El filtro fino 28 elimina materia granulosa pequeña
sin disolver o parcialmente disuelta. El filtro grueso 27 se limpia
manualmente después de procesarse cada tanda. Los elementos del
filtro fino 28 se eliminan y también se limpian manualmente después
de procesarse cada tanda. Puede proveerse una conexión de drenaje
53 en el fondo del filtro fino 28 para facilitar la limpieza.
(Cualquiera de los filtros o ambos pueden ser de un tipo de
limpieza automática para potenciar el rendimiento o el uso de un
procedimiento continuo mejor que un procedimiento por tandas).
La válvula direccional 54 manda la solución a
través de las boquillas 21 o, como se muestra en la Fig. 1, al
precalentador 14, a través de la conexión 11. En la parte superior
del depósito de disolución 12 están provistos los serpentines de
enfriamiento 51 (Fig. 2) conectados al enfriador 24 a través de las
líneas de suministro y retorno 29 y 30, respectivamente. Estos
serpentines de enfriamiento refrigerados 51 condensan cualquier
vapor procedente del disolvente que pueda haberse formado durante
el procedimiento de disolución y devuelven el fluido a la
solución.
Cuando se termina la disolución de los materiales
de tipo poliestireno, la válvula direccional se sitúa para mandar
la solución desde la bomba 19 a través de la conexión 11 hasta el
precalentador 14. El precalentador 14 está provisto de medios de
monitorización y control de temperatura y presión y está conectado
a la fuente de calor 22 a través de líneas de suministro y retorno
31 y 32, respectivamente. La temperatura en el precalentador 14 se
controla mediante la válvula de alivio de presión del vapor 33. El
precalentador 14 se utiliza para sobrecalentar la solución a entre
125°C y 150°C, preferentemente entre 130°C y 145°C. El
sobrecalentamiento de la solución eleva la presión del vapor a
>4,21 kg/cm^{2}. Las temperaturas de alimentación de 80°C a
100°C o a 125°C también pueden proveer resultados deseables.
La solución sobrecalentada continúa desde el
precalentador 14 a través de la conexión 34 hasta la extrusora 16.
Cerca de la entrada de alimentación de la extrusora 16 está
colocada una válvula de expansión 35 en la conexión 34, que produce
la vaporización inmediata y liberación del disolvente de la
solución ya que se mantiene la presión atmosférica en el lado de la
extrusora de la válvula de alivio 35. Los vapores de disolvente
resultantes son conducidos a través de la conexión 36 al
condensador 26. El condensador 26 es enfriado mediante las líneas
de suministro y retorno 37 y 38, respectivamente, procedentes del
enfriador 24. El condensador 26 puede comprender una o más unidades
condensadoras. La temperatura del enfriador 24 se mantiene
preferentemente entre -10°C y 0°C para asegurar la condensación y
recuperación del disolvente. Están previstos medios de
monitorización y control de temperatura y presión para el enfriador
24. El disolvente condensado se transfiere desde el condensador 26
a través de la línea de conexión 39 hasta el depósito de
almacenamiento de disolvente 20 para reutilización en el
procedimiento.
La solución semisólida procedente del
precalentador 14, ahora con mayor contenido de sólidos, es
transportada y devolatilizada además por el tornillo interno de la
extrusora 16. Puede añadirse calor externo para facilitar la
extrusión y devolatilización, dependiendo del material de tipo
poliestireno particular que se procesa. La energía interna y
externa de la extrusora 16 causará la liberación de vapores
adicionales de disolvente de la superficie de la masa fundida a
través de la abertura para vapor de la conexión 40 al condensador
26. Los vapores de disolvente se condensan de nuevo en el
condensador 26 y se transfieren al depósito de almacenamiento de
disolvente 20 (a través de la conexión 41).
La eliminación del último disolvente que queda se
facilita mediante la aplicación de vacío aplicado por la bomba de
vacío 42, preferentemente a las dos últimas aberturas para vapor de
la extrusora 16 a través de las conexiones 43 y 44,
respectivamente. El vacío se incrementa en la abertura final sobre
el de la penúltima. La reducción de la presión del vapor hacia la
conexión 43 se logra convenientemente mediante la adición de la
válvula de reducción 45 en la línea de conexión 43. Esto permite la
reducción progresiva del disolvente por toda la extrusora 16
reduciendo la presión del vapor necesaria para vaporizar el
disolvente. Los vapores de disolvente, a presiones inferiores a la
atmosférica, salen de la bomba de vacío 42 a través de la conexión
46 a presión atmosférica y entran en el condensador enfriado 26.
Los vapores se condensan de nuevo y el disolvente líquido se
transfiere al depósito de almacenamiento de disolvente 20 a través
de la conexión 47. Están previstos medios de monitorización y
control de temperatura y presión para la extrusora 16 y su sistema
de vacío asociado.
El material de tipo poliestireno semisólido sale
de la extrusora 16, preferentemente a través de una conexión de
boquilla de trenzado 48, y se le permite solidificar antes de
entrar en el troceador 18. Pueden proveerse medios de enfriamiento
para facilitar esta solidificación. El troceador 18 reduce los
materiales de tipo poliestireno sólido en pastillas que son
transportadas por la conexión 49 a la sección de embalaje 50.
Los siguientes ejemplos ilustran aún más la
práctica de la invención y no se pretende que limiten la
invención.
En los siguientes ejemplos se describen ajustes
de temperatura y mediciones en relación con las siguientes partes de
la extrusora:
Zona 1 - - respiradero cerca,
preferentemente detrás, de la zona de alimentación
Zona 2 - - zona de alimentación
procedente del precalentador
Zona 3 - - entre la zona de
alimentación y los primeros respiraderos
Zona 4 - - en el primer(os)
respiradero(s), no se aplica vacío
Zona 5 - - entre el
primer(os) respiradero(s) sin vacío y el
respiradero(s) de vacío
Zona 6 - - del respiradero(s)
de vacío a la altura de impulsión.
En este ejemplo fueron recuperados 9,64 kg de
espuma de poliestireno de desecho. El sistema fue limpiado antes
del funcionamiento. El poliestireno fue disuelto en el disolvente
de bromuro de n-propilo Ensolv® para proveer una
solución del 33+% en peso.
Se aplicaron las siguientes condiciones al
funcionamiento
Manómetro (Zona 2, por encima de la válvula de
alimentación) - 2,10 kg/cm^{2}
Presión de aire de bombeo (bombear solución
dentro y a través del precalentador) - 6,30 kg/cm^{2}
Válvula de derivación (precalentador a unidad de
disolución) - ligeramente abierta
Válvula de alimentación (es decir, válvula de
expansión 35) - totalmente abierta
RPM de la extrusora - 250
Amps (motor de tornillo, tornillos dobles) -
3,0
Temperatura de alimentación (entre precalentador
y válvula de expansión) - 250-275°F
(121-135°C)
Temperatura de unidad de disolución - 100°F
(38°C)
Velocidad de recuperación - 4,53 - 5,44 kg de
poliestireno/hr (tiempo aproximado de funcionamiento - 2 hr)
Vapor en intercambiador (a precalentador) - 5,97
kg/cm^{2} - 6,32 kg/cm^{2}.
0,22 kg (respiraderos Zona 6) +9,75 kg
(respiraderos Zona 4) +3,40 kg (respiraderos Zona 1) = 13,37 kg
Circularon 9,63 de poliestireno
Si la solución es 2:1, se recuperó el 69% de
disolvente (se perdió algo por derramamiento y evaporación debido a
que la sesión por la noche en la unidad de disolución no quedó bien
sellada)
Pastillas colocadas sobre placa caliente con
pistola de aire comprimido caliente para eliminar volátiles.
Cambio aproximado de 1% en peso
Las pastillas recuperadas tienen un ligero color
rojizo
La tabla siguiente muestra resultados de la
prueba en etiquetas para llaves moldeadas por inyección hechas del
poliestireno recuperado.
En este ejemplo, se recuperan 1,81 kg de un tóner
usado (aproximadamente 25% en peso de poliestireno) y 4,98 kg de
espuma de poliestireno. El poliestireno recuperado es negro debido
al negro de humo del tóner.
El funcionamiento se inició disolviendo los 4,98
kg de espuma en 11,34 kg de disolvente Ensolv®. Después de la
transferencia de esta solución al depósito de procesamiento, se
añadieron a la solución de espuma de poliestireno los 1,81 kg de
tóner disueltos en 2,26 kg de disolvente. La solución resultante se
hizo circular a través del mezclador Kenix^{TM} durante 30
minutos.
Se aplicaron las siguientes condiciones al
funcionamiento
Manómetro (Zona 2) - 2,10 kg/cm^{2}
Presión de aire de bombeo - 6,32 kg/cm^{2}
Válvula de derivación (precalentador a depósito
de procesamiento) - ligeramente abierta
Válvula de alimentación - totalmente abierta
RPM de la extrusora - 200
Amp (motor de tornillo) - 2,5
Temperatura de alimentación - 180°F (82°C)
Temperatura de unidad de disolución - 100°F
(38°C)
Velocidad de recuperación - 1,58 - 1,81 kg de
poliestireno/hr (tiempo aproximado de funcionamiento - 4,5 hr)
Después de incrementar las RPM a 350 - 2,72
kg/hr
Vapor en intercambiador (a precalentador) - @2,81
kg / cm^{2}
En la abertura de ventilación #1 se observó
formación de espuma de material de poliestireno que aparece en la
tubería de ventilación debido a disolvente que se vaporiza
demasiado rápido, y el material que sale de la extrusora parecía
tener burbujas de aire. Se bajaron las RPM a 300 y la presión de la
bomba subió a 2,81 kg/cm^{2}.
| (*material adicional en el sistema procedente del funcionamiento anterior). |
Solución que queda en la unidad
de
disolución
Prueba de resina de poliestireno
recuperada para contenidos de
volátiles
| (Las pruebas fuera del laboratorio mostraron menos de 0,5% de volátiles). |
Claims (17)
1. Un procedimiento para recuperar materiales
plásticos de tipo poliestireno de desecho, comprendiendo dicho
procedimiento las etapas de
(1) disolver el material de poliestireno en un
disolvente de poliestireno reutilizable en una unidad de
disolución,
(2) transferir la solución de material de tipo
poliestireno a una unidad precalentadora,
(3) sobrecalentar la solución de material de tipo
poliestireno a una temperatura de menos de 190°C en la unidad
precalentadora,
(4) transferir la solución sobrecalentada de
material de tipo poliestireno a una extrusora,
(5) devolatilizar la solución de material de tipo
poliestireno en diferentes puntos a medida que se desplaza a través
de la extrusora mientras que se mantiene su temperatura a menos de
190°C, y
(6) recuperar el material de tipo poliestireno
recuperado resultante que sale de la extrusora en forma sólida.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1 en
el que una primera etapa comprende reducir el tamaño del material
de tipo poliestireno en masa en una unidad de reducción y
transferir el material de tipo poliestireno de tamaño reducido a la
unidad de disolución.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2 que se lleva a cabo en un sistema cerrado.
4. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 en el que el disolvente de poliestireno
reutilizable es medioambientalmente seguro y tiene un bajo punto de
ebullición, en el intervalo de 35°C a 90°C, y alta velocidad de
vaporización, en el intervalo de 3 a 7.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en el que el disolvente de poliestireno
reutilizable comprende bromuro de n-propilo.
6. Un procedimiento según la reivindicación 5 en
el que el disolvente de poliestireno reutilizable comprende alcohol
isopropílico en una cantidad de hasta el 10% en peso del disolvente
total.
7. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 en el que el disolvente de poliestireno
reutilizable que se ha evaporado o ha sido eliminado de alguna otra
manera durante el procedimiento se condensa y se transfiere a una
unidad de almacenamiento o directamente a la unidad de disolución
para reutilización en el procedimiento.
8. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en el que la duración del procedimiento para
los materiales que pasan a través de la extrusora es menos de 1
hora.
9. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en el que la duración del procedimiento para
los materiales que pasan a través de la extrusora es menos 1/2
hora.
10. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9 en el que la temperatura de la solución en
la unidad de disolución es de 20°C a 75°C.
11. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9 en el que la temperatura de la solución en
la unidad de disolución es de 45°C a 60°C.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 en el que la temperatura de los materiales
que pasan a través de la unidad precalentadora es 180°C o
menos.
13. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 en el que la temperatura de los materiales
que pasan a través de la unidad extrusora es de 125°C a 150°C.
14. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, que además comprende pasar la solución a
través de uno o más filtros al salir o después de salir de la
unidad de disolución y antes de entrar en la unidad
precalentadora.
15. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14 en el que los materiales de tipo
poliestireno de desecho comprenden espuma de poliestireno.
16. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14 en el que los materiales de tipo
poliestireno de desecho comprenden tóner.
17. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16 en el que el material de entrada de tipo
poliestireno es material de poliestireno de desecho procedente de
una o más de las fabricaciones de poliestireno, poliestireno
modificado, productos hechos de material de tipo poliestireno, y
material de tipo poliestireno de desecho procedente de productos
hechos de material de tipo poliestireno.
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