用于溶剂型聚烯烃回收工艺的溶解方法和装置与流程

本发明大体涉及溶剂型聚烯烃回收方法。更具体地，本发明公开了用于溶剂型聚烯烃回收工艺的溶解装置和方法。

背景技术：

1、堆积的废塑料处理所面临的挑战以及相应的环境问题受到了公众和学术界的广泛关注。因此，除了一般防止塑料废物，特别是防止塑料废物泄漏到环境中的概念外，废塑料材料的回收已成为一个重要课题。废塑料可以转化为新塑料产品的资源。因此，在回收和再利用废塑料材料时可以将环境和经济方面结合起来。

2、90年代中期，一些欧洲国家实施了更具差异化的废物收集系统(回收管理系统，循环经济法)，这实际上允许更有针对性地收集塑料材料并将其与其他废物分离。因此，可以设法或多或少地有效地将聚合物类型彼此分离，以在处理之后最终实现聚合物类型富集并因此更容易回收二次塑料材料部分。在过去的几十年里，建立了合适的废物收集系统，特别是建立了合适的废物分离基础设施，以产生二次石化原材料来源或市场。同时，已经开发了，特别是改进了几种塑料回收工艺，主要目标是提高可回收聚合物材料的可实现产品质量。

3、塑料回收有不同的方法，众所周知的包括机械[材料回收]、先进的物理或溶剂型[溶液]和化学加工[原料回收、热化学(例如热解或气化)、溶剂分解]。在这些方法中，最广泛采用的是机械回收和化学回收。

4、尽管欧盟公共收集和预分类系统在2018年的塑料收集率高达76[wt％(德国)]，但机械先进回收工艺的直接塑料材料回收率处于较低水平(例如12[％]2018年德国)。如今，先进的机械回收包括分离步骤，例如粉碎、振动、旋转筛分，由光谱分析方法支持的先进分选方法[例如nir/vis]和清洗操作，以减少主要来自可回收塑料材料表面的有机、生物和部分气味污染物，并实现富集的聚合物类型以及更均匀的聚合物回收部分。因此，可以获得塑料类型富集的，或者，特别是聚烯烃富集的二次物质流(>85；<95[wt％]po含量)，例如聚丙烯(pp)、高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和/或聚苯乙烯(ps)。接下来，这些分离的物质流将被加工成颗粒(挤出)和特定于转化产品的材料。然而，可实现的产品质量仍然相对较差，并且不允许食品接触和高性能应用，因此，目前花盆、油漆桶或洗发水瓶等产品通常采用机械回收材料。

5、特别改进和性能更好的分选方法(例如着色片分选)应在特定聚合物类型部分实现更高的浓度并进行二次洗涤操作，以更有效地减少干扰污染物或提高最终二次聚合物原料的产品质量。后者包括涉及复杂工艺设计、废水处理、废气处理和中间产品干燥的额外支出，以及增加的总能源消耗，同时保持尽可能低的排放。

6、然而，由于多层材料，或薄膜或混合柔性薄膜废料等废料成分，将机械聚合物回收物直接再制造成高质量的最终应用仍然面临多种困难的挑战。此外，可以发现重要的原因在于，特别是历史上应用的聚合技术(定义材料特性，如聚合物密度、平均分子量、分子量分布、分子结构、交联水平)和历史上应用的混炼技术(添加剂、填料浓度以及最终的多种颜料组合物)相关的聚合物类型材料混合物的均匀性不太可预测和不可控。所有这些与质量相关的因素都保留在机械加工的散装质量混合物内，并且不能通过机械分选和应用的纯化方法(在最好的情况下它们相互作用到可回收聚合物材料混合物的表面上)来解决。

7、克服先进机械聚合物回收质量较低的另一种方法是将机械聚合物回收物与原始聚合物混合以最终实现对于最终应用(非食品)可容忍的、适合销售的质量，从而使机械回收的聚合物材料的可实施含量保持在较低水平(几个[wt％])，特别是对于高质量/高性能最终的应用来说。

8、第二个出现的塑料回收途径是化学或原料回收，涉及溶剂分解和热化学加工。2018年化学塑料回收技术的占有率合计不足2[％]。技术预测表明，到2030年，热化学回收占有率应从不到2[％](2018年)大幅增加至13[％]。然而，无论如何，化学塑料回收为回收预分选和预分类固体塑料废物提供了一种有前途的机会以获得石化工业的原料，其可以被再次加工成塑料以及化学商品和燃料。为了将塑料固体混合物的聚合结构降解为较短的碳氢化合物直至单体结构单元，必须应用热量和溶剂。根据具体技术，化学回收方法对混合塑料碎片和杂质具有更高的耐受性，因此主要能够处理受污染的聚合物材料混合物，或者二次高分子原料。然而，应优选避免聚烯烃材料混合物与杂原子聚合物(n/o/s，卤素)的交叉污染。

9、然而，特别是热化学塑料加工，特别是聚烯烃回收技术的抽象化说明，通过应用众所周知的传统热化学单元操作，以已经基于化石的二次聚合物回收材料替代化石基原油馏分，这必须昂贵地适应二次原料来源。关于热密集型吸热c-c或c-h键断裂(裂解、降解)，特定能量需求仍然存在，因此与原油到原始聚合物加工相比，最终的总能量输入显著更高——主要是短链分子的降解(例如原油分馏中的石脑油)将被裂解长链和支化聚合物所取代。独立地，奢侈且耗能的热降解仍然存在。此外，只要必要的应用能源载体不能轻易转换为可再生/可持续能源载体，此类方法的二氧化碳排放量也会更高。

10、第三种塑料回收路线是先进的物理或溶剂型回收(sbr)，其显示的2018年德国塑料回收市场份额不到1％。在sbr加工中，聚合物首先溶解在适当的溶剂中，随后，通过添加非溶剂来降低溶解的聚合物的溶解度(溶解/沉淀)和/或通过热单元操作(蒸发、干燥等)优选地将溶剂与固化的聚合物完全分离来引起聚合物固化。

11、聚烯烃-sbr加工与传统的po聚合工艺相似，其中单体(烯烃)和临时形成的低聚物(蜡)和短链聚合物的溶剂例如是精炼馏分(例如煤油)，直到超过溶解度极限(聚合过程中形成长链聚烯烃)，最终聚烯烃沉淀形成聚烯烃-溶剂浆料(例如chevron浆料工艺)。一种特殊的聚烯烃工艺是溶液po聚合工艺，其中烯烃最初溶解在石蜡溶剂混合物中，进行聚合，最终的聚烯烃将保留在溶液中，直到工艺条件因减压或闪蒸脱挥发分而显著改变。

12、众所周知的废塑料材料溶剂型回收方法的框架包括聚合物的杂质去除、溶解和再沉淀/重结晶和/或脱挥发分。具体地，将一种或多种聚合物溶解在一种或多种溶剂中，随后选择性地使每种聚合物沉淀/结晶。理想情况下，如果溶剂可以溶解目标聚合物或除目标聚合物之外的所有其他聚合物，则可以用于选择性溶解。

13、通常希望通过废塑料材料溶剂型回收工艺来生产类原生聚合物，而原生聚合物被定义为无污染物、无颜料、无气味、均匀且通常在性质上与新鲜聚合的聚合物相似。对于食品和药物接触应用(例如食品包装)来说，对高质量、类原生再生树脂的需求尤其重要。除了被杂质和混合着色剂污染外，许多回收树脂产品往往在化学成分上是异质的，可能含有大量聚合物污染物，例如回收聚丙烯中的聚乙烯污染物，反之亦然。

14、高效溶剂型聚烯烃回收工艺的关键是溶解步骤。在此步骤中，聚合物溶解在溶剂中。良好的溶液均匀性有利于实现离开溶解部分的物流的均匀组成。这是确保回收聚烯烃质量稳定所必需的。此外，还期望溶解聚合物达到所需均匀性所需的时间尽可能短。特别是，在资本支出(capex)和运营支出(opex)方面都是经济的方法需要这样。

15、在溶剂型聚烯烃回收工艺中用于溶解废聚烯烃的混合设备的设计所必须考虑的不同设计标准中，混合容器的混合内部是非常具有挑战性的。首先，混合容器内各组分的粘度比较高。通常，粘度取决于聚烯烃回收工艺、回收的聚烯烃(平均分子量)以及溶解容器中使用的相应条件(压力和温度)。示例性的粘度可以是约0.1pa·s。

16、通常，需要生产完全溶解的聚烯烃溶液，特别是考虑到随后的分离步骤。为了实现这一点，混合容器的设计通常旨在实现组分的最大均匀性。

17、此外，需要控制热量以确保最佳且快速的溶解。混合容器中导致提高的均匀性的各个混合模式通常也会带来更好的热对流，从而实现更好的控制。

18、因此，在溶剂型聚烯烃回收领域中通常需要考虑混合容器中组分的均匀性、改进的热控制、改进的相控制、缩短的溶解时间以及混合模式的具体控制优化的混合设备。

19、ca 2376488a1公开了一种溶剂型工艺，其中使用两种溶剂，即正己烷和石油醚来分离不同的聚烯烃(聚丙烯(pp)、高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)和线性低密度聚乙烯(lldpe))。起始材料与溶剂在高温(即约140℃)下接触。随后，使用过滤、离心或其他机械分离方法在一个或多个步骤中从溶液中除去不溶解的固体。除去不溶解的固体后，溶液主要由溶剂和溶解的聚烯烃组成。在同时剪切作用下使用结晶，使每种聚烯烃从溶液中相继沉淀出来。由此，每种聚合物类型被分离，蜡、聚合物链片段和不同的添加剂保留在溶液中。对于溶解步骤，公开了混合喷嘴。没有明确公开关于混合的其他装置。因此，从ca2376488a1的公开内容无法得到混合时间和均匀性的进一步改进。

技术实现思路

1、发明目的

2、因此，本发明的一个目的是提供一种用于溶剂型聚烯烃回收方法的溶解设备和溶解方法，其允许更快的溶解时间和提高的聚烯烃溶液均匀性。

3、发明概述

4、令人惊奇地发现，所述目的通过用于连续聚烯烃回收工艺的溶解装置来实现，所述溶解装置用于将废聚烯烃材料中的聚烯烃溶解在溶剂中产生聚烯烃溶液浆料，所述聚烯烃溶液浆料包含聚烯烃溶液和不溶解的残余物，所述溶解装置包括至少一个进料设备，其选自干式进料设备、湿式进料设备、熔体进料设备和溶液进料设备，至少一个溶解设备，其中所述至少一种溶解设备具有至少一个用于引入废聚烯烃材料的第一入口，其流体地连接至所述至少一个进料设备的出口，并且其中所述至少一个溶解设备具有至少一个用于引入溶剂的第二入口，并且其中所述至少一个溶解设备具有至少一个用于取出所述聚烯烃溶液浆料的出口，并且其中所述溶解设备包括包含搅拌器的容器。

5、还令人惊讶地发现，所述目的通过用于连续聚烯烃回收工艺的溶解方法来实现，所述溶解方法用于将废聚烯烃材料中的聚烯烃溶解在溶剂中产生聚烯烃溶液浆料，所述聚烯烃溶液浆料包含聚烯烃溶液和不溶解的残余物，所述溶解方法包括以下步骤：进料废聚烯烃材料，使用根据本发明的溶解装置将废聚烯烃材料中的聚烯烃溶解在溶剂中。

6、定义

7、本文所用的表述“挥发物”或“挥发性化合物”应理解为与本发明方法中分离的聚烯烃相比具有显著较低分子量的化合物。当暴露于闪蒸分离器时，此类化合物通常以气态形式存在。通常，挥发性化合物是挥发性烃的混合物。优选地，挥发性烃的混合物包含至少一种溶剂。