专利名称：利用聚酯回收瓶制造食品级聚酯瓶片的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚酯瓶片生产工艺，特别涉及聚酯回收瓶制造食品级聚酯瓶片的生产工艺。
背景技术：
PET(polyester)为主要的化纤原料，因其优越的物理特性，PET在包装材上有更广泛及更高附加价值的应用。食用包装薄片及食用饮料瓶即是实际的例证。
基于环境保护及自然资源节用的两大全人类关注的议题，使用后PET瓶的回收再生工艺自上世纪七十年代已开始萌芽。早期生产的再生瓶片，以满足短纤原料需求作为起点，接续工艺上的改进发展，均是朝着杂质留存率的降低在迈进，总杂质率由早期的百万分之五百(500PPM)到200PPM到100PPM甚至50PPM；使用的范围从短纤到单丝(Mono fiber)到打包带(Bale Strip)到薄片(Sheet)甚至也可以吹瓶。由此也可以看出一个趋势，那就是附加价值越高的产业需求再生料的纯度越高。
PET瓶的组成成分
由机械式洗瓶线所生产的高质量瓶片，就PET物性本质上而言，再回收利用为吹瓶原料是可行的。但它不可能通过食品卫生检验的关卡，原因在于目视无法察觉的微量化学物质残留。这一类的残留从分析的角度上并非只限于瓶片的表面，因为PET具有微小毛细孔的表面特性，小分子量的有机物质是有机会渗透到PET内层，而这些渗透进入毛细孔的物质是无法以机械清洗的方式去除的。为使回收瓶片能直接使用于食用瓶之目标，必须进一步深度加工，其最主要的目的就是要去除已渗透PET内层的微量有机物质。
发明内容本发明的主要目的是提供一种环保、高效、产品性能可达到食品级标准的回收聚酯瓶切片的生产工艺。
为实现上述目的，本发明提出了一种利用聚酯回收瓶制造食品级聚酯瓶片的生产工艺，包括如下步骤1)对回收聚酯瓶进行清洗、粉碎成片、杂质分离；2)对回收聚酯瓶片中的微量杂质进行去除；3)固相缩聚增粘过程。
上述的生产工艺，所述步骤2)包括如下步骤21)熔化回收聚酯瓶碎片，使微量的聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP裂解气化排出；22)使用添加剂进行改性；23)使用过滤设备对熔体进行过滤，将机械杂质、环状胶质和降解的炭化物除去；24)造粒输出。
上述的生产工艺，所述步骤1)包括如下步骤11)洗涤，12)聚氯乙烯PVC标签剥除，13)标签分离，14)粉碎成片，15)洗片，16)水媒介重力分离杂质，17)脱水干燥，18)旋风分离杂质。
上述的生产工艺，所述步骤3)包括如下步骤31)预结晶，32)结晶，33)预热，34)热切片输送，35)固相缩聚，36)聚酯切片冷却输出；其中所述步骤35)的具体过程包括确定PET粘度中心值，由控制系统在线取样分析粘度，反馈调节工艺参数，使粘度的偏差达到最小。
上述的生产工艺，所述步骤21)中采用多螺杆挤出机，进行分段温度、压力、停留时间控制，在第一段使微量的聚氯乙烯PVC裂解气化排出；第二段使微量的聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP裂解气化排出。所述步骤22)中采用的添加剂包括稳定剂，其作用是防止降解和粘度均化；还可以添加调色、吸热、抗紫外、改善结晶等添加剂的一种或一种以上。进一步地，所述步骤21)中，第一段控制的温度在150--200℃，压力在绝压300mbar左右，停留时间为9-25分钟；第二段温度在250--280℃，压力控制在绝压150mbar左右，停留时间为6-16分钟。所述步骤22)中，温度控制在280--310℃，压力控制表压100Kg/cm2以下，停留时间为5-12分钟之间。
上述的生产工艺，所述步骤1)中，在步骤18)之前或之后，还包括振动分离步骤通过振动分离单元在将PET瓶片向下一个单元输送的过程中将残留的非PET杂质进行分离。所述步骤1)中，在步骤18)之前或之后，还包括光学PVC分离步骤采用光学PVC分离设备将残留的PVC分离出来。所述步骤1)中，在步骤13)与步骤14)之间，还包括步骤14′)瓶体筛选筛除前端各单元残留下少量的异物，包含异质瓶类、异色瓶类、少量标签屑、金属反应物、垃圾等。
上述的生产工艺，所述步骤16)水媒介重力分离的具体方法为粉碎后混合的碎片，利用PET与PP、高压聚乙烯LDPE比重的差异，以水为媒介，PET碎片沉淀，PP、LDPE碎片上浮，使PET碎片达到再净化的效果。所述步骤18)旋风分离的方法为干燥后的瓶片经过旋风分离设备，使残留在瓶片中的粉末、纸屑等杂质分离出去。
同时，本发明提出了一种聚酯回收瓶杂质去除方法，包括如下步骤121)对回收聚酯瓶进行清洗、粉碎成片、杂质分离；122)熔化回收聚酯瓶碎片，使微量的聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP裂解气化排出；123)使用添加剂进行改性；124)使用过滤设备对熔体进行过滤，将机械杂质、环状胶质和降解的炭化物除去。
上述的回收聚酯瓶中杂质去除方法，所述步骤122)中采用多螺杆挤出机，进行分段温度、压力、停留时间控制，在第一段控制使微量的聚氯乙烯PVC裂解气化排出；第二段控制使微量的聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP裂解气化排出。所述步骤123)中所述添加剂包括稳定剂，其作用是防止降解和粘度均化；还可以添加调色、吸热、抗紫外、改善结晶等添加剂的一种或一种以上。
上述的杂质去除方法，第一段控制的温度在150--200℃，压力在绝压300mbar左右，停留时间为9-25分钟；第二段温度在250--280℃，压力控制在绝压150mbar左右，停留时间为6-16分钟。所述步骤123)中，温度控制在280--310℃，压力控制表压100Kg/cm2以下，停留时间为5-12分钟之间。
与现有技术中的先粉碎后清洗工艺比较，针对回收PET瓶的特性，本发明中的回收聚酯瓶清洗工艺具有优点如下1.能有效去除PVC瓶体及卷标，使产品中PVC含量低于25ppm。
2.洗瓶的过程中可以去除90％以上的杂质及污染，使分选作业的人力可大幅的降低，或升级至自动分选系统时亦可提高精确度，即降低升级的投资费用。
3.因上项相同的原因，使后续的运行设备更为安全且延长使用寿命。
4.工艺过程依功能性区分模块单元，面对差异性较大的原料与成品质量分级时，有较佳的适应弹性。
由于本发明的生产工艺针对回收PET瓶的残留物质，增设了相应的微量杂质去除工艺，进一步除去微量的PVC、PP、PE和其它的机械杂质，使回收PET瓶的残留物质大大减少，使其最终可生产出食品级PET切片。
由于本发明的生产工艺，从原料清洗到最后得到合格的食品级瓶片，可在一个生产流程中连续完成，生产效率得到大幅度提高，使生产成本进一步降低。
由于使用聚酯回收材料生产，生产成本低，环保并符合国家目前提倡的循环经济发展思想，再生产品质量符合食品级PET瓶的国家标准，附加值高，经济效益和社会效益十分显著。
图1是本发明回收聚酯(PET)瓶清洗工艺流程图，图2是本发明的微量杂质去除的工艺流程图，图3是本发明的瓶级固相缩聚工艺流程图。
具体实施方式
本发明的回收聚酯(PET)瓶生产食品聚酯(PET)瓶级切片的生产工艺，主要包括一、回收聚酯(PET)瓶清洗工艺，请参考附图1。
1、解包及洗涤单元在强大的搅拌力下，洗瓶机已兼具解包机的功能，使流程更为简洁与经济。结合机械力、洗涤剂的化学力及热力的作用下，使PET回收瓶所含的杂质(指环境污染物及标签等，但不包含PVC热缩标签)之分离及去除率达百分之九十以上。在此条件下后续的流程设备也因瓶体的净化而得到相当的保护，尤其在粉碎机的环境中，避免因过多的污染物而产生不必要的磨损。
2、缓冲及定量单元联结批次作业的洗瓶机及后续连续作业的流程，稳定流程的流量，且提供可变的输出量以配合生产管理的需求。
3、PVC标签剥除单元针对难以处理的PVC标签问题，采用剥标签机的处理下，可有效剥除瓶体上的PVC标签。在含PVC标签瓶超过20％以上的环境时，此单元纳入主线制程，低于20％者可设于支线处理。
4、标签分离单元利用重力与浮力的效应及瓶体与标签间『质量/面积比』的差异，去除已分离但仍与瓶体相混的标签。
5、瓶体筛选单元瓶体在粉碎前最终的分类筛选，筛除前端各单元残留下少量的异物(包含异质瓶类、异色瓶类、少量标签屑、金属反应物、垃圾等)。在回收瓶类较单纯(指单一材质颜色占85％以上)或人力成本相对较低的地区，可以人工筛选方式设置。否则可考虑设置全自动筛选设施取代，全自动筛选以光学组件(含红外线及X射线)反应讯号，侦测不同颜色或不同材质之瓶体，信号回馈以机械及气动力筛除受感应瓶体。
6、支线单元在所投入的PET瓶料之中，往往包含了不同颜色或污染严重的瓶子。本单元可直接与主线的瓶体筛选单元连接起来，将异色瓶做立即处理。当异色瓶被挑选出来并投入溜槽，他们将被直接输送到粉碎机、浮选槽与脱水机。本单元的优势在节省换料、停工与清洗生产线成本。除此之外，也可以进一步确保降低透明瓶片掺入杂色片的风险。
7、粉碎单元将PET瓶体粉碎成为碎片，具有入料顺畅，输出稳定，耗能低，震动噪音值低，结构强固，维护成本低，使用寿命长等特性。
8、洗片单元PET瓶片在完成上一个单元工序后，其总杂质含量已达低于200ppm的品质范围。针对下游市场需求PET再生瓶片的品质愈趋严苛，本单元的目的在于PET瓶片的最终净化。利用三大洗涤作用力机械力、洗涤剂化学力及热力，使PET瓶片的总杂质含量降低到100ppm(万分之一)的范围。
9、水媒介重力分离单元瓶体粉碎时是与PP或LDPE材质的瓶盖一起，粉碎后混合的碎片，利用PET与PP、高压聚乙烯LDPE比重的差异(约1.3/约0.8)，比重为1的水为媒介，PET碎片沉淀，PP、LDPE碎片上浮，使PET碎片达到再净化的效果，PP、LDPE碎片脱水收集后即达产品的标准。
10、脱水干燥单元经脱水设备配合热力干燥，瓶片的含水率可达1％以内。
11、振动分离单元通过一个振动分离在将PET瓶片向下一个单元输送的过程中将残留的非PET杂质(如沙石，金属等)再次分离。
12、光学PVC分离单元通过采用美国NRT公司的光学PVC分离设备将残留的PVC分离出来，使PVC含量小于20ppm。
13、旋风分离单元使干燥后的瓶片经过专门设计的旋风分离设备，使残留在瓶片中的粉末、纸屑等杂质分离出去，以减轻SSP过程中原料架桥和黏度(IV)不易控制的问题。
以上11、12、13三个步骤的顺序可以任意排列调换。
14、洗剂循环及处理系统清洗剂的主要成分是氢氧化钠或氢氧化钾，一般粘合剂都是呈酸性的酯类有机化合物，同碱性溶剂在一定的条件下发生中和反应和水解反应使粘合剂及杂质从PET表面脱落。由于回收瓶的多样性，使粘合剂也是多种规格，需要适当调整清洗液的配方。本发明据此调配之洗滴剂具有强洁净力，低发泡性，残留量低，易于废水处理等特性。洗剂在封闭循环系统中运作，系统配置自净设施，维持洗剂的净度。适时适量添加配方维持洗剂浓度，保证洗涤的效果。洗涤单元的清洗用水为阶段的重复使用，可使耗用的水量大幅度降低。
经过上述的回收瓶清洗工艺，聚酯(PET)洗净破碎片可达到如下表的质量标准百万分率(ppm-parts per million)
二、微量杂质的去除。
回收的PET瓶经过上述全瓶清洗工艺过程以后，主要杂质已基本去除，通过后续过程进一步除去微量的PVC、PP、PE和其它的机械杂质，其工艺流程请参考图2所示。除杂质和粘度的控制技术主要由三大部分构成①专用的设备和特殊工艺流程及参数把系统的微量PVC、PP、PE排除；②专用的过滤设备把一定条件以上的杂质过滤；③通过专门配方的添加剂和SSP的工艺控制达到产品粘度的指标。
1、经过处理的PET进入多螺杆挤出机此多螺杆挤出机采用三段控制第一段温度在150--200℃，压力控制在绝压300mbar左右，通过温度、压力和停留时间的控制使微量的PVC裂解气化，排出体系。第二段温度在250--280℃，压力控制在绝压150mbar左右，通过温度、压力和停留时间的控制使微量的PE、PP裂解气化，排出体系。第三段温度在280--310℃，压力控制表压几到几十公斤/cm2，通过温度、压力和停留时间的控制，并加入使专门配方的添加剂使产品的粘度均化。第一段、第二段、第三段的停留时间的分布比例大约是在3∶2∶1.5，总的时间在20-50分钟之间。涉及到产量、原料组成等诸多因素，可对温度、压力和时间进行调控。
添加剂主要采用二大类①通用类稳定剂，其作用是防止降解和粘度均化；②专用类调色、吸热、抗紫外、改善结晶等用途。进入量在几到几十PPm范围。添加剂形式有液体、母粒和固体粉末等。
2、专用的过滤设备进行过滤采用特殊的熔体过滤设备把可能存在的机械杂质、环状胶质和降解的炭化物除去。过滤材料采用20μ左右的金属烧结材料，多层叠合后使用。当压力超过一定数值后可自动切换。该材料和设备市场可以取到，3、造粒输出经杂质过滤的熔体可以采用非结晶和结晶造粒。
三、聚酯(PET)回收非结晶切片固相缩聚增粘(SSP)过程通过氧含量、碳氢化合物含量、催化工艺控制和在线粘度控制，生产出合格的食品级聚酯切片。其工艺流程请参考图3所示。
1、非结晶切片的输送系统由前述工序输出的非结晶切片通过脉冲输送，送到SSP系统的储料仓，以供固相缩聚车间使用，其送料过程受料位控制器的控制。
2、预结晶系统由于PET瓶级切片聚合过程中间苯二甲酸(IPA)的添加，使得切片的熔点降低，结晶速率下降，在进入SSP反应器以前需要达到一定的结晶度和加热到反应温度。采用预结晶器，使切片得以连续高质量和均匀地预结晶，在预结晶过程中，切片通过回转阀送入预结晶器，在预结晶器内气体以流化速度进入，使新加入的切片迅速被已经预结晶的切片包围，防止了结块，使物料流畅。
预结晶热风循环系统通过风机循环送风和加热器加热控制，保持恒定的最佳预热温度，循环空气将粉尘带走，并在旋风分离器中被除去。
循环空气要进行连续少量排放，以防止湿度过大或粉尘过多，排放的气体通过补充新鲜空气得以平衡。
3、结晶系统经过预结晶器的切片的结晶度低，并且不均匀，所以必须再经过流化床使其结晶度提高，并取得一致的结晶度，为下一道工序做好准备。
结晶热风循环系统和预结晶系统一样，均为闭路循环系统，系统气流动力由风机供给，气流经加热器加热后进入结晶器内，通过结晶器内相位相差90度的两块脉动板的连续转动和网板的倾斜网眼，以脉冲的方式进入料层，达到切片在结晶床内的流化、悬浮状态，然后气流重新进入风机循环使用，从切片料层中带出的粉尘通过旋风分离器后落入粉尘料桶内。在风机出风口处装有一旁通管路，将浓度较高的含湿空气排出，排出的气体通过补充新鲜空气得以平衡。
4、预热系统结晶后的切片送入预热器，在预热器内通过来自缩聚塔内的氮气经过过滤，通过风机循环送风和加热器分段加热控制，使得切片加热到接近固相缩聚温度，并除去夹杂气体及氧气，预热器使用一水平百叶式结构，使氮气在加热器内均匀分布，减少重力对物料流动的影响，并减少预热器内的压差损失。
5、热切片输送系统为了降低厂房高度，将预热后的切片通过热态输送器送到缩聚塔内，热态输送利用热氮气为气源，其送料过程受缩聚塔内料位控制器的控制。
6、固相缩聚系统预热后的切片进入固相缩聚塔内，经过净化的氮气以最佳的气流速度、温度和流体状态，在缩聚塔内将聚酯切片中的副产品带出，并根据工艺要求，增加切片的特性粘度。固相缩聚是一个无氧无湿的高温反应，要保证足够长的切片停留时间才能达到理想的反应度(如IV值增加及AA的减少)。主要工艺参数包括氮气温度在165-225℃；氮气流量150-250m3/hr；氮气的纯度达到99.999％；PET在反应系统的停留时间约8-16小时；反应温度一般控制在198--220℃。
SSP固相缩聚反应中的SSP过程是一个聚合反应的过程，在反应中PET的分子量上升(粘度提高)一般在0.78---0.87之间(根据品种要求)，生产的一个重要指标是和中心值之间的偏差。反应过程中产生的小分子H2O(水)和EG(乙二醇)，不断地被氮气带出反应器，通过净化处理(除去H2O和EG)后的氮气循环使用。
当PET的粘度中心值确定后，偏差的控制是整个生产过程质量控制的中心环节，本发明增加在线粘度控制工序，由控制系统在线取样分析粘度，反馈调节工艺参数，使粘度的偏差达到最小。
7、氮气净化系统该系统对固相缩聚反应的氮气进行清洗、过滤和干燥。循环氮气中的乙醛、乙醇和水分被除去，乙醛和乙醇在通过氧化反应器时与系统中加入的压缩空气中的氧反应，生成二氧化碳和水，从而被除去，聚合反应和催化、氧化反应所生成的水，经分子筛干燥机除去，经过精密过滤后，被循环使用。
8、冷却系统该系统用于冷却从固相缩聚反应器出来的聚酯切片，冷却过程发生在空气作用下的流化床冷却器，切片的冷却有效地停止了聚合过程，使物料特性稳定在某一状态，同时也除去灰尘和杂质。切片分别进入两个包装料仓，料位受料位控制器报警控制，然后进行包装。
9、工艺控制系统控制系统是由一个DCS系统实现的，设备控制主要通过操作各个工作站的监控器和键盘来实现，工作站安装在控制室。部分需要现场操作的机械控制单元可安装现场操作台。控制系统中增加在线粘度控制工序，由控制系统在线取样分析粘度，反馈调节工艺参数，使粘度的偏差达到最小。
通过固相缩聚增粘工艺过程后，经检测，聚酯瓶级切片达到如下的质量标准粘度特性粘度IV＝(0.78-0.85)±0.02(GB/T 17931-1999，A法特性粘度，IPA添加量小于2％)；最大增粘度0.23 dl/g；色值b值增加值≤3，L值86±2；乙醛含量(AA)ppm≤1.0；粉尘含量ppm≤50；有毒残留物含量ppb≤213(符合美国FDA标准)；其余相关指标均符合GB/T17931-1999标准。
权利要求
1.一种利用聚酯回收瓶制造食品级聚酯瓶片的生产工艺，包括如下步骤1)对回收聚酯瓶进行清洗、粉碎成片、杂质分离；2)对回收聚酯瓶片中的微量杂质进行去除；3)固相缩聚增粘过程。
2.如权利要求1所述的生产工艺，其特征是所述步骤2)包括如下步骤21)熔化回收聚酯瓶碎片，使微量的聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP裂解气化排出；22)使用添加剂进行改性；23)使用过滤设备对熔体进行过滤，将机械杂质、环状胶质和降解的炭化物除去；24)造粒输出。
3.如权利要求1或2所述的生产工艺，其特征是所述步骤1)包括如下步骤11)洗涤，12)聚氯乙烯PVC标签剥除，13)标签分离，14)粉碎成片，15)洗片，16)水媒介重力分离杂质，17)脱水干燥，18)旋风分离杂质。
4.如权利要求1或2所述的生产工艺，其特征是所述步骤3)包括如下步骤31)预结晶，32)结晶，33)预热，34)热切片输送，35)固相缩聚，36)聚酯切片冷却输出；其中所述步骤35)的具体过程包括确定PET粘度中心值，由控制系统在线取样分析粘度，反馈调节工艺参数，使粘度的偏差达到最小。
5.如权利要求2所述的生产工艺，其特征是所述步骤21)中采用多螺杆挤出机，进行分段温度、压力、停留时间控制，第一段控制的温度在150--200℃，压力在绝压300mbar左右，停留时间为9-25分钟，使微量的聚氯乙烯PVC裂解气化排出；第二段温度在250--280℃，压力控制在绝压150mbar左右，停留时间为6-16分钟，使微量的聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP裂解气化排出；在所述步骤22)中，温度控制在280--310℃，压力控制表压100Kg/cm2以下，停留时间为5-12分钟之间。
6.如权利要求2或5所述的生产工艺，其特征是所述步骤22)中采用的添加剂包括稳定剂，其作用是防止降解和粘度均化；还可以添加调色、吸热、抗紫外、改善结晶等添加剂的一种或一种以上。
7.如权利要求3所述的生产工艺，其特征是所述步骤1)中，在步骤18)之前或之后，还包括振动分离步骤通过振动分离单元在将PET瓶片向下一个单元输送的过程中将残留的非PET杂质进行分离。
8.如权利要求3所述的生产工艺，其特征是所述步骤1)中，在步骤18)之前或之后，还包括光学PVC分离步骤采用光学PVC分离设备将残留的PVC分离出来。
9.如权利要求3或7或8所述的生产工艺，其特征是所述步骤1)中，在步骤13)与步骤14)之间，还包括步骤14′)瓶体筛选筛除前端各单元残留下少量的异物，包含异质瓶类、异色瓶类、少量标签屑、金属反应物、垃圾等。
10.如权利要求3或7或8所述的生产工艺，其特征是所述步骤16)水媒介重力分离的具体方法为粉碎后混合的碎片，利用PET与PP、高压聚乙烯LDPE比重的差异，以水为媒介，PET碎片沉淀，PP、LDPE碎片上浮，使PET碎片达到再净化的效果。
全文摘要
本发明公开了一种利用聚酯回收瓶制造食品级聚酯瓶片的生产工艺，本发明针对回收PET瓶的特性，首先对回收聚酯瓶进行清洗、粉碎成片、杂质分离，有效去除PVC瓶体及卷标、杂质及异物等；次之，针对回收PET瓶的残留物质，增设了相应的微量杂质去除工艺，进一步除去微量的PVC、PP、PE和其它的机械杂质，使回收PET瓶的残留物质大大减少；最后进行固相聚缩，最终生产出食品级PET切片。由于使用聚酯回收材料生产，生产成本低，环保并符合国家目前提倡的循环经济发展思想，再生产品质量符合食品级PET瓶的国家标准，附加值高，经济效益和社会效益十分显著。
文档编号B29C47/92GK1978503SQ20061015714
公开日2007年6月13日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者谭亦武, 唐周军 申请人:谭亦武, 唐周军