带有可控去污的塑料回收利用的制作方法

专利名称：带有可控去污的塑料回收利用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回收利用用过的塑料容器，尤其是PET-瓶的方法和装置。
回收利用用过的塑料容器的方法和装置是已知的。通常首先分开和除去标签。然后在另一步骤中利用研磨机将容器粉碎成碎片。洗涤所形成的混合物，并清洗存在的粘胶残留物。然后按照不同的塑料种类例如PET和聚乙烯分离。然后在去污步骤中净化碎片，使得它们可以重新用于制备新的塑料容器。
例如DE-10002682公开了一种去污方法，其中，在洗涤器中洗涤处理来自粉碎的饮料瓶的PET-碎片。此外，US-5688693还公开一种方法，其中，识别强污染的瓶或碎片，并从回收利用过程中除去。
不过，已知方法存在的问题是，回收利用方法的去污处理步骤被设定为“最坏情况”条件。这意味着，独立于起始材料脏污度，净化过程一直这样进行，使得即使最强污染的塑料瓶或塑料碎片也被充分净化。因此，当达到足够净化时，这些已知方法本身是不经济的。
因此，本发明的任务是提供一种方法和装置，可以提高回收利用用过的塑料容器、尤其是PET-瓶的经济性，并可以在改善的条件下进行必需的去污过程步骤。
该任务是根据权利要求1的方法和根据权利要求17实施该方法的装置实现的。
根据本发明，所述方法包括以下步骤a)分析塑料的污染度，b)取决于步骤a)中确定的污染度算出(Ermitteln)去污过程参数，和c)根据算出的去污过程参数对塑料控制地去污。
采用该方法，由于考虑了污染度，使得去污步骤自动适应塑料实际的污染情况。因此，通过控制的去污防止了过度净化，从而得到一种可经济地操作的回收利用方法。
在一种优选的实施方式中，在步骤a)中可以确定在塑料中存在的污染物及其各自的浓度。采用以此方式分类的污染分布(profil)可以确定，塑料怎么被污染的，并且每种肮脏程度多强。污染物例如既指有害健康的物质，也指香料(Aromen)，由于其小的感觉阈值，因此少量情况下即可对回收的塑料容器的以后使用起到有害作用。
有利地，可以将所考虑的污染物归纳为污染组。所考虑的污染物和浓度用于步骤b)中的检查，以便算出去污过程参数。取决于所有所考虑的污染的测定是很耗时的，并且使得控制算法复杂。因此，将性质相似的单一成分归纳起来是有利的。例如可以考虑将烃或多种具有预定分子量范围的烃部分组合归纳在一起。还可考虑根据物理性质对污染物进行分组，例如根据其扩散常数。
在一种优选的实施方式中，在步骤b)中可以算出与污染度适合的过程温度，作为一个去污过程参数。由于通常而言，污染不仅存在于塑料材料的表面，而且也存在于材料内部，所以其必须首先在表面上扩散，从这里它们可以通过洗涤除去。由于根据扩散定律，扩散系数是温度依赖性的，因此通过使温度适应存在的污染程度可以加速去污。因此，例如对于强污染的塑料比对于不太强弄脏的塑料选择更高的过程温度。
在一种特别有利的方法实施方式中，在步骤b)中可以算出与污染度适合的过程时间，作为一个去污过程参数。由于根据扩散定律，物流密度不仅是温度的函数，而且还是时间的函数，因此去污步骤也可以通过调整保留时间而优化。例如对于相同的过程温度，不太强污染的塑料比强污染的塑料更快地去污，后者在去污过程中应该保留更长。所以，对于两种污染度，在去污过程结束时达到对食物标准而言足够的去污程度。
可以考虑在步骤b)中通过累计所考虑的污染物或污染组的浓度算出塑料的污染度。通过估计总污染，可以简单且快速地算出该去污过程参数，此外，取决于算出的污染度进行去污。
合适地，给各个污染物或污染组分配一个权重因子，取决于与该污染物或污染组相应的污染强度，然后由所考虑的污染物或污染组的污染加权累计得到污染度。通过这样加权的累计可以想到，不同的污染物污染强度不同。所以，例如对于香料，感觉阈值特别是对于白千层萜(Limonen)而言是较低的。在算出去污过程参数时，由于白千层萜高的权重因子，即使与其他物质相比其浓度较低，也可以考虑该物质。
在另一种实施方式中，在步骤b)中可以算出去污参数，取决于预定数量污染物或污染组的浓度。例如，只通过十种最常见存在的污染物可以算出最佳的去污过程参数，或者只通过烃类总和。如果回收利用的塑料不再用于食品工业中，则香料造成的污染只扮演次要角色，因此，在算出去污参数时不需要考虑。因此，该方法可以更良好适合对回收利用的材料提出的要求。
在本发明一种变体中，在步骤b)中，可以彼此独立地算出分别对于至少两种，尤其是所有所考虑的污染物或污染组的去污过程参数，并且在步骤c)中，使用要求分布曲线(Anforderungsprofil)是最高的那种去污过程参数。假设，对于各个污染物彼此独立地进行去污，从而可以以简单方式保证，对于给定的污染特征，选择去污过程参数，可以保证对所有所考虑的污染物进行足够的去污。
在一种特别有利的实施方式中，在步骤b)中算出去污参数，取决于可调节的阈值。这样，根据所希望的废旧利用种类而调节去污过程，使得可以足以保证遵守对于废旧利用种类必须的清洁性。
当污染度超过预定的第一阈值时，优选只进行步骤c)。如果分析表明塑料的污染度小，使得可以不用去污而继续进行回收利用过程，则由于这样的预定的阈值，可以跳过这种特殊的污染步骤，从而再次使方法加快，因此更经济。
如果表明污染度超过预定的第二阈值，则优选在方法步骤b)和c)之间后粉碎塑料。通过后粉碎缩短了扩散路径长度，从而也缩短了将污染物带到塑料表面所需的时间。从而在更强污染情况下，其中否则的话只有过长时间的去污才能产生足够效果，在与此相比更短时间内达到理想的清洁度。优选所述第二阈值大于第一阈值。
在一种优选的实施方式中，如果污染度超过预定的第三阈值，则代替步骤b)和c)，分拣塑料，并由回收利用方法除去。选择该第三阈值，将污染度很高以至经济上不再值得去污的塑料从该方法除去，而不进一步处理。这更加有助于方法的经济性。有利地，所述第三阈值大于第一和第二阈值。
有利地，在步骤b)中可以借助数字扩散模型算出去污过程参数，所述污染度是模型的一个参数。用扩散定律和污染物或污染组已知的扩散系数，通过测量的污染度，可以连续地重新算出去污方法的最佳温度或时间。
有利地，在步骤b)中，还通过比较污染度与预定的数据组算出去污过程参数。这种数据组或者通过模型计算建立，或者通过实验建立。根据污染物的浓度或存在情况，进而通过用数据库中存储的值校正测量的值，可以算出适合每种情形的参数。
在一种特别优选的实施方式中，在步骤a)和b)之间，可以加入塑料，取决于至少两个分量之一的算出的污染度，在步骤b)中，对于所述至少两个分量中的每一个，算出去污过程参数，并且在步骤c)中，对于每个分量，按照算出的去污过程参数进行去污。这可以进一步灵活运用该方法，因为例如以不同的分量收集具有相似污染度的塑料，然后彼此独立地对该分量进行去污。还可以安装缓冲存储器，其中可以存储分量，直到收集足够的材料，然后继续进行去污。从而更经济地使用该方法。
本发明的任务还通过权利要求17的装置实现。
根据本发明，进行该方法的装置包括用于分析塑料污染度的装置，用于算出取决于确定的污染度的去污过程参数的装置，和根据算出的去污过程参数用于控制地使塑料去污的装置。
由于考虑了污染度，采用该装置，去污可以自动地适应塑料的实际污染程度。因此，通过控制地去污可以防止过度净化。
有利地，分析用的装置包括质谱仪。质谱仪可以按照种类和数量来确定污染物，因此特别适合本发明装置。
有利地，这样配置质谱仪，使得可以基本上实时算出污染度。通过快速分析所有碎片的污染度以及快速算出去污过程参数，从而加快了整个过程。
在附图中表示本发明的实施例，并在以下进行解释。附图为

图1是本发明方法第一实施例的流程图，图2是本发明方法第二种实施方式的流程图，，图3是本发明装置第一种实施方式的示意图，和图4是取决于所考虑的污染浓度、时间和温度，对去污过程参数进行可行适应调整的实例。
图1表示用于回收利用用过的塑料容器，尤其是PET瓶的本发明方法第一种实施方式的流程图。在步骤100中提供用过的PET瓶。随后在多个步骤101中进行洗涤和粉碎。此外，分离不同的材料，例如PET，旋盖的聚乙烯，纸标签或塑料标签，金属盖和粘合物。以下所述方法步骤只涉及通过粉碎形成的PET碎片。
根据权利要求1的方法步骤a)，在步骤102中，分析所有塑料碎片的污染度。为此，例如使用质谱仪，按照污染物和量建立污染特征。然后从所考虑的污染特征确定污染度。可以以不同方式确定污染度。例如通过累计所考虑的污染物的浓度算出污染程度。在第二变体中进行加权累计，其中，根据污染物的污染强度分配权重因子，然后乘以各浓度，随后进行总累计。从而可以保证，加重污染度的低浓度强污染物起作用。根据另一变体，将多种性质相似的污染物，例如烃或香料，归纳成组，并且按照所述方法，对该组的每种成分分别确定污染度。
在步骤103中，步骤102中分析出的污染度与预定的阈值3(SW3)比较，阈值3在步骤104中提供。该阈值3或者固定设定，或者由回收利用装置的操作者根据情况适应调整。如果算出的污染度大于该阈值3，则将相应的塑料碎片分拣，并从方法中除去，因为其导致强污染。对于确定多个污染度的情况，如果所有污染度都大于各阈值3，则可以只分拣塑料碎片，或者，如果至少一个污染度大于相关的阈值3，则分拣该塑料碎片。由此例如甚至当PET瓶不是被烃污染，而是其中只发现痕量香料，则仍然将其分拣。
如果污染度小于阈值3，则根据权利要求1的方法步骤b)，在步骤106中，算出与步骤102中确定的污染度相应的去污过程参数。为了算出该参数，或者利用基于扩散定律的数字模型，或者污染度与预定的数据组比较107。如果使用数字方法，则可以借助算出的浓度，计算在预定的去污过程温度下去污步骤所需的时间。反之，在固定预定的去污时间情况下，可以计算为了在该预定的过程时间内充分净化塑料碎片而需要的过程温度。如果通过计算得到的温度高于例如220℃的临界转变温度，则相应延长过程时间。代替分别重新计算该去污过程参数，在一个变体中，还可以通过比较该污染度与预定的数据组(其基于与该数字模型相同的定律)而确定该参数。
在步骤106算出过程参数时，还考虑在步骤108提供的阈值1和阈值2。阈值1表示，对于该污染度下面一般还需进行去污。如果污染小于该界限，则可以直接进一步处理塑料，不用去污步骤。阈值2表示，从该污染度开始，对塑料进行后粉碎是有利的，以缩短扩散路径，从而使去污加快。可以预定该阈值，或者由操作者调节，以适应调整该方法，使得回收利用的材料可以满足视回收利用材料的使用领域不同而不同的质量要求。
因此，如果污染度小于阈值1(步骤109)，则跳过方法中特定的去污步骤，该回收利用方法同样实行IV(固有粘性)提高步骤，用于使PET碎片再次产生为了由此再次可以制备PET瓶所需要的性质(步骤113)。由于加热还进行一定程度的去污。
如果污染度大于阈值1，则在紧接着的步骤110中检验是否该污染度大于阈值2。如果是这样，则在步骤111中对塑料碎片进行后粉碎，然后加入去污步骤112。如果该污染度小于阈值2，则该方法直接以去污步骤112继续。
以步骤106中算出的过程参数进行去污步骤112，因此，根据权利要求1的方法步骤c)是控制的方法步骤。对各个过程参数例如温度、去污时间等的执行环节的调节通常自动进行。然后，将塑料碎片加入紧接着的方法步骤113，IV升高，如上所述。
从以上第一实施例出发，还可以实现其他变体。例如，在污染分析前，并非绝对需要将瓶粉碎，而是可以对尚未破坏的PET瓶进行污染度检验。在另一变体中，在污染分析步骤102前，分离PET碎片，其中将来自较厚瓶头部分的PET碎片与瓶其余部分的PET碎片分开。因此这是令人感兴趣的，因为瓶头比瓶其余部分的PET碎片厚，难以净化，因为PET材料中的污染位置更深。在所述实施例中，将过程温度和过程时间称为去污过程参数。不过，只举了两个过程参数的例子，因为还可以适应调整用于去污的净化手段。
图2表示用于回收利用用过的塑料容器的方法的第二种实施方式。方法步骤200到205和213相应于图1所示第一实施例的方法步骤100到105和113。方法步骤200到205和213具有与第一实施例中相应方法步骤相同的特征，因此以下不再详细描述。
与第一实施方式的主要区别在于，分析污染(方法步骤a)后可以平行进行多个过程。如果在步骤203算出污染度小于最大允许的并且通过阈值3确定的污染度，则在步骤220判断该污染度是低、中等还是高。低、中等或高分别意味着一种污染范围，其中界限值在范围之间预定或者可由使用者自由选择。
如果算出该污染度是低的，则如第一实施例那样不进行去污，并用紧接着的方法步骤213，即IV升高继续进行该方法。
如果确定污染度在中等污染范围，则为此在处理步骤221算出合适的过程参数I(方法步骤b)，然后根据算出的过程参数I控制地去污(步骤222，方法步骤c)。如已经结合第一实施例所述，完全一样地确定过程参数。同样如第一实施例那样，根据算出的过程参数自动调节执行环节，以调节去污过程参数。然后用步骤213，即IV升高继续进行该方法。
如果在步骤220确定污染度在高污染范围内，则在处理步骤223算出第二组过程参数II(方法步骤b)，然后根据第二过程参数II控制地去污(步骤224，方法步骤c)。同样如第一实施例那样，根据算出的过程参数自动调节执行环节，以调节去污过程参数。然后也用步骤213继续进行该方法。
在一个变体中，该三分量根据其各自去污情况不同地进一步处理。这样，例如可以将不同污染程度之间的界限值调节为低、中等、高，使得对于低和中等的污染分量，这样进行该方法，使得PET碎片随后可以再次用于制备饮料瓶，而污染度高的分量，进行去污直到适合食品工业的水平在经济上是不值得的，将其回收利用于要求较低的其他目的(226)。
在另一变体中可以考虑，步骤223、224和221、222不是平行进行，而是安装粉末存储器，污染度相同的材料被中间存储，只要粉末存储器中有足够的材料，则分别进行合适的去污。例如首先分拣一种或多种批料，然后对可以最快实现去污的分量去污，接着对更强污染的分量继续进行，或者等到该分量足够多。
图3表示实施用于回收利用用过的塑料容器，尤其是PET瓶的本发明方法的装置的实施方式。用过的PET瓶301放在传送带302上。在第一段303，瓶301被洗涤并粉碎。此处没有表示出将不同的材料彼此分离的段。然后从段303分离出预洗涤的PET碎片304，并由污染分析装置305，例如质谱仪，连续地研究其污染度。分析装置305在控制单元306上传达出有关污染度的测定相关数据，其算出与污染度相应的过程参数，在装置300的去污段307，自动传达到相应的执行环节，例如温度调节器、过程时间调节等。塑料碎片304进入去污段307，在那连续或分批地相应于其污染度进行净化。然后PET碎片304再从去污段307出来，接着被进一步处理。
完全可以想到，从去污段出来后检验去污的质量，如果结果表明去污程度不够，于是还检验过程参数，并任选进行适应调整，还可以形成关于去污参数的封闭调节循环。
图4表示一个实例，借助所考虑的污染物的浓度可以控制过程参数温度和时间。在Y轴上画出污染浓度的对数，在X轴上画出时间。根据扩散定律，在恒定温度下，浓度的对数随时间线性下降。例如如果测量一个浓度C1，并且其回到水平C0，则在温度T1时，为此需要时间t11。在较低的温度T2，为此需要时间t12，在更低的温度T3，需要时间t13。如果现在要在最长时间t0内进行去污，则对于浓度C1的污染，只有在过程温度T1下可以实现。不过，如果所考虑的污染程度为C2，则可以看到，在过程温度T2下也在时间t0内。不过，如果保持较高温度T1，则在时间t21后已经达到理想的水平C0。
因此，通过图4可以看到，通过分析污染度并算出合适的去污过程参数可以优化去污过程。通常而言，对于过程温度，确定大约230℃上限值的温度。
权利要求
1.回收利用用过的塑料容器，尤其是PET瓶的方法，包括以下步骤a)分析(102、202)塑料的污染度，b)取决于步骤a)中确定的污染度算出(106、221、223)去污过程参数，和c)根据算出的去污过程参数对塑料控制地去污(112)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤a)中确定在塑料中存在的污染物及其各自浓度。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，将所考虑的污染物归纳为污染组。
4.根据权利要求1到3之一的方法，其特征在于，在步骤b)中算出与污染度适合的过程温度，作为一个去污过程参数。
5.根据权利要求1到4之一的方法，其特征在于，在步骤b)中算出与污染度适合的过程时间，作为一个去污过程参数。
6.根据权利要求2到5之一的方法，其特征在于，在步骤b)中通过累计所考虑的污染物或污染组的浓度算出塑料的污染度。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，给各个污染物或污染组分配一个权重因子，取决于与该污染物或污染组相应的污染强度，并且由所考虑的污染物或污染组的浓度的加权累计得到污染度。
8.根据权利要求2到5之一的方法，其特征在于，在步骤b)中算出去污过程参数，取决于预定数量污染物或污染组的浓度。
9.根据权利要求2到5之一的方法，其特征在于，在步骤b)中，对于至少两种，尤其是所有所考虑的污染物或污染组彼此独立地分别算出去污过程参数，并且在步骤c)中，使用去污要求分布曲线是最高的那种去污过程参数。
10.根据权利要求1到9之一的方法，其特征在于，在步骤b)中算出去污过程参数，取决于可调节的阈值(SW1、SW2)。
11.根据权利要求1到10之一的方法，其特征在于，只有在污染度超过预定的第一阈值(SW1)时，才进行步骤c)。
12.根据权利要求1到11之一的方法，其特征在于，如果污染度超过预定的第二阈值(SW2)，则在步骤b)和c)之间后粉碎(111)塑料。
13.根据权利要求1到12之一的方法，其特征在于，如果污染度超过预定的第三阈值(SW3)，则代替步骤b)和c)，分拣塑料并除去(105)。
14.根据权利要求1到13之一的方法，其特征在于，在步骤b)中借助数字模型算出去污过程参数(107)，所述污染度是模型的一个参数。
15.根据权利要求1到13之一的方法，其特征在于，在步骤b)中，通过比较污染度与预定的数据组算出去污过程参数(107)。
16.根据权利要求1到15之一的方法，其特征在于，在步骤a)和b)之间加入塑料，取决于至少两个分量之一的污染度，在步骤b)中，对于所述至少两个分量中的每一个，算出去污过程参数(221、223)，并且在步骤c)中，对于每个分量，按照算出的去污过程参数进行去污(222、224)。
17.根据权利要求1到16之一的方法，其特征在于，算出去污的塑料的污染度，并任选考虑算出的值以适应调整去污过程参数。
18.实施权利要求1到17之一的方法的装置，其包括-用于分析塑料污染度的装置(305)，-用于算出取决于确定的污染度的去污过程参数的装置(306)，和，-根据算出的去污过程参数用于控制地使塑料去污的装置(307)。
19.根据权利要求18的装置，其特征在于，用于分析的装置(305)包括质谱仪。
20.根据权利要求19的装置，其特征在于，这样配置质谱仪，使得基本上实时算出污染度。
全文摘要
本发明涉及一种回收利用用过的塑料容器，尤其是PET瓶的方法，包括以下步骤a)分析塑料的污染度，b)取决于步骤a)中确定的污染度算出去污过程参数，和c)根据算出的去污过程参数对塑料控制地去污。此外本发明提供一种实施该方法的装置。采用该方法和装置，可以控制地进行去污处理步骤，并得到一种更经济的回收利用方法。
文档编号C08J11/04GK1867436SQ200480030105
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月13日
发明者T·弗里德伦德尔, H-J·施特劳宾格, M·霍费尔贝特 申请人:克罗内斯股份公司