对苯二甲酸的制造方法及其系统与流程

本发明是关于对苯二甲酸的制造方法及系统。

背景技术：

聚酯具有优异的机械强度及化学安定性，因此已广泛地应用于各种用途。然而，由于不同产品的成份组成皆不同，添加物也不同，因此增加了不同产品中的聚酯回收的难度。

目前的聚酯回收方法仅适用于成份比较单纯的聚酯，例如仅可用于对苯二甲酸乙二酯的瓶片或工厂内的对苯二甲酸乙二酯的废料或边料。因此，亟需一种适用于各种聚酯废弃物的方法及系统。

技术实现要素：

根据本揭露的一态样，对苯二甲酸的制造方法包含以下操作：提供原料，原料包括含有聚对苯二甲酸乙二酯的第一原料；将第一原料进行解聚反应，以形成解聚产物，其中解聚产物包含对苯二甲酸二钠；将对苯二甲酸二钠进行脱色处理，以形成脱色对苯二甲酸二钠以及沉淀的污泥；分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥；以及在分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥之后，自脱色对苯二甲酸二钠形成对苯二甲酸。

根据本发明一或多个实施方式，其中原料还包括第二原料，第二原料实质上由非聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物所组成，且提供原料的操作包含将第一原料与第二原料分离。

根据本发明一或多个实施方式，其中提供原料的操作还包含：在第一原料与第二原料分离之后，将第一原料通过破碎装置破碎。

根据本发明一或多个实施方式，其中该解聚产物还包含固态废料。

根据本发明一或多个实施方式，还包含将第二原料、固态废料及污泥制作成废弃物衍生燃料。

根据本发明一或多个实施方式，还包含分离对苯二甲酸二钠与固态废料。

根据本发明一或多个实施方式，其中将对苯二甲酸二钠进行脱色处理的操作包含加入絮凝剂及活性碳于对苯二甲酸二钠中。

根据本发明一或多个实施方式，其中自脱色对苯二甲酸二钠形成对苯二甲酸的操作包含：于脱色对苯二甲酸二钠中加入硫酸，而得到对苯二甲酸。

根据本发明一或多个实施方式，还包含将对苯二甲酸以水润洗并干燥，以纯化对苯二甲酸。

根据本揭露的另一态样，制造对苯二甲酸的系统包含解聚反应器、脱色反应器、第二分离装置及结晶反应器。解聚反应器配置以将原料的含有聚对苯二甲酸乙二酯的第一原料进行解聚反应，以形成解聚产物，其中解聚产物包含对苯二甲酸二钠。脱色反应器配置以将对苯二甲酸二钠进行脱色处理，以形成脱色对苯二甲酸二钠以及沉淀的污泥。第二分离装置配置以分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥。结晶反应器配置以在第二分离装置分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥之后，自脱色对苯二甲酸二钠形成对苯二甲酸。

根据本发明一或多个实施方式，制造对苯二甲酸的系统还包含分类筛选装置、破碎装置及纯化反应器。分类筛选装置配置以对原料进行分离程序，原料还包含第二原料，其中第二原料实质上由非聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物所组成，分离程序包含分离第一原料与第二原料。破碎装置配置以将分类筛选装置分离出的第一原料破碎。纯化反应器配置以将对苯二甲酸以水润洗并干燥，以纯化对苯二甲酸。

根据本发明一或多个实施方式，其中解聚产物还包含固态废料。

根据本发明一或多个实施方式，还包含废弃物衍生燃料制作装置。废弃物衍生燃料制作装置配置以将第二原料、固态废料及污泥制作成废弃物衍生燃料。

根据本发明一或多个实施方式，还包含第一分离装置。第一分离装置配置以分离对苯二甲酸二钠与固态废料。

本发明的技术方案不仅适用于工厂内的聚对苯二甲酸乙二酯废料或边料的回收，更可以适用于一般废弃纺织品、瓶片或其他含有聚酯的废弃物的回收。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：

图1绘示根据本发明的某些实施例的对苯二甲酸的制造方法100的流程图；以及

图2绘示根据本发明的某些实施例的制造对苯二甲酸的系统200。

具体实施方式

以下揭露提供许多不同实施例，或示例，以建置所提供的标的物的不同特征。以下叙述的成份和排列方式的特定示例是为了简化本公开。这些当然仅是做为示例，其目的不在构成限制。举例而言，元件的尺寸不被揭露的范围或数值所限制，但可以取决于元件的制程条件与/或所需的特性。

除非内容中有其他清楚的指称，本文所使用的单数词包含复数的指称对象。透过参考“一实施例”这样特定的指称，在至少其中之一的本揭露的实施例中，表示一种特定的特征、结构或特色，因此在各处的“在一实施例”，这样的片语透过特别的指称出现时，并不需要参考相同的实施方式，更进一步，在一或多实施方式中，这些特别的特征、结构、或特色可以依合适的情况相互组合。

本发明提供一种对苯二甲酸的制造方法，其原料可以为任意含有聚酯的废弃物。详细的说，本发明提供的对苯二甲酸的制造方法的原料可以为纺织品、瓶片或其他含有聚酯的废弃物。

图1绘示根据本发明的多个实施方式的对苯二甲酸的制造方法100的流程图。方法100包含操作110、操作120、操作130、操作140及操作150。在图1的操作110中，提供原料，其中此原料包括第一原料，此第一原料含有聚对苯二甲酸乙二酯。在一些实施例中，上述原料还包含第二原料，第二原料实质上由非聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物所组成。第一原料例如可为含有聚对苯二甲酸乙二酯的纺织品、瓶片等废弃物，而第二原料例如可为棉、尼龙或其他由非聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物所组成的纺织品、瓶片等废弃物。

在原料包含第一原料及第二原料的实施例中，操作110包含将第一原料与第二原料分离。可以使用近红外光分析原料的成份，然后将第一原料与第二原料分离。在原料为纺织品或瓶片的实施例中，在分离第一原料与第二原料之后，可以通过破碎装置将第一原料破碎。将第一原料破碎可以大幅增加后续化学反应的反应表面积，因此可以提升后续制造对苯二甲酸的效率。

在操作120中，将第一原料进行解聚反应，以形成解聚产物。在一些实施例中，解聚产物包含对苯二甲酸二钠。在操作120的解聚反应中，可以加入乙二醇、碳酸钠及醋酸锌以进行反应。在一些实施例中，乙二醇的用量为第一原料重量的2-15倍(例如5倍、8倍或12倍)，而碳酸钠的用量为第一原料中的对苯二甲酸乙二酯莫耳数的1-2倍，醋酸锌的用量则为对苯二甲酸乙二酯重量的1000-10000ppm。在一些实施例的解聚反应中，是在160℃-200℃下反应4-12小时。解聚反应形成的对苯二甲酸二钠为偏黄色的固体。在一些实施例中，解聚产物还包含固态废料。可以利用加入纯水使对苯二甲酸二钠溶解并过滤的方式，分离对苯二甲酸二钠以及固态废料。

之后，在操作130中，将解聚反应生成的对苯二甲酸二钠进行脱色处理，以形成脱色对苯二甲酸二钠以及沉淀的污泥。在一些实施例中，是使用与固态废料分离的对苯二甲酸二钠进行脱色处理。由于分离后的对苯二甲酸二钠为水溶液，因此可以直接在对苯二甲酸二钠水溶液中加入絮凝剂以及助凝剂，使杂质絮凝沉淀。此外，在一些实施例中，亦可以加入活性碳于对苯二甲酸二钠水溶液中，以去除偏黄的颜色，而形成上述脱色对苯二甲酸二钠。在某些实施例中，上述沉淀的污泥包含絮凝沉淀物以及活性碳。在某些实施例中，上述的絮凝剂包含但不限于明矾、硫酸铝、氯化铝或其组合。在某些实施例中，上述的助凝剂包含但不限于生石灰、氯或其组合。

在操作140中，分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥。将上述絮凝沉淀物以及活性碳过滤去除后，即可得到与污泥分离的脱色对苯二甲酸二钠，其中此脱色对苯二甲酸二钠为水溶液状态。

接着，在操作150中，自对苯二甲酸二钠形成对苯二甲酸。在一些实施例中，是将硫酸滴加于脱色的对苯二甲酸二钠水溶液中，以形成对苯二甲酸。详细的说，是将溶液中的对苯二甲酸二钠转化成多个对苯二甲酸颗粒。在一些实施例中，滴加于脱色的对苯二甲酸二钠水溶液中的硫酸浓度以重量百分比表示为5wt％-65wt％。在一些实施例中，将硫酸滴加于脱色的对苯二甲酸二钠水溶液的过程中，是将溶液的温度控制于25℃-85℃之间。

值得注意的是，自对苯二甲酸二钠形成的对苯二甲酸含有少许杂质，因此在某些实施例中，需要将对苯二甲酸进行纯化制程。在一些实施例中，纯化制程是利用水洗的方式将对苯二甲酸中的钠盐移除，并且将水洗后的对苯二甲酸干燥。在一些实施例中，经水洗后干燥的对苯二甲酸，b*值为0.4-2.0，而酸值为650-677kohmg/g。一般使用cielab色彩模型(l*,a*,b*)来描述人眼可见的颜色，上述b*值即为cielab色彩模型(l*,a*,b*)中表示黄色和蓝色之间的位置的b*值。进一步说明，b*负值指示蓝色，而正值指示黄色。本发明制作出的对苯二甲酸的酸值介于650-677kohmg/g之间，显示其纯度较高。详细说明，若使用酸值过低的对苯二甲酸(例如低于650kohmg/g)，会导致在后续的应用上产生聚合反应不完全的情形。由于本发明制作出的对苯二甲酸纯度较高，可以避免这种情形。

在操作150之后，制造方法100可以进行其他操作。在某些实施例中，将操作110分离出的第二原料、操作120分离出的固态废料及操作140分离出的污泥制作成废弃物衍生燃料。在一些实施例中，此废弃物衍生燃料为第五类废弃物衍生燃料(refusederivedfuel,rdf-5)。如同上述，第二原料为实质上由非聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物所组成，而固态废料及污泥为上述制造对苯二甲酸方法中的副产物。本发明将这些在制造对苯二甲酸方法中无法使用的原料以及副产物再次利用，经压缩再成型可制作出的第五类废弃物衍生燃料热值可达3500-5000kcal/kg。习知热值低于3500kcal/kg的燃料的燃烧效率不佳，不适合作为燃料使用。故本发明的制程废弃物可有效再利用，用于制备rdf-5。

图2绘示根据本发明的一实施例的制造对苯二甲酸的系统200。制造对苯二甲酸的系统200包含解聚反应器230、脱色反应器250、第二分离装置260及结晶反应器270。系统200还可以选择性地包含分类筛选装置210、破碎装置220、第一分离装置240、纯化反应器280以及废弃物衍生燃料制作装置290。

原料经由分类筛选装置210进入系统200，且分类筛选装置210配置以对原料进行分离程序。在一些实施例中，分类筛选装置210是使用近红外光分析纺织品成份，再利用分析结果将原料中的不同成份分离。在一些实施例中，原料包含第一原料及第二原料，其中第一原料含有聚对苯二甲酸乙二酯，而第二原料实质上由非聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物所组成。在一些实施例中，上述的分离程序是将第一原料与第二原料分离。

破碎装置220配置以对第一原料进行破碎处理。由于第一原料可能是纺织品、瓶片或其他含有聚酯的废弃物，因此通过分类筛选装置210的第一原料被传输到破碎装置220，以进行破碎制程，而得到较小片状的第一原料。

解聚反应器230配置以将原料中含有聚对苯二甲酸乙二酯的第一原料进行解聚反应，以形成解聚产物。在一些实施例中，通过破碎装置220的第一原料被传送到解聚反应器230进行解聚反应，而得到对苯二甲酸二钠及固态废料。在一些实施例中，解聚反应器230是加入乙二醇、碳酸钠及醋酸锌以进行解聚反应。

在形成解聚产物之后，第一分离装置240配置以分离对苯二甲酸二钠与固态废料。详细的说，第一分离装置240通过加入纯水使对苯二甲酸二钠溶解并过滤的方式，分离对苯二甲酸二钠以及固态废料。因此，分离出的对苯二甲酸二钠为水溶液态。

脱色反应器250配置以将对苯二甲酸二钠进行脱色处理，以形成脱色对苯二甲酸二钠以及沉淀的污泥。在脱色反应器250中，加入絮凝剂以及活性碳于对苯二甲酸二钠水溶液中，使对苯二甲酸二钠脱色。絮凝剂生成的絮凝沉淀物及活性碳构成上述的污泥。

第二分离装置260配置以分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥。由于脱色对苯二甲酸二钠亦为水溶液态，第二分离装置260通过过滤的方式分离脱色对苯二甲酸二钠与沉淀的污泥。

结晶反应器270配置以在第二分离装置260分离脱色对苯二甲酸二钠与污泥之后，自脱色对苯二甲酸二钠形成对苯二甲酸。形成的对苯二甲酸为固体。详细的说，结晶反应器270将脱色对苯二甲酸二钠转化成多个对苯二甲酸颗粒。在一些实施例中，结晶反应器270加入硫酸以进行结晶反应。

纯化反应器280配置以将结晶反应器270生成的对苯二甲酸以水润洗并干燥，以纯化对苯二甲酸。经过纯化的对苯二甲酸的b*值为0.4-2.0，酸值为650-677kohmg/g。

废弃物衍生燃料制作装置290配置以将第二原料、固态废料及污泥制作成废弃物衍生燃料，其中第二原料是由分类筛选装置210分离出，而固态废料及污泥分别为解聚反应器230及脱色反应器250生成的副产物。此废弃物衍生燃料为第五类废弃物衍生燃料，热值为3500-5000kcal/kg。

以下例示性描述本发明的一些实施例及比较例。

实施例1

取1公斤纺织品，其中纺织品含有30％纯聚对苯二甲酸乙二酯织物、35％含聚对苯二甲酸乙二酯混纺织物(其中聚对苯二甲酸乙二酯含量为70％)以及35％非聚对苯二甲酸乙二酯的其他织物(例如棉、尼龙及其他不含聚对苯二甲酸乙二酯的混纺织物等)，并以分类筛选装置分出650克含有聚对苯二甲酸乙二酯的织物以及350克的其余织物。利用破碎装置将650克含有聚对苯二甲酸乙二酯的织物破碎成边长约0.5公分的大小。

将经破碎的650克含有聚对苯二甲酸乙二酯的织物与乙二醇、碳酸钠及醋酸钠于160℃下进行解聚反应约12小时，以生成对苯二甲酸二钠的固体，其中乙二醇、碳酸钠及醋酸钠的用量分别为含有聚对苯二甲酸乙二酯的织物重量的十倍、聚对苯二甲酸乙二酯莫耳数的1.5倍以及聚对苯二甲酸乙二酯的8000ppm。接着，在140℃下热过滤分离对苯二甲酸二钠与乙二醇溶液。之后，再将对苯二甲酸二钠以五倍的纯水溶解，并再次过滤不溶物。

接着，加入明矾以及助凝剂于对苯二甲酸二钠水溶液中，其中明矾以及助凝剂的使用量皆为对苯二甲酸二钠水溶液重量的1％。搅拌后形成沉淀物，再加入活性碳于对苯二甲酸二钠水溶液中。活性碳用于吸附剩余杂质，其中活性碳的用量为对苯二甲酸二钠水溶液重量的10％。过滤移除上述沉淀物及活性碳，以得到澄清的对苯二甲酸二钠水溶液。此澄清的对苯二甲酸二钠以默克2518方法(merckmethod2518)量测，真色色度(admi)值小于20。在默克2518方法中，样品的准备是先将滤纸依序以纯水及样品润洗，再以润洗过的滤纸过滤50ml的样品而得。

将50wt％硫酸溶液以每分钟1ml的速度滴入25℃的澄清的对苯二甲酸二钠水溶液，以使对苯二甲酸析出沉淀。再将析出的对苯二甲酸过滤分离出来，并以对苯二甲酸重量的10倍的纯水润洗对苯二甲酸五遍后干燥，得到纯化对苯二甲酸。

将350克的其余织物、解聚反应中的不溶物以及沉淀物与活性碳以废弃物衍生燃料制作装置制作成第五类废弃物衍生燃料(rdf-5)。

比较例1

取与实施例1相同的1公斤纺织品，以废弃物衍生燃料制作装置制作成第五类废弃物衍生燃料。

比较例2

取与实施例1相同的1公斤纺织品，以破碎装置破碎成边长约0.5公分的大小。

将经破碎的纺织品与乙二醇、碳酸钠及醋酸钠于160℃下进行解聚反应约12小时，以生成对苯二甲酸二钠的固体，其中乙二醇、碳酸钠及醋酸钠的用量分别为含有聚对苯二甲酸乙二酯的织物重量的十倍、聚对苯二甲酸乙二酯莫耳数的1.5倍以及聚对苯二甲酸乙二酯的8000ppm。接着，在140℃下热过滤分离对苯二甲酸二钠与乙二醇溶液。之后，再将对苯二甲酸二钠以五倍的纯水溶解，并再次过滤不溶物以形成对苯二甲酸二钠水溶液。

将50wt％硫酸溶液以每分钟1ml的速度滴入25℃的对苯二甲酸二钠水溶液，以使对苯二甲酸析出沉淀。再将析出的对苯二甲酸过滤分离出来，并以对苯二甲酸重量的10倍的纯水润洗对苯二甲酸五遍后干燥，得到纯化对苯二甲酸。

表1为上述各实施例及比较例的各项测试数据，其中热值的检测是依照废弃物热值检测方法，b*值是以照色度计测量，而酸值则以氢氧化钾滴定测量。

表1

从表1可以得知，实施例1产出450克热值为3800kcal/kg的第五类废弃物衍生燃料以及450克b*值为0.7且酸值为665kohmg/g的纯化对苯二甲酸。与使用的原料重量相比(1公斤)，使用本发明的技术方案可以极大化具有利用价值的产物，并尽量减少回收制程中的浪费。

比较例1为将所有原料皆使用废弃物衍生燃料制作装置制作成第五类废弃物衍生燃料，而比较例2为将所有原料皆以制作对苯二甲酸的方法处理，例如解聚、析出以及纯化等操作。

比较例1生成950克热值为1000kcal/kg的第五类废弃物衍生燃料。虽然相较于实施例1，比较例1生成较多的第五类废弃物衍生燃料，但是比较例1的第五类废弃物衍生燃料的热值过低，无法作为一般燃料使用。

比较例2产出400克b*值为20且酸值为600kohmg/g的纯化对苯二甲酸。相较于实施例1，产出更少的纯化对苯二甲酸。而且，比较例2的纯化对苯二甲酸的b*值远大于实施例1，显示比较例2的产物颜色偏黄。未脱色的纯化对苯二甲酸在后续的使用上会造成极大影响，使得加工难度增加，亦会导致应用的领域减少。此外，比较例2的纯化对苯二甲酸的酸值也低于实施例1，使得比较例2的纯化对苯二甲酸的在后续的应用上可能发生反应不完全的情形。

值得注意的是，在比较例2中，原料未经过分类筛选的操作。因此在解聚之后产出的固态废料含有吸水能力较强的棉等织物，吸附的乙二醇量过高，以至于无法将此固态废料使用废弃物衍生燃料制作装置制作成第五类废弃物衍生燃料。因此，比较例2无法产出第五类废弃物衍生燃料。此外，由于比较例2的原料含有吸水能力较强的棉等织物，在解聚操作中，过滤时残留于不溶物之间的滤液较多，导致收集到的滤液较少。收集到的滤液较少影响了最后对苯二甲酸的产率。

本发明提供的对苯二甲酸的制造方法及系统，可以用于聚酯的回收。值得注意的是，本发明的技术方案不仅适用于工厂内的聚对苯二甲酸乙二酯废料或边料的回收，更可以适用于一般废弃纺织品、瓶片或其他含有聚酯的废弃物的回收。

虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟悉此技术者，在不脱离本揭露的精神与范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。