rozpuszczalnik-jest-dobry-2

Tworzywa z odzysku
Rozpuszczalnik
jest dobry
na wszystko?
W poprzednim artykule przedstawiliśmy sposoby
na przetworzenie styropianu metodą rozpuszczalnikową. Były to jednak technologie XX-wieczne, czyli
już trochę przestarzałe. Jak więc prowadzi się recykling styropianu metodą rozpuszczalnikową w dzisiejszych czasach? Wspólną cechę nowoczesnych
technologii jest ich „inteligentny” charakter. Dla procesów recyklingu metodą rozpuszczalnikową wymyślono więc „inteligentne” rozpuszczalniki, tzn. takie,
których charakter jest zmienny i w pełni sterowalny.
 Jerzy Żelaziński
Ale po kolei...
Pewna firma założona przez
naukowców z kanadyjskich ośrodków badawczych opracowała kilka
technologii w oparciu o tzw. przełączalne roztwory (ang. switchable solutions). Zostały tak nazwany,
ponieważ w rozpuszczalniku tym
można dowolnie i w sposób odwracalny modyfikować jedną właściwość. Wyobraźmy sobie rozpuszczalnik, który można przełączać się
odwracalnie z jednego rodzaju cieczy do bardzo różnego rodzaju cieczy, na polecenie. Opracowano trzy
typy takich przełączanych rozpuszczalników (rys. 1, 2, 3).
Przełączalne
rozpuszczalniki
polarne
Posiadają one niską polarność,
dopóki nie będą poddane działaniu
CO2. W atmosferze ditlenku węgla
ciecz jonowa ulega wysokiej polaryzacji. Różnica polaryzacji jest na
tyle duża, że wiele substancji rozpuszczalnych jest tylko w jednej formie rozpuszczalnika. Proces ten jest
odwracalny przez usunięcie CO2
z roztworu. Np. przez przedmuchanie roztworu powietrzem atmosferycznym. Przedstawia to rys. 1.
Przełączalne
rozpuszczalniki
hydrofobowe
Są to ciekłe rozpuszczalniki, które
mają charakter hydrofobowy i dlatego mają bardzo niską mieszalność
z wodą. Po zmieszaniu z wodą tworzą mieszaniny dwufazowe. Jednak
 Rys. 1.
22
PlastNews 11’2011
 Rys. 2.
pod wpływem CO2, rozpuszczalniki te stają się hydrofilowe i całkowicie mieszalne z wodą. I znowu po
przedmuchu powietrzem stają się
w wodzie nierozpuszczalne. Przedstawia to rys. 2.
Przełączalny roztwór
wodny
Wodnego roztworu cieczy jonowej miesza się z ciekłym organicznym, takim jak np. THF (tetrahydrofuran)*. Jednak po wprowadzeniu CO2, zwiększa się siłę jonową,
i zmusza THF do wytrącania się
z roztworu. Usuwanie CO2 przez
przedmuch powietrzem lub podgrzanie roztworu odwraca proces. Stanowi to odwracalną metodę
„wysalania” związków organicznych
z wody. Ilustruje to rys. 3.
Wymienione powyżej typy
przełączalnych rozpuszczalników
w zastosowaniach technologicznych
posiadają jedną wspólną zaletę.
W przeciwieństwie do tradycyjnych
rozpuszczalników system rozpuszczalników przełączalnych może być
odzyskiwany bez pomocy procesu
destylacji – bardzo energochłonnego i kosztownego. Oferuje wszystkie zalety tradycyjnych układów rozpuszczalników, a pokonuje wielu ich
wad. Rozpuszczalnik o niskiej toksyczności, ekologiczny i wielokrotnego użytku. Może być wykorzystywany i manipulowany w temperaturze otoczenia i ciśnienia.
Opracowano wiele technologii
przemysłowych opartych na wykorzystaniu przełączalnych rozpuszczalników. W ich liczbie znalazły
Tworzywa z odzysku
 Rys. 3.
*Tetrahydrofuran (THF) (nazwa systematyczna – oksolan) to organiczny związek chemiczny z grupy eterów
cyklicznych, będący pochodną furanu, stosowany
głównie jako uniwersalny rozpuszczalnik organiczny.
Jego dawna nazwa to czterowodorofuran. THF jest
bezbarwną, niskowrzącą cieczą, o ostrym, drażniącym
zapachu. Miesza się w każdych proporcjach z wodą,
a jednocześnie rozpuszcza on olbrzymią większość znanych organicznych związków chemicznych, co powoduje, że jest idealnym rozpuszczalnikiem do prowadzenia wielu reakcji chemicznych. Często zastępuje w tej
roli eter dietylowy, gdyż często skuteczniej rozpuszcza
różne związki i jednocześnie jest mniej lotny.
Źródło: Wikipedia
przepompowuję się poprzez filtr do
drugiego zbiornika. Na filtrze osiadają zanieczyszczania, takie jak ziemia, piasek, drewno, papier, metal.
Można oddzielić tam również substancje zawarte w tworzywie: stabilizatory, uniepalniacze, pigmenty
barwiące. Do drugiego zbiornika
również zaopatrzonego w mieszadło dodajemy regenerowany roztwór wodny. Pod wpływem mieszania oraz kontaktu z ditlenkiem
węgla (CO2) rozpuszczalnik rozpuszcza się w wodzie, jednocześnie wydziela się czysty polistyren w postaci kłaczków. Polistyren
zostaje odfiltrowany i po przepłukaniu trafia do wytłaczarki, gdzie produkuje się gotowy granulat. Zużyty
roztwór rozpuszczalnika w wodzie
poddaje się regeneracji. Regeneracja polega na wypędzeniu ditlenku
węgla (CO 2) z roztworu przy
pomocy przedmuchiwania tego
ostatniego powietrzem. W wyniku
tego „powietrznego strippingu”
roztwór samoistnie rozdziela się na
dwie frakcje: przełączalnego rozpuszczalnika i wodną, które kieruje
się w odpowiednie miejsca w procesie technologicznym.
Otrzymany w procesie polistyren jest tworzywem czystym,
pozbawionym zanieczyszczeń, stabilizatorów, modyfikatorów, barwników i wszystkich innych dodatków, w które zwykle bywa wyposażony. Uniknął również zdegradowania termicznego, ponieważ cały
proces przebiega w pokojowej temperaturze i pod normalnym ciśnieniem. Na etapie granulacji musimy
wyposażyć go w pakiet odpowiednich stabilizatorów i dodatków. Pod
względem jakości tworzywo nie
odbiega od innych regranulatów
otrzymywanych metodą rozpuszczalnikową. Różnica tkwi w kosztach procesu, brak procesu destylacji obniża koszt przerobienia tony
odpadów do poziomu niedostępnego dla klasycznych metod.
Polietylen HDPE
Druga z tych technologii jest w istocie myciem za pomocą przełączalnego rozpuszczalnika. Rys. 5 przedstawia tę technologię:
Zużyte pojemniki na oleje
samochodowe i techniczne wykonane z polietylenu wysokiej gęstości
HDPE zawierają dość istotne ilości
się dwie dotyczące recyklingu tworzyw: odzysk polistyrenu z odpadów pokonsumenckich z PS i EPS
oraz odzysk HDPE z zanieczyszczonych olejami mineralnymi butelek.
Polistyren PS
Pierwsza z tych technologii dokładnie odpowiada tematowi naszej
serii: recykling metoda rozpuszczalnikową. Rys. 4 przedstawia tę technologię.
Pierwszym etapem jest rozdrobnienie odpadów polistyrenowych
na klasycznym młynie. Następnie
do zbiornika z mieszadłem, w którym już jest zmielony odpad, dodawany jest regenerowany przełączalny rozpuszczalnik. Rozpuszczalnik rozpuszcza polistyren nie
rozpuszczając towarzyszących mu
zanieczyszczeń. Proces rozpuszczania wspomagany jest intensywnym
mieszaniem. Gotowa zawiesinę
R
ys. 4. Rozpuszczalnikowa metoda recyklingu PS
PlastNews 11’2011
23
Tworzywa z odzysku
 Rys. 5 Rozpuszczalnikowa metoda recyklingu HDPE
resztek przechowywanego materiału: oleju. Aby móc zgranulować
takie pojemniki musimy najpierw
je pozbawić tego oleju. Normalnie
robi się to za pomocą procesu mycia
w dużej ilości wody z detergentem
na gorąco lub za pomocą rozpuszczania resztek oleju w selektywnym rozpuszczalniku (np. heksanie). Pierwsza z tych metod powoduje powstanie dużej ilości ścieków,
które musimy utylizować. Druga zaś
generuje roztwór oleju w rozpuszczalniku, który musimy zregenerować za pomocą procesu destylacji.
I właśnie ta druga metodę zmodyfikowano stosując przełączalny rozpuszczalnik.
Pierwszy procesem jest oczywiście zmielenie zanieczyszczonych
butelek na małe płatki. Następnie płatki te umieszczone w zbiorniku z mieszadłem zostaną zalane
rozpuszczalnikiem. Rozpuszczalnik rozpuszcza olej i inne tego typu
zanieczyszczenia. Przetłaczając
zawiesinę do drugiego zbiornika
poprzez filtr oddzielamy płatki tworzywa oraz inne zanieczyszczenia
mechaniczne od roztworu rozpuszczalnika. Płatki tworzywa od innych
zanieczyszczeń odseparowuje się po
wysuszeniu za pomocą separatora
24
PlastNews 11’2011
powietrznego (wialnia). Roztwór
rozpuszczalnika miesza się z wodą
i intensywnie mieszając nasyca się
ditlenkiem węgla (CO2). W wyniku
tego rozpuszczalnik rozpuszcza się
w wodzie, a na powierzchni pojawia się wytrącona warstwa olejowa,
która oddziela się i przeznacza do
dalszej przeróbki. Zużyty roztwór
rozpuszczalnika w wodzie poddaje
się regeneracji. Polega ona na usunięciu ditlenku węgla (CO2) z roztworu przy pomocy przedmuchiwania tego ostatniego powietrzem.
W wyniku tego „powietrznego
strippingu” roztwór samoistnie rozdziela się na dwie frakcje: przełączalnego rozpuszczalnika i wodną,
które kieruje się w odpowiednie
miejsca w procesie technologicznym. Tak jak i w poprzednim przypadku, o efektywności ekonomicznej procesu mycia decyduje brak
energochłonnego procesu destylacji oraz praktyczny brak ścieków.
Rozpuszczalniki przełączalne to
bardzo młody wynalazek. Pierwsza
instalację do recyklingu polistyrenu
ta metodą postanowiono wybudować w listopadzie 2011 r., termin
uruchomienia to połowa 2012 r..
Mając na uwadze ich „inteligentną”
naturę można się spodziewać, że już
wkrótce pojawią się na świecie inne
„inteligentne” technologie recyklingu tworzyw.
A w następnym odcinku dalej
poszukamy rozpuszczalnika w recyklingu. 