用于制备塑料材料的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于制备尤其是热塑性的塑料材料、例如塑料回收材料和/或塑料废料的方法。本发明还涉及一种用于制备尤其是热塑性的塑料材料、例如塑料回收材料和/或塑料废料的设备，并且涉及这种设备的用途。

背景技术：

1、在化学回收中，将塑料废料、例如塑料回收废料供应给热解反应器，所述塑料回收废料例如可以具有聚烯烃、例如混合聚烯烃(“混合聚烯烃”，mpo)，且以传统的方式通过机械回收不再能利用。作为热解的替代方案，可以使用其他物质转化过程、例如气化(气化)、流体催化裂化(fcc)或催化水热反应器技术(cat-htr)。热解的目的是将长链聚合物转化成短链低聚物，其在随后的蒸馏步骤中可以彼此分离。通常，不连续地装料固体塑料废料的小型设备处于运行中，在热解反应器中熔化，并且加热至热解温度。热解反应器的装料也可以借助单轴挤出机进行，所述单轴挤出机熔化材料并加热材料。

2、由文献ep 3 237 533 b1例如已知一种聚乙烯组合物，其具有基础树脂和无机矿物填料，其中基础树脂包括由回收的电缆废料获得的第一交联的聚乙烯和第二新鲜的聚乙烯，以便改善产物的机械特性。

3、由文献jp h11-124463 a已知一种非连续的方法，其在低于180℃的温度和约3小时的反应时间下将聚氯乙烯在球磨机中转化成水溶性caohcl，然后在随后的步骤中洗出caohcl。

4、向热解反应器装料固体塑料废料导致不连续的过程，其中塑料废料必须在热解反应器中首先熔化。否则，为了装料，需要昂贵的配量设备和配量系统。这导致不必要的耗能和耗时的过程。此外，将不希望的成分如湿气(水)或聚氯乙烯(pvc)输送到热解反应器中。即使在借助单轴挤出机向热解反应器装料塑料熔融物的情况下，容量、例如产量或熔融物温度也非常有限。为了获得足够的产量，需要使用多个单轴挤出机和/或多个热解反应器。然而，这导致了不经济且耗能的过程。

5、最终用户塑料废料(“消费后废物”)通常包含聚氯乙烯(pvc)。然而，卤素、像比如氯或溴，在热解反应器中是不利的，因为它们可能阻碍热解过程并沉积在产物中。此外，存在腐蚀的危险。热解产物的后处理是非常耗费的并且成本密集的。因此，在热解之前，应尽可能多地除去含卤素的化合物。由于热稳定剂，例如聚氯乙烯几乎不能在单轴挤出机中的停留时间内降解或脱气。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，在功能上改进开头所述的用于制备尤其是热塑性的塑料材料的方法。此外，本发明的目的在于，在结构上和/或功能上改进开头所述的用于制备尤其是热塑性的塑料材料的设备。

2、因此，本发明的目的在于，提供一种减少或者消除结合现有技术所描述的问题的制备方法和制备设备。

3、该目的利用一种具有权利要求1的特征的方法来解决。此外，该目的利用一种具有权利要求11的特征的设备来解决。有利的实施方案和/或改进方案是从属权利要求的主题。

4、一种用于制备尤其是热塑性的塑料材料、例如塑料回收材料和/或塑料废料的方法可以包括以下步骤：将塑料材料供应到螺旋输送机中。塑料材料的供应能够连续地和/或配量地进行。塑料材料的供应可以不连续地进行。塑料材料的供应可以部分地不连续地并且部分地连续地进行。塑料材料的供应可以通过供应开口、尤其是通过螺旋输送机的供应开口来进行。供应开口可以是螺旋输送机的主供应开口、例如主入口。塑料材料的供应可以借助装料、例如装料装置来进行。装料可以是侧装料或者说侧装料装置。塑料材料的供应可以借助供应装置和/或配量装置来进行。塑料材料的供应可以在螺旋输送机的进料区和/或供应区中进行。塑料材料可以是塑料回收材料和/或塑料废料。塑料材料可以具有含卤素的成分/化合物。塑料材料能够具有聚烯烃和/或聚氯乙烯和/或聚合物。塑料材料可以是聚集体、例如塑料材料聚集体，和/或回收物和/或颗粒。塑料材料可以是颗粒状和/或纤维状的。塑料材料可以具有或者是塑料颗粒和/或塑料纤维。塑料材料可以被构造为薄膜状或薄膜。塑料材料可以是碎片状的。塑料材料可以具有和/或是碎片，如薄膜碎片。塑料材料可以具有和/或是塑料薄膜和/或塑料薄膜碎片、例如具有低堆积密度的薄膜和/或薄膜碎片。

5、该方法可以包括以下步骤：将用于将有机氯化物转化为无机氯化物的添加物供应到所述螺旋输送机中。添加物的供应可以连续地和/或配量地进行。添加物的供应可以不连续地进行。添加物的供应可以部分地不连续地和部分地连续地进行。添加物的供应可以通过供应开口、尤其是通过螺旋输送机的供应开口来进行。供应开口可以是螺旋输送机的主供应开口。添加物的供应可以借助供应装置和/或配量装置来进行。添加物的供应可以借助装料、例如装料装置来进行。装料可以是侧装料或者说侧装料装置。添加物的供应可以在螺旋输送机的进料区或供应区或熔化区或混合区或脱气区中进行和/或供应给这些区(或其中一个区)。添加物的供应可以在螺旋输送机的主供应开口的下游和/或螺旋输送机的进料区的下游进行。添加物的供应可以经由供应开口和/或利用供应装置和/或配量装置和/或用于供应塑料材料的装料、例如侧装料来进行。添加物和塑料材料可以通过相同的供应开口和/或用相同的供应装置和/或配量装置和/或装料、例如侧装料来供应。添加物的供应和塑料材料的供应可以同时或一起或彼此分开或相继地进行。添加物和塑料材料可以一起或者彼此分开地供应。添加物可以与塑料材料一起被供应。添加物的供应可以在塑料材料的供应之后或之前进行。添加物可以是助剂和/或添加剂。添加物可以是粉末状的、颗粒状的或液体状的。添加物可以是金属氯化物、金属氧化物、金属氢氧化物、金属硬脂酸盐、沸石或碳酸盐。添加物可以包括金属氯化物和/或金属氧化物和/或金属氢氧化物和/或金属硬脂酸盐和/或沸石和/或碳酸盐。添加物或金属氧化物可以是例如氧化钙(cao)或氧化镁(mgo)。添加物或金属氧化物例如可以是生石灰或生的石灰。添加物或金属氢氧化物例如可以是氢氧化钙(ca(oh)2)或氢氧化镁mg(oh)2。添加物例如能够是碱土金属氧化物或碱金属氧化物或具有碱土金属氧化物或碱金属氧化物。添加物或碳酸盐例如可以是碳酸氢盐。

6、该方法可以包括以下步骤：借助螺旋输送机将供应的塑料材料塑化成塑料熔融物。塑化可以是指熔化塑料材料。塑化可以在螺旋输送机的熔化区和/或混合区中进行。塑料熔融物可以具有在100℃与400℃之间、例如在300℃与400℃之间或者在200℃与350℃之间、尤其在280℃与330℃之间、例如大约320℃的温度。塑化可以借助螺旋输送机的至少一根处理元件轴进行。塑化例如可以借助螺旋输送机的两根处理元件轴进行。螺旋输送机可以是多轴螺旋输送机、例如双轴螺旋输送机。螺旋输送机可以构造为同向或反向旋转驱动的和/或紧密啮合的多轴螺旋输送机和/或这样得到驱动。螺旋输送机可以是挤出机、尤其是多轴挤出机，如双螺杆挤出机。

7、该方法可以包括以下步骤：借助螺旋输送机将塑料熔融物与供应的添加物混合成混合物。混合可以在螺旋输送机的熔化区和/或混合区中进行。混合可以利用螺旋输送机的至少一根处理元件轴进行。混合可以是例如分配混合、分散混合和/或不连续混合。至少一根处理元件轴可以具有螺杆元件，如输送元件和/或混合元件和/或拦截元件和/或捏合元件。塑料材料的塑化和塑料熔融物与供应的添加物的混合可以基本上同时地、例如在螺旋输送机的熔化区和/或混合区内进行，或者相继地进行。混合区可以设置在熔化区的下游。

8、在塑料材料塑化期间和/或在塑料熔融物与添加物混合期间，包含在塑料熔融物中的有机氯化物的至少一部分可借助添加物转化成无机氯化物。该方法可以包括以下步骤：借助所述添加物将包含在所述塑料熔融物中的有机氯化物的至少一部分转化为无机氯化物。这种转化可以在塑料材料塑化期间和/或在塑料熔融物与添加物混合期间进行。这种转化可以在螺旋输送机的熔化区和/或混合区中进行。通过转化，例如能够使存在于塑料熔融物中的聚氯乙烯降解或分解。

9、添加物可以用作催化剂和/或反应物、例如用于氯化物和/或氯化氢的催化剂和/或反应物。添加物可以用作用于氯化物的催化剂。添加物可以用作用于氯化氢、如氯化氢气体的反应物。

10、在塑化和/或混合和/或转化期间，借助作为催化剂的添加物，可形成氯化氢、尤其是氯化氢气体。例如，聚氯乙烯的降解或分解可以借助催化物催化地进行或加速。分解或讲解例如可以如下表示：

11、

12、除了水(h2o)、二氧化碳(c02)和/或烃(cnhm)、例如烷烃(cnh2n+2)或烯烃(cnh2n)，氯化氢(hcl)可以是游离的或者成形的。

13、在该方法中，塑料熔融物和/或形成的混合物在螺旋输送机中的脱气可例如借助布置在螺旋输送机上的至少一个脱气装置来提供或进行。脱气可以连续地和/或同时地与塑化和/或混合和/或转化一起进行。可以进行多个脱气或可以设置有脱气装置。至少一种脱气可以在螺旋输送机的熔化区、混合区或脱气区中进行。所述至少一个脱气装置可以构造为真空脱气单元和/或侧面脱气单元和/或脱气罩和/或填料蜗杆。至少一个脱气装置可以具有阻挡单元、例如熔融物阻挡装置或熔融物阻挡组件。脱气可用于去除挥发性成分、例如水、诸如水蒸汽，或气体、例如烃或氯化氢，它们例如在塑化和/或混合和/或转化期间产生和/或从塑料熔融物逸出，和/或通过螺旋输送机的脱气开口排出/吸出。在转化过程中形成的氯化氢或氯化氢气体的至少一部分可以借助脱气法排出或吸出。

14、在塑化和/或混合和/或转化期间，可以借助作为反应物的添加物形成无机氯化物、例如氯化钙或氯化镁。例如，添加物如氧化钙(cao)可以与在转化过程中形成的氯化氢(hcl)或氯化氢气体(hcl)的至少一部分反应、尤其是形成无机氯化物如氯化钙(cacl2)。该反应例如可以如下表示：

15、cao+2hcl→cacl2+h2o

16、因此，添加物可以用作催化剂和反应物。主要可以产生或形成氯化钙(cacl2)或氯化镁(mgci2)。氯化钙或氯化镁对于热解的进一步过程来说是不关键的，并且可以被输送到热解反应器中而没有任何危险。氯化钙的沸点可以在约1670℃显著高于热解反应器的运行温度。由此可以将更少的或不将氯化物导入到蒸馏中。

17、在螺旋输送机中加工的塑料熔融物或混合物可以作为熔融物排出、例如在螺旋输送机的排出区的下游端部排出。经加工的熔融物可以通过螺旋输送机的排出开口/流出开口、例如通过喷嘴板排出。在螺旋输送机中加工的塑料熔融物或混合物可以作为熔融物尤其是直接供应给热解反应器。螺旋输送机的喷嘴板或排出开口例如可以直接地或通过供应管路与热解反应器的供应部或输入开口连接。

18、用于制备尤其是热塑性的塑料材料、例如塑料回收材料和/或塑料废料的设备可以包括螺旋输送机。该设备可以用于制备热塑性的塑料材料、塑料回收材料和/或塑料废料。该设备可以是制备设备、例如塑料制备设备。所述设备可以构造有或者改进有一个或多个关于所述方法所描述的特征。该设备可以用于加工和/或制备废料塑料。该设备可以用于回收目的、尤其是用于塑料回收目的。该设备可以用于和/或被构造用于预处理和/或输送、塑化、熔化、混合、凝聚或粒化塑料材料。

19、螺旋输送机可以尤其在输送方向上具有进料区和/或供应区和/或熔化区和/或混合区和/或脱气区和/或排出区。螺旋输送机可以具有压缩区。熔化区可以设置或布置在进料区和/或供应区的下游。混合区可以设置或布置在熔化区下游。排出区可以设置或布置在混合区的下游。在进料区/供应区中可以供应塑料材料和/或添加物。在熔化区中塑料材料可以被熔化。在压缩区中，塑料材料可以被压缩。在混合区中，塑料材料可以被混合。在混合区中，塑料材料可以与添加物混合。在脱气区中塑料材料可以被脱气。在排出区中，塑料材料可以被均质化和/或形成压力。

20、螺旋输送机可以具有至少一个用于将塑料材料供应到螺旋输送机中的供应开口。该螺旋输送机可以具有至少一个用于将有机氯化物转化为无机氯化物的添加物供应到所述螺旋输送机中的供应开口。螺旋输送机可以具有供应开口、例如主供应开口或主入口，用于供应塑料材料和用于将添加物供应到螺旋输送机中。螺旋输送机可以具有一个或多个供应开口。至少一个供应开口可以配属于或者通入到进料区和/或供应区和/或熔化区和/或混合区和/或脱气区。

21、螺旋输送机可以具有至少一个供应装置和/或配量装置。至少一个供应装置和/或配量装置可以配属于至少一个供应开口或者与其作用连接。所述至少一个供应装置和/或配量装置可以用于或者说构造用于将塑料材料和/或添加物配量地和/或连续地供应到螺旋输送机中。

22、至少一个供应装置和/或配量装置可以构造用于接收塑料材料。至少一个供应装置和/或配量装置可以具有至少一个料斗、例如填充料斗。至少一个供应装置和/或配量装置可以例如具有两个料斗、例如填充料斗。至少一个供应装置和/或配量装置例如可以具有用于供应给塑料材料的料斗、例如填充料斗，和用于供应给添加物的料斗、例如填充料斗。所述至少一个供应装置和/或配量装置具有储存或保存容器。所述至少一个供应装置和/或配量装置能够构造用于配量地和/或连续地输出塑料材料和/或添加物。至少一个供应装置和/或配量装置可以被构造用于，以重量或容积配量的方式和/或连续地给螺旋输送机供应塑料材料和/或添加物。至少一个供应装置和/或配量装置可以具有供应螺旋输送机和/或配量螺旋输送机。至少一个供应装置和/或配量装置能够具有重量或容积的配量单元、例如配量秤。配量单元可以是一带式秤。配量单元可以重量或容积地运行。至少一个供应装置和/或配量单元可以被构造用于尤其是精确地检测塑料材料或塑料回收材料和/或添加物的至少一部分的材料流、容积和/或重量。

23、螺旋输送机可以具有壳体、例如圆柱形壳体。壳体可以一件式或多件式地构造。壳体可以是工艺部件。壳体可以具有多个壳体区段或壳体部分。壳体区段或壳体部分可以相继地布置和/或为了构造壳体而相互连接。在壳体中可以构造至少一个壳体孔。在壳体中可以构造两个相互平行的并且相互穿透或重叠的壳体孔。两个壳体孔可以具有水平向八字形的横截面。螺旋输送机可以具有至少一个料斗、例如填充料斗。料斗可以是螺旋输送机的主入口。料斗可以布置在螺旋输送机的壳体上。料斗与至少一个供应开口作用连接。料斗可用于供应塑料材料和/或添加物。至少一个供应装置和/或配量装置可以配量地和/或连续地将塑料材料供应给螺旋输送机的料斗。螺旋输送机的壳体可以具有至少一个供应开口，所述供应开口通入到至少一个壳体孔中。至少一个供应开口与料斗作用连接。螺旋输送机的壳体可以具有至少一个通入到至少一个壳体孔中的脱气开口。

24、螺旋输送机可以构造用于使由至少一个供应装置和/或配量装置供应到该螺旋输送机的塑料材料熔化和/或塑化。螺旋输送机可以具有至少一根处理元件轴，用于将供应的塑料材料塑化/熔化成塑料熔融物。至少一根处理元件轴能够构造用于将供应的塑料材料塑化/熔化成塑料熔融物。至少一根处理元件轴可以被构造用于将塑料熔融物与所供应的添加物混合成混合物、尤其是使得包含在塑料熔融物中的有机氯化物的至少一部分可以借助添加物被转化成无机氯化物。所述至少一根处理元件轴可以是挤出机轴或者说挤出机螺杆。至少一根处理元件轴能够具有直径，如外直径。至少一根处理元件轴能够具有工艺长度。工艺长度可以是直径的至少32倍、尤其是至少48倍。工艺长度可以大于32l/d，优选大于48l/d。至少一根处理元件轴可以具有螺杆元件。螺杆元件可以抗扭转地布置、例如插装在至少一根处理元件轴上。螺杆元件可以包括输送元件，如进给输送元件或返回输送元件、和/或剪切元件和/或拦截元件和/或捏合元件和/或混合元件。捏合元件可以构造成单个捏合盘或构造成至少一个具有多个彼此一体连接的捏合盘的捏合块。至少一根处理元件轴可以被布置在螺旋输送机的壳体中、尤其是在壳体孔中。在螺旋输送机的每个壳体孔中可以布置一根处理元件轴。多根处理元件轴、尤其两根处理元件轴能够同心地布置。至少一根处理元件轴能够由驱动马达围绕所属的旋转轴线旋转驱动。在处理元件轴之间能够作用地设置有至少一个分支传动装置和/或联接装置。多根处理元件轴、尤其两根处理元件轴能够同向地、即在相同的旋转方向上、或者反向地、即在相反设置的旋转方向上围绕旋转轴线被驱动。

25、螺旋输送机可以构造为多轴螺旋输送机、尤其是双轴螺旋输送机。螺旋输送机可以具有多根处理元件轴、例如两根处理元件轴。螺旋输送机可以构造为同向/同向运行或反向/反向运行旋转驱动的和/或紧密啮合的多轴螺旋输送机和/或这样驱动。螺旋输送机可以是挤出机、尤其是多轴挤出机，如双螺杆挤出机。多根处理元件轴、例如两根处理元件轴，能够同向运行地或反向运行地旋转驱动。多根处理元件轴、尤其两根处理元件轴能够紧密地啮合。

26、该设备可以具有至少一个脱气装置。至少一个脱气装置可以布置在螺旋输送机上。至少一个脱气装置可以被构造用于对螺旋输送机中的塑料熔融物或形成的混合物脱气。至少一个脱气装置可以被构造为进给脱气装置和/或返回脱气装置。可以设置多个脱气装置。至少一个脱气装置可以作用地布置在螺旋输送机的熔化区、混合区、脱气区或排出区中，或者可以配属于一个/多个区。所述至少一个脱气装置可以构造为真空脱气单元和/或侧面脱气单元和/或脱气罩和/或填料蜗杆。至少一个脱气装置可以具有阻挡单元、例如熔融物阻挡装置或熔融物阻挡组件。至少一个脱气装置可以被加热或者具有加热单元。例如，两个或三个被加热的真空脱气单元可以设置有熔融物阻挡装置、像比如侧面脱气装置。至少一个脱气装置可以产生具有0毫巴到1000毫巴之间、尤其10毫巴到800毫巴之间、并且尤其是在20毫巴到400毫巴之间的绝对压力的真空。例如，至少一个脱气装置可以被构造用于产生具有约100毫巴的绝对压力的真空。至少一个脱气装置可以被构造用于产生限定的容积流、例如约20m3/h的容积流。脱气装置或至少一个脱气装置可以用于去除挥发性成分、例如水、诸如水蒸汽，或气体、例如烃或氯化氢，它们例如在塑化和/或混合和/或转化期间产生和/或从塑料熔融物逸出，和/或通过螺旋输送机的脱气开口排出/吸出。在转化过程中形成的氯化氢或氯化氢气体的至少一部分可以借助脱气或至少一个脱气装置被排出或吸出。

27、螺旋输送机可以尤其是在其下游端部上、例如在排出区的下游端部上具有排出开口/流出开口。排出开口/流出开口可以这样构成，即，通过排出开口/流出开口可以将加工的塑料熔融物从螺旋输送机的内部引出。在排出开口/流出开口上可以布置尤其造型的工具，如模具。排出开口/流出开口可以通过喷嘴板形成。在螺旋输送机中加工的塑料熔融物或混合物可以作为熔融物尤其是直接供应给热解反应器。螺旋输送机的排出开口/流出开口可以例如直接地和/或通过供应管路与热解反应器的供应部或输入开口连接。螺旋输送机和/或供应管路可以被构造为将加工的塑料熔融物尤其是连续地供应给热解反应器。

28、另一方面涉及前述和/或下述用于制备和/或回收尤其是热塑性的塑料材料、例如塑料回收材料和/或塑料废料的设备的用途，其中包含在塑料熔融物中的有机氯化物的至少一部分借助添加物转化成无机氯化物。

29、总之，换句话说，本发明因此尤其提供了一种用于从塑料废料(“消费后废物”)中裂解出卤代烃的方法和设备。可以加入添加物、例如添加剂，其可以引起和/或促进裂解。添加物可以是金属氯化物或金属氧化物、例如氧化钙(例如生石灰)。该设备可以是双螺杆挤出机。双螺杆挤出机可以施加必要的能量、例如通过剪切。为了向产物中引入尽可能多的能量和/或达到100℃到400℃之间、例如300℃到400℃之间或者200℃到350℃之间、尤其是280℃到330℃之间、例如＞320℃直至380℃的额定温度，该设备或双螺杆挤出机的工艺长度可以＞32l/d、优选＞48l/d。为了从过程中去除挥发性成分、例如水或由分解产生的气体、例如烃或氯化水，并且不将其输送到热解反应器中，可以设置至少一个，优选两个或三个加热的真空脱气装置，其具有熔融物阻挡组件、像比如侧面脱气装置。机械技术和添加物的组合可优化过程。通过添加化学化合物或添加物，可以加速聚氯乙烯的分解。添加物可以添加到设备或双螺杆挤出机的主入口中。借助添加物可以催化地加速塑料废料中的聚氯乙烯的降解。在此，除了水、二氧化碳和烃外，也可以不含氯化氢。该氯化氢的一部分可以通过真空脱气法被吸走。氯化氢的大部分可以与添加物、例如氧化钙反应，例如形成氯化钙。因此，添加物可以用作催化剂和反应物。主要产生的氯化钙是不重要的，并且可以被输送到热解反应器中而不会引起任何问题，因为呈1670℃的氯化钙的沸点显著高于热解反应器的运行温度。

30、本发明可以确保没有或至少只有少量氯化物被导入到蒸馏中。可以提高流量、例如可以直至10000kg/h、尤其是借助挤出机连续地实现。可以实现尤其是添加物和/或塑料熔融物的非常好的混合作用和/或均匀化。能量可以通过摩擦直接引入到塑料材料中并且在短时间内、例如在10至180秒内、例如在20至120秒内、尤其是在30至90秒内达到额定温度。可以取消附加的外部加热。能量效率可以提高。反应可以均匀和快速地进行。可以实现高的表面更新率和/或更好的脱气。聚氯乙烯的分解可被加速。有机氯或氯化物可以有效地从塑料废料中去除。该方法可以连续地和/或在一个步骤中进行。在高的额定温度下较短的停留时间是可能的。热解可以以非常高的比例在热解反应器中进行。热解反应器中的产率可以提高。在熔融物中存在的热能可以被进一步利用。设备、方法和热解变得更加能量有效。具有较高填充度和/或产量的较小的机器尺寸是可实现的。有机氯化物向无机氯化物的转化可以在明显更高的沸点温度下进行。通过添加物、例如过量的氧化钙，可以实现有效的转化、例如转化成无关紧要的氯化钙，这种氯化钙不能阻止热解过程和/或最终从槽中排出。可以确保热解反应器和/或蒸馏塔中的更少的净化工作和/或维护工作。能够节省成本。