СПОСОБ ОЧИСТКИ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА Российский патент 2020 года по МПК C08J11/08 B29B17/00 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение по существу относится к способу очистки загрязненных полимеров с использованием растворителя под давлением и твердых сред. В частности, настоящее изобретение относится к способу очистки повторно переработанных полимеров, например пластмасс, повторно переработанных после бытового использования и промышленного использования, с получением бесцветного или прозрачного не имеющего запаха полимера, близкого к исходному полимеру. Он особенно эффективен для очистки полиэтилена.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полимеры, в частности синтетические пластмассы, широко используются в повседневной жизни благодаря их сравнительно низкой себестоимости и оптимальному сочетанию свойств материалов. Синтетические пластмассы используются в самых разных областях, таких как упаковочные материалы, компоненты автомобилей, медицинские устройства и потребительские товары. Чтобы удовлетворить высокий спрос для этих видов применения, ежегодно в мире производятся сотни миллиардов фунтов синтетических пластмасс. Подавляющее большинство синтетических пластмасс производится из постепенно истощающегося ископаемого сырья, например из нефти и природного газа. Кроме того, производство синтетических пластмасс из ископаемого сырья приводит к образованию CO₂ в качестве побочного продукта.

Повсеместное применение синтетических пластмасс привело к ежегодному образованию миллионов тонн отходов пластмасс. Несмотря на то, что большая часть отходов пластмасс захораниваются в рамках муниципальных программ утилизации твердых отходов, значительная часть отходов пластмасс попадает в окружающую среду в виде мусора, который неприглядно смотрится и потенциально опасен для экосистем. Отходы пластмасс часто смываются в речные системы и в конечном счете попадают в море.

Переработка пластмасс стала одним из решений, позволяющих уменьшить проблемы, связанные с повсеместным использованием пластмасс. Извлечение и повторное использование пластмасс позволяет перенаправлять отходы со свалок и снижает потребность в исходных пластмассах, производимых из ископаемых ресурсов, что, соответственно, снижает выбросы парниковых газов. В развитых регионах, например США и Европейском союзе, уровни переработки пластмасс возрастают благодаря более широкой информированности потребителей, торговых и промышленных предприятий. Большинство повторно переработанных материалов, в том числе пластмасс, объединяется в единый поток, который собирается и перерабатывается на специализированных предприятиях по повторной переработке материалов (MRF). На MRF производится сортировка, промывка и упаковка материалов для последующей перепродажи. Пластмассы можно сортировать по отдельным материалам, таким как полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) или полиэтилентерефталат (ПЭТФ), или по смешанным потокам других распространенных пластмасс, таких как полипропилен (ПП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС), поликарбонат (ПК) и полиамиды (ПА). Единые или смешанные потоки могут затем проходить дополнительную сортировку, промывку и перерабатываться в гранулы, подходящие для повторного использования при переработке пластмасс, например для литья с раздувом и литья под давлением.

Несмотря на то, что повторно переработанные пластмассы преимущественно сортируются по однородным потокам и промываются водными и/или щелочными растворами, конечные переработанные гранулы часто сохраняют высокий уровень загрязнений с нежелательными примесями отходов, такими как остатки разложившихся продуктов питания и остатки компонентов ароматических веществ. Кроме того, гранулы переработанных пластмасс, за исключением переработанных контейнеров от напитков, имеют темную окраску из-за смеси красителей и пигментов, широко используемых для окрашивания изделий из пластмассы. Несмотря на то, что для некоторых видов применения окраска и загрязнение не имеют значения (например, черные пластмассовые контейнеры для краски и не скрытые от глаз автомобильные компоненты), для большинства видов применения необходимы бесцветные гранулы. Потребность в высококачественных «близких к исходным» переработанных смолах особенно важна для тех видов применения, в которых полимер контактирует с продуктами питания или лекарственными средствами, например для упаковки продуктов питания. Кроме загрязнений примесями и смесью красящих веществ, многие переработанные продукты из смол часто неоднородны по своему химическому составу и могут содержать значительное количество полимерных загрязняющих примесей, например переработанный полипропилен может быть загрязнен полиэтиленом и наоборот.

Механическая переработка, также известная как вторичная переработка, представляет собой процесс преобразования повторно переработанных отходов пластмасс в повторно используемую форму для последующего производства. Более подробный обзор механической переработки и других способов извлечения пластмасс приведен в статье S.M. Al-Salem, P. Lettieri, J. Baeyens, "Recycling and recovery routes of plastic solid waste (PSW): A review", Waste Management, Volume 29, Issue 10, October 2009, Pages 2625-2643, ISSN 0956-053X. Несмотря на то что достижения в области механических технологий переработки позволили до некоторой степени улучшить качество переработанных полимеров, способы механической очистки имеют фундаментальные ограничения, такие как физический захват пигментов полимерной матрицей. Таким образом, даже при всех усовершенствованиях технологий механической переработки темная окраска и высокие уровни химического загрязнения в доступных в настоящее время переработанных пластмассах препятствуют более широкому использованию переработанных смол в производстве пластмасс.

Для преодоления фундаментальных ограничений механической переработки было разработано множество способов очистки загрязненных полимеров с использованием химических способов или способов химической переработки. В большинстве таких способов для удаления примесей и очистки полимеров используются растворители. Применение растворителей позволяет экстрагировать примеси и растворять полимеры, что дополнительно позволяет применять альтернативные технологии разделения.

Например, в патенте США №7,935,736 описан способ переработки сложного полиэфира из отходов, содержащих сложный полиэфир, с использованием растворителя для растворения сложного полиэфира перед очисткой. В патенте '736 также описана необходимость использования осаждающего реагента для извлечения сложного полиэфира из растворителя.

В другом примере в патенте США №6,555,588 описан способ получения смеси полипропиленов из смеси пластмасс, содержащей другие полимеры. В патенте '588 описана экстракция загрязнителей из полимера при температуре ниже температуры растворения полимера в выбранном растворителе, например в гексане, в течение определенного периода обработки. В патенте '588 дополнительно описано увеличение температуры растворителя (или второго растворителя) для растворения полимера перед фильтрованием. В патенте '588 дополнительно описано использование усилий сдвига или потока для осаждения полипропилена из раствора. Смесь полипропиленов, описанная в патенте '588, содержала загрязняющие примеси полиэтилена в количестве до 5,6% мас.

В другом примере в заявке на европейский патент №849,312 (в переводе с немецкого языка на английский) описан способ получения очищенных полиолефинов из содержащей полиолефины смеси пластмасс или содержащих полиолефины отходов. В заявке на патент '312 описана экстракция полиолефиновых смесей или отходов углеводородной фракцией бензина или дизельного топлива с температурой кипения выше 90°С при температурах от 90°С до температуры кипения углеводородного растворителя. В заявке на патент '312 дополнительно описано приведение горячего раствора полиолефинов в контакт с отбеливающей глиной и/или активированным углем для удаления посторонних компонентов из раствора. В патенте '312 также дополнительно описано охлаждение раствора до температур ниже 70°С для кристаллизации полиолефина и последующее удаление присоединенного растворителя посредством нагревания полиолефина выше температуры плавления полиолефина, или выпаривания присоединенного растворителя под вакуумом, или пропускания потока газа через осадок полиолефина, и/или экстракции растворителя спиртом или кетоном, которые кипят при температуре ниже температуры плавления полиолефина.

В другом примере в патенте США №5,198,471 описан способ разделения полимеров из физически соединенной твердой смеси (например, отходов пластмасс), содержащей множество полимеров, с использованием растворителя при первой более низкой температуре с образованием первого однофазного раствора и остатков твердого компонента. В патенте '471 дополнительно описано нагревание растворителя до более высоких температур для растворения дополнительных полимеров, которые не растворились при первой более низкой температуре. В патенте '471 описано фильтрование нерастворимых полимерных компонентов.

В другом примере в патенте США №5,233,021 описан способ экстракции чистых полимерных компонентов из многокомпонентной структуры (например, отходов ковровой ткани) посредством растворения каждого компонента при соответствующих температуре и давлении в сверхкритической текучей среде с последующим изменением температуры и/или давления для последовательной экстракции определенных компонентов. Однако, как и в патенте '471, в патенте '021 описано только фильтрование нерастворенных компонентов.

В другом примере в патенте США №5,739,270 описан способ и устройство для непрерывного отделения полимерного компонента пластмассы от загрязняющих примесей и других компонентов пластмассы с использованием вспомогательного растворителя и рабочей текучей среды. Вспомогательный растворитель по меньшей мере частично растворяет полимер, а вторая текучая среда (которая находится в жидком, критическом или сверхкритическом состоянии) растворяет компоненты полимера и осаждает часть растворенного полимера из вспомогательного растворителя. В патенте '270 дополнительно описана стадия фильтрования смеси термопласта и вспомогательного растворителя (в присутствии или при отсутствии рабочей текучей среды) для удаления загрязняющих частиц, таких как частицы стекла.

Известные способы очистки загрязненных полимеров с использованием растворителей, которые описаны выше, не позволяют получать «подобный исходному» полимер. В предлагаемых ранее способах часто происходит совместное растворение, что приводит к перекрестному загрязнению другими полимерами. При использовании адсорбента часто используется стадия фильтрования и/или центрифугирования для удаления адсорбента из раствора. Кроме того, для получения полимера, не содержащего остаточного растворителя, применяются процессы выделения для удаления растворителя, например нагревание, выпаривание под вакуумом и/или осаждение с использованием осаждающего химического агента.

Соответственно, для очистки загрязненных полимеров по-прежнему существует потребность в более совершенном способе, основанном на применении растворителей, которые можно простым и экономически выгодным образом удалять из полимера, отличающемся сравнительной простотой с точки зрения числа отдельных операций, позволяющем получать полимер без значительного количества взаимно загрязняющих полимеров, обеспечивающем получение по существу бесцветного полимера и по существу не имеющего запаха полимера.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложен способ очистки регенерированного полиэтилена. Способ включает в себя:

a. получение регенерированного полиэтилена, выбранного из группы, состоящей из полимеров после бытового использования, полимеров после промышленного использования и их комбинаций;

b. приведение регенерированного полиэтилена при температуре от около 80°С до около 220°С и при давлении от около 150 фунтов/кв. дюйм изб. (1,03 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа) в контакт с первым жидким растворителем со стандартной температурой кипения менее чем около 70°C с получением экстрагированного регенерированного полиэтилена;

c. растворение экстрагированного регенерированного полиэтилена в растворителе, выбранном из группы, состоящей из первого жидкого растворителя, второго жидкого растворителя и их смесей, при температуре от около 90°С до около 220°С и давлении от около 350 фунтов/кв. дюйм изб. (2,41 МПа) до около 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа) с получением первого раствора, содержащего полиэтилен и суспендированные загрязняющие примеси;

d. осаждение первого раствора, содержащего полиэтилен и суспендированные загрязняющие примеси, при температуре от около 90°С до около 220°С и давлении от около 350 фунтов/кв. дюйм изб. (2,41 МПа) до около 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа) с получением второго раствора, содержащего полиэтилен и оставшиеся загрязняющие примеси;

e. очистку второго раствора полимера при температуре от около 90°С до около 220°С и давлении от около 350 фунтов/кв. дюйм изб. (2,41 МПа) до около 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа) посредством приведения второго раствора в контакт с твердыми средами с получением третьего раствора, содержащего более чистый полиэтилен; и

f. отделение более чистого полиэтилена от третьего раствора.

Второй жидкий растворитель может иметь либо ту же химическую композицию, что и первый жидкий растворитель, либо другую химическую композицию.

В одном из вариантов осуществления полиэтилен отделяют от третьего раствора при температуре от около 0°С до около 220°С и давлении от около 0 фунтов/кв. дюйм изб. (0 МПа) до около 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа). В другом варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В еще одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%.

В одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В еще одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%.

В одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 18%. В еще одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 16%. В одном варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 12%.

В одном из вариантов осуществления регенерированный полиэтилен представляет собой полиэтилен, полученный в результате переработки после бытового использования. В другом варианте осуществления регенерированный полиэтилен представляет собой гомополимер полиэтилена или в основном сополимер полиэтилена. В еще одном варианте осуществления жидкий растворитель имеет стандартную температуру кипения менее около 0°С и более около -45°С и стандартное изменение энтальпии при испарении менее около +25 кДж/моль.

В одном варианте осуществления жидкий растворитель выбирают из группы, состоящей из олефиновых углеводородов, алифатических углеводородов и их смесей. В другом варианте осуществления алифатический углеводород выбирают из группы, состоящей из алифатических углеводородов C₁-C₆ и их смесей. В еще одном варианте осуществления алифатические углеводороды и их смеси состоят в основном из алифатических углеводородов C₄.

В другом варианте осуществления жидкий растворитель по существу содержит сжиженный нефтяной газ С₄. В одном варианте осуществления жидкий растворитель представляет собой н-бутан, изомеры бутана или их смеси. В другом варианте осуществления температура на стадиях контакта, растворения, осаждения и очистки составляет от около 110°С до около 170°С.

В одном из вариантов осуществления давление на стадии контакта составляет от около 1100 фунтов/кв. дюйм изб. (7,58 МПа) до около 5500 фунтов/кв. дюйм изб. (37,92 МПа). В другом варианте осуществления давление на стадии контакта составляет менее чем около 1100 фунтов/кв. дюйм изб. (7,58 МПа). В еще одном варианте осуществления давление на стадиях растворения, осаждения и очистки составляет более чем около 4500 фунтов/кв. дюйм изб. (31,03 МПа). В одном варианте осуществления давление на стадиях растворения, осаждения и очистки составляет более чем около 5500 фунтов/кв. дюйм изб. (37,92 МПа).

В одном варианте осуществления твердую среду выбирают из группы, состоящей из неорганических соединений, углеродсодержащих соединений и их смесей. В другом варианте осуществления неорганические соединения выбирают из группы, состоящей из оксидов кремния, оксидов алюминия, оксидов железа, алюмосиликатов, аморфных вулканических стекол и их смесей. В еще одном варианте осуществления неорганические соединения выбирают из группы, состоящей из силикагеля, диатомита, песка, кварца, глинозема, перлита, фуллеровой земли, бентонита и их смесей.

В одном варианте осуществления углеродсодержащие соединения выбирают из группы, состоящей из антрацитового угля, углеродной сажи, кокса, активированного угля, целлюлозы и их смесей. В другом варианте осуществления приведение раствора полиэтилена в контакт с твердой средой осуществляется в насадке из указанной твердой среды. В еще одном варианте осуществления длина насадки составляет более 20 см.

Дополнительные признаки изобретения будут очевидны специалистам в данной области после ознакомления с представленным ниже подробным описанием в сочетании с примерами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 представлена технологическая блок-схема, отражающая основные стадии одного варианта осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I. Определения

Используемый в настоящем документе термин «регенерированный полимер» относится к полимеру, ранее использованному каким-либо образом, а затем извлеченному для дополнительной переработки.

Используемый в настоящем документе термин «регенерированный полиэтилен» относится к полиэтиленовому полимеру, ранее использованному каким-либо образом, а затем извлеченному для дополнительной переработки.

Термин «после бытового использования» в контексте настоящего документа относится к источнику материала, который образуется после того, как конечный потребитель использовал материал в потребительском товаре или продукте.

Термин «регенерация после бытового использования» (PCR) в контексте настоящего документа относится к материалу, получаемому после того, как конечный потребитель использовал и утилизировал материал вместе с другими отходами.

Термин «после промышленного использования» в контексте настоящего документа относится к источнику материала, который образуется в процессе производства товара или продукта.

Используемый в настоящем документе термин «жидкий растворитель» относится к веществу, которое может существовать в жидком состоянии в заданных условиях температуры и давления. В некоторых вариантах осуществления жидкий растворитель может быть преимущественно однородной химической композицией из одной молекулы или изомера, тогда как в других вариантах осуществления жидкий растворитель может представлять собой смесь нескольких различных молекулярных композиций или изомеров. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термин «жидкий растворитель» может также применяться в отношении веществ, которые находятся при критической температуре и критическом давлении (в критической точке) данного вещества, вблизи этой точки или выше нее. Специалистам в данной области хорошо известно, что вещества, находящиеся выше критической точки такого вещества, известны как «сверхкритические текучие среды», которые не обладают характерными физическими свойствами жидкости (например, плотностью).

Используемый в настоящем документе термин «растворенный» означает по меньшей мере частичное включение растворенного вещества (полимерного или не являющегося полимером) в растворитель на молекулярном уровне. Кроме того, термодинамическая стабильность раствора с растворенным веществом/растворителем может описываться следующим уравнением 1:

Уравнение 1

где ΔG_mix обозначает изменение свободной энергии Гиббса при смешивании растворенного вещества с растворителем, ΔH_mix обозначает изменение энтальпии при смешивании, Т - абсолютная температура, а ΔS_mix обозначает энтропию при смешивании. Для сохранения стабильного состояния раствора растворенного вещества в растворителе свободная энергия Гиббса должна быть отрицательной и достигать минимума. Таким образом, в настоящем изобретении может использоваться любая комбинация растворенного вещества и растворителя, для которой свободная энергия Гиббса при соответствующих значениях температуры и давления является отрицательной и достигает минимума.

Используемый в настоящем документе термин «стандартная температура кипения» относится к температуре кипения при абсолютном давлении, равном точно 100 кПа (1 бар, 14,5 фунтов на кв. дюйм абс, 0,9869 атм), в соответствии с правилами Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).

Используемый в настоящем документе термин «стандартное изменение энтальпии при испарении» относится к изменению энтальпии, которое требуется для преобразования определенного количества вещества из жидкого в газообразное состояние при стандартной температуре кипения вещества.

Используемый в настоящем документе термин «раствор полиэтилена» относится к раствору полиэтилена, растворенного в растворителе. Раствор полиэтилена может содержать нерастворенное вещество, а потому раствор полиэтилена может также представлять собой «суспензию» нерастворенного вещества, суспендированного в растворе полиэтилена, растворенного в растворителе.

Используемые в настоящем документе термины «седиментация» и «осаждение» относятся к тенденции частиц внутри суспензии отделяться от жидкости в результате действия на эти частицы силы (как правило, силы тяжести).

Используемый в настоящем документе термин «суспендированные загрязняющие вещества» относится к ненужным или нежелательным компонентам, присутствующим в основной массе среды неоднородной смеси.

Используемый в настоящем документе термин «твердая среда» относится к веществу, которое в условиях его использования существует в твердом состоянии. Твердая среда может быть кристаллической, полукристаллической или аморфной. Твердая среда может быть гранулированной и может поставляться в гранулах различной формы (например, сферы, цилиндры, шарики и т.п.). В случае гранулированной твердой среды размер частиц и распределение частиц твердой среды по размерам могут определяться размером ячейки сита, используемого для сортировки гранулированной среды. Пример стандартных обозначений размеров ячейки сита можно найти в стандарте ASTM E11 Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM), имеющем название «Стандартная спецификация на металлотканую испытательную ситовую ткань и испытательные сита». Твердая среда также может представлять собой нетканый волокнистый мат или тканое полотно.

Используемый в настоящем документе термин «более чистый раствор полиэтилена» относится к раствору полиэтилена с меньшим количеством загрязняющих примесей по сравнению с тем же раствором полиэтилена до стадии очистки.

Используемый в настоящем документе термин «экстракция» относится к способу переноса растворенного вещества из жидкой фазы (или твердой матрицы) через границу раздела фаз в отдельную несмешивающуюся жидкую фазу. Движущая сила (силы) для экстракции описана в теории разделения.

Используемый в настоящем документе термин «экстрагированный» относится к материалу, имеющему меньшее количество растворенных веществ по сравнению с тем же материалом до стадии экстракции. Используемый в настоящем документе термин «экстрагированный регенерированный полимер» относится к регенерированному полимеру, имеющему меньшее количество растворенных веществ по сравнению с тем же регенерированным полимером до стадии экстракции.

Используемый в настоящем документе термин «подобный исходному» означает по существу не содержащий загрязнений, не содержащий пигментов, не имеющий запаха, однородный и подобный по свойствам исходным полимерам.

Используемый в настоящем документе термин «в основном сополимер полиэтилена» относится к сополимеру, содержащему более 70% мол. повторяющихся звеньев этилена.

В настоящем документе любое упоминание международных единиц давления (например, МПа) относится к избыточному манометрическому давлению.

II. Способ очистки загрязненного полиэтилена

Неожиданно было обнаружено, что некоторые жидкие растворители, которые в предпочтительном варианте осуществления характеризуются зависящей от температуры и давления растворимостью полимеров, при использовании в сравнительно простом способе могут применяться для очистки загрязненного полиэтилена, в частности восстановленного или переработанного полиэтилена, до качества, почти подобного исходному. Такой способ, пример которого приведен на ФИГ. 1, включает 1) получение регенерированного полиэтилена (стадия а на ФИГ. 1) с последующей 2) экстракцией полиэтилена жидким растворителем при температуре экстракции (T_E) и при давлении экстракции (P_E) (стадия b на ФИГ. 1) с последующим 3) растворением полиэтилена в жидком растворителе при температуре растворения (T_D) и при давлении растворения (P_D) (стадия с на ФИГ. 1) с последующей 4) седиментацией раствора полимера при температуре растворения (T_D) и при давлении растворения (P_D) (стадия d на ФИГ. 1) с последующим 5) приведением раствора растворенного полиэтилена в контакт с твердыми средами при температуре растворения (T_D) и давлении растворения (P_D) (стадия е на ФИГ. 1) с последующим отделением полиэтилена от жидкого растворителя (стадия f на ФИГ. 1).

В одном варианте осуществления настоящего изобретения очищенный полиэтилен, источником которого могут быть потоки отходов после бытового использования, по существу не содержит загрязняющих примесей, пигментов, не имеет запаха, однороден и близок по своим свойствам к исходным полимерам. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления физические свойства жидкого растворителя настоящего изобретения могут обеспечивать более энергетически эффективные способы отделения жидкого растворителя от очищенного полиэтилена.

Регенерированный полиэтилен

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки регенерированного полиэтилена включает получение регенерированного полиэтилена. Для целей настоящего изобретения источником регенерированного полиэтилена являются потоки отходов после бытового использования, после промышленного использования, после коммерческого использования и/или другие специфичные потоки отходов. Например, отходы полиэтилена после бытового использования могут быть получены от потоков перерабатываемого уличного мусора, где конечные потребители помещают использованные полимеры из упаковок и других изделий в специально обозначенные контейнеры для сбора мусоровозами или компаниями по переработке. Отходы полимеров после бытового использования могут быть также получены от программ возврата тары в магазинах, в рамках которых потребители приносят отходы полимеров в магазин и помещают отходы полимеров в специально обозначенные контейнеры для сбора. Примером отходов полимеров после промышленного использования могут быть отходы полимеров, которые образуются в процессе производства или отгрузки товара или изделия и которые собираются производителем в качестве не подлежащего использованию материала (например, кромочная обрезь, не соответствующий спецификации материал, брак, полученный в ходе наладки). Примером отходов полимеров из специфичного потока отходов могут быть отходы полимеров, получаемые после переработки отходов электроники, также называемых «электронным ломом». Другим примером отходов полимеров из специфичного потока отходов могут быть отходы полимеров, получаемые после утилизации автомобилей. Еще одним примером отходов полимеров из специфичного потока отходов могут быть отходы полимеров, получаемые после переработки использованного коврового покрытия и текстиля.

Для целей настоящего изобретения регенерированный полиэтилен представляет собой однородную композицию отдельного полимера или смесь нескольких различных композиций полиэтилена. Не имеющие ограничительного характера примеры композиций полиэтилена представляют собой гомополимеры и сополимеры этилена, например полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), сополимеры этилена и альфа-олефинов и другие растворимые полимеры полиэтилена, которые могут быть очевидны специалистам в данной области.

Регенерированный полиэтилен может также содержать различные пигменты, красители, технологические вспомогательные вещества, стабилизирующие добавки, наполнители и другие технологические добавки, которые вносятся в полимер в процессе полимеризации или превращения исходного полимера в конечную форму изделия. Не имеющими ограничительного характера примерами пигментов являются органические пигменты, например фталоцианин меди, неорганические пигменты, например диоксид титана, и другие пигменты, которые могут быть очевидны специалистам в данной области. Не имеющим ограничительного характера примером органического красителя является желтый краситель Basic Yellow 51. Не имеющими ограничительного характера примерами технологических вспомогательных веществ являются антистатики, например глицеринмоностеарат, а также скользящие агенты, например эрукамид. Не имеющим ограничительного характера примером стабилизирующей добавки является октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат. Не имеющими ограничительного характера примерами наполнителей являются карбонат кальция, тальк и стекловолокна.

Растворитель

Жидкий растворитель настоящего изобретения имеет стандартную температуру кипения менее около 70°С. Повышение давления позволяет поддерживать температуру растворителей, имеющих стандартные температуры кипения, ниже диапазона рабочих температур настоящего изобретения в состоянии, при котором наблюдаются незначительное испарение растворителя или полное отсутствие испарения. В одном варианте осуществления жидкий растворитель со стандартной температурой кипения меньше около 70°С выбирают из группы, состоящей из диоксида углерода, кетонов, спиртов, простых эфиров, сложных эфиров, алкенов, алканов и их смесей. Не имеющими ограничительного характера примерами жидких растворителей со стандартными температурами кипения меньше около 70°С являются диоксид углерода, ацетон, метанол, диметиловый простой эфир, диэтиловый простой эфир, этилметиловый эфир, тетрагидрофуран, метилацетат, этилен, пропилен, 1-бутен, 2-бутен, изобутилен, 1-пентен, 2-пентен, разветвленные изомеры пентена, 1-гексен, 2-гексен, метан, этан, пропан, н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан, неопентан, н-гексен, изомеры изогексана и другие вещества, которые могут быть очевидны специалистам в данной области.

Выбор используемого жидкого растворителя будет определять диапазоны температуры и давления, применяемые для проведения стадий настоящего изобретения. Ниже приведена ссылка на обзор поведения фазы полимера в растворителях, подобных описанным в настоящем изобретении: McHugh et al. (1999) Chem. Rev. 99: 565-602.

Экстракция

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки полиэтилена включает приведение регенерированного полиэтилена в контакт с жидким растворителем при значениях температуры и давления, при которых полимер по существу нерастворим в жидком растворителе. Без привязки к какой-либо теории авторы изобретения полагают, что зависимую от температуры и давления растворимость можно контролировать таким образом, чтобы исключить полное растворение полимера жидким растворителем, при этом жидкий растворитель может диффундировать в полимер для экстракции из него любых экстрагируемых загрязняющих примесей. К экстрагируемым загрязняющим примесям могут относиться остаточные технологические вспомогательные вещества, добавляемые в полимер, остаточные компоненты изделия, которое контактировало с полимером, например отдушки и ароматизаторы, красители и любой другой экстрагируемый материал, который мог быть специально добавлен или случайно включен в полимер, например в процессе сбора отходов и их последующего накопления вместе с другими материалами отходов.

В одном варианте осуществления контролируемая экстракция может осуществляться посредством фиксации температуры в системе полимер/жидкий растворитель с последующим снижением давления ниже уровня или диапазона давлений, при которых полимер растворяется в жидком растворителе. В другом варианте осуществления контролируемая экстракция осуществляется посредством фиксации давления в системе полимер/растворитель с последующим снижением температуры ниже уровня или диапазона температур, при которых полимер растворяется в жидком растворителе. Для экстракции полимера жидким растворителем при контролируемой температуре и давлении используется подходящий аппарат высокого давления, который может быть выполнен с возможностью непрерывной экстракции полимера жидким растворителем. В одном варианте осуществления настоящего изобретения аппарат высокого давления может представлять собой колонну непрерывного действия для жидкостно-жидкостной экстракции, при этом расплавленный полимер подается через один конец такой экстракционной колонны, а жидкий растворитель подается через тот же или противоположный конец экстракционной колонны. В другом варианте осуществления текучая среда, содержащая экстрагированные загрязняющие примеси, удаляется из процесса. В другом варианте осуществления текучая среда, содержащая экстрагированные загрязняющие примеси, очищается, регенерируется и возвращается для использования на стадии экстракции или на другой стадии процесса. В одном варианте осуществления настоящего изобретения экстракция может проводиться периодическим способом, при котором регенерированный полиэтилен представляет собой неподвижный слой в аппарате высокого давления, а жидкий растворитель непрерывно пропускают через фазу неподвижного слоя полимера. Время экстракции или количество используемого жидкого растворителя будут зависеть от желаемой чистоты конечного более чистого полимера и количества экстрагируемых загрязняющих примесей в исходном регенерированном полиэтилене. В другом варианте осуществления текучая среда, содержащая экстрагированные загрязняющие примеси, приводится в контакт с твердой средой на отдельной стадии, как описано ниже в разделе «Очистка». В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение регенерированного полиэтилена в контакт с жидким растворителем при таких значениях температуры и давления, при которых полимер находится в расплавленном и жидком состоянии. В другом варианте осуществления регенерированный полиэтилен приводится в контакт с жидким растворителем при таких значениях температуры и давления, при которых полимер находится в твердом состоянии.

В одном варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение полиэтилена в контакт с жидким растворителем при таких значениях температуры и давления, при которых полиэтилен остается по существу нерастворенным. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение полиэтилена в контакт с н-бутаном при температуре от около 80°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение полиэтилена в контакт с н-бутаном при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение полиэтилена в контакт с н-бутаном при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с н-бутаном при давлении от около 150 фунтов/кв. дюйм изб. (1,03 МПа) до около 6500 фунтов/кв. дюйм изб. (44,82 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с н-бутаном при давлении от около 3000 фунтов/кв. дюйм изб. (20,68 МПа) до около 6000 фунтов/кв. дюйм изб. (41,37 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с н-бутаном при давлении от около 4500 фунтов/кв. дюйм изб. (31,03 МПа) до около 5500 фунтов/кв. дюйм изб. (37,92 МПа).

В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с пропаном при температуре от около 80°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с пропаном при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с пропаном при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с пропаном при давлении от около 1000 фунтов/кв. дюйм изб. (6,89 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с пропаном при давлении от около 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа) до около 10000 фунтов/кв. дюйм изб. (68,95 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение полиэтилена в контакт с пропаном при давлении от около 5000 фунтов/кв. дюйм изб. (34,47 МПа) до около 9000 фунтов/кв. дюйм изб. (62,05 МПа).

Растворение

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки регенерированного полиэтилена включает растворение регенерированного полиэтилена в жидком растворителе при таких показателях температуры и давления, при которых полимер растворяется в жидком растворителе. Без привязки к какой-либо теории заявители полагают, что температуру и давление можно контролировать таким образом, чтобы обеспечить термодинамически благоприятное растворение регенерированного полимера в жидком растворителе. Кроме того, температуру и давление можно контролировать таким образом, чтобы обеспечить растворение конкретного полимера или смеси полимеров, не допуская растворения других полимеров или смесей полимеров. Такое контролируемое растворение позволяет отделять полимеры от смесей полимеров.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки полимеров включает растворение загрязненного регенерированного полиэтилена в растворителе, который при тех же условиях температуры и давления не растворяет загрязнители. Загрязнители могут включать пигменты, наполнители, грязь и другие полимеры. Такие загрязнители высвобождаются из регенерированного полиэтилена при растворении, а затем удаляются из раствора полимера на последующей стадии разделения твердой и жидкой фазы.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки регенерированного полиэтилена включает растворение полиэтилена в жидком растворителе при таких показателях температуры и давления, при которых полиэтилен растворяется в жидком растворителе. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при температуре от около 90°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при давлении от около 1000 фунтов/кв. дюйм изб. (6,89 МПа) до около 12000 фунтов/кв. дюйм изб. (82,74 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при давлении от около 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа) до около 10000 фунтов/кв. дюйм изб. (68,95 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при давлении от около 4000 фунтов/кв. дюйм изб. (27,58 МПа) до около 6000 фунтов/кв. дюйм изб. (41,37 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в н-бутане при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 18%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 16%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 12%.

В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при температуре от около 90°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при давлении от около 3000 фунтов/кв. дюйм изб. (20,68 МПа) до около 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при давлении от около 5000 фунтов/кв. дюйм изб. (34,47 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при давлении от около 8000 фунтов/кв. дюйм изб. (55,16 МПа) до около 11000 фунтов/кв. дюйм изб. (75,84 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя растворение полиэтилена в пропане при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 18%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 16%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 12%.

Седиментация

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки полиэтилена включает в себя отделение нерастворенных загрязняющих примесей от раствора полиэтилена при помощи стадии седиментации (также известной как осаждение) при таких значениях температуры и давления, при которых полимер остается растворенным в жидком растворителе. В одном варианте осуществления на стадии осаждения на нерастворенные загрязняющие примеси действует сила, которая равномерно перемещает нерастворенные загрязняющие примеси в направлении действия силы. Обычно действующая осаждающая сила представляет собой силу тяжести, но она также может представлять собой центробежную, центростремительную или какая-либо другую силу. Величина действующей силы и продолжительность осаждения будут зависеть от нескольких параметров, включая без ограничений: размер загрязняющих частиц, плотности загрязняющих частиц, плотность текучей среды или раствора и вязкость текучей среды или раствора. Следующее уравнение (уравнение 2) представляет собой соотношение между указанными выше параметрами и скоростью осаждения, которая является мерой скорости седиментации загрязняющих примесей:

Уравнение 2

где v - скорость осаждения, ρ_p - плотность загрязняющей частицы, ρ_ƒ - плотность текучей среды или раствора, g - ускорение под действием приложенной силы (обычно под действием силы тяжести), r - загрязняющей частицы и η - динамическая вязкость текучей среды или раствора. Некоторые из ключевых параметров, определяющих вязкость раствора, представляют собой: химическую композицию жидкого растворителя, молекулярную массу полимера, растворенного в жидком растворителе, концентрацию растворенного полимера в жидком растворителе, температуру раствора жидкого растворителя и давление раствора жидкого растворителя.

В одном варианте осуществления способ очистки регенерированных полимеров включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/жидкого растворителя при таких значениях температуры и давления, при которых полиэтилен остается растворенным в жидком растворителе. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана при температуре от около 90°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана при давлении от около 1000 фунтов/кв. дюйм изб. (6,89 МПа) до около 12000 фунтов/кв. дюйм изб. (82,74 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана при давлении от около 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа) до около 10000 фунтов/кв. дюйм изб. (68,95 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана при давлении от около 4000 фунтов/кв. дюйм изб. (27,58 МПа) до около 6000 фунтов/кв. дюйм изб. (41,37 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/н-бутана, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 18%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 16%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 12%.

В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана при температуре от около 90°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана при давлении от около 3000 фунтов/кв. дюйм изб. (20,68 МПа) до около 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана при давлении от около 5000 фунтов/кв. дюйм изб. (34,47 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана при давлении от около 8000 фунтов/кв. дюйм изб. (55,16 МПа) до около 11000 фунтов/кв. дюйм изб. (75,84 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя осаждение загрязняющих примесей из раствора полиэтилена/пропана, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 18%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 16%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 12%.

Очистка

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки полиэтилена включает приведение раствора загрязненного полимера в контакт с твердой средой при таких значениях температуры и давления, при которых полимер остается растворенным в жидком растворителе. Твердая среда в настоящем изобретении представляет собой любой твердый материал, который удаляет по меньшей мере некоторые загрязняющие примеси из раствора регенерированного полиэтилена, растворенного в жидком растворителе настоящего изобретения. Без привязки к какой-либо теории авторы изобретения полагают, что твердая среда удаляет загрязняющие примеси за счет различных механизмов. Не имеющие ограничительного характера примеры возможных механизмов включают адсорбцию, абсорбцию, эксклюзию по размерам, эксклюзию ионов, ионный обмен и другие механизмы, которые могут быть очевидны специалистам в данной области. Кроме того, пигменты и другие загрязняющие примеси, которые обычно присутствуют в регенерированном полиэтилене, могут представлять собой полярные соединения и могут предпочтительным образом взаимодействовать с твердой средой, которая также может быть по меньшей мере малополярной. Взаимодействия между полярными компонентами могут быть особенно эффективными, если в качестве жидкого растворителя используются неполярные растворители, например алканы.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения твердую среду выбирают из группы, состоящей из неорганических соединений, углеродсодержащих соединений или их смесей. К подходящим примерам неорганических соединений относятся оксиды кремния, оксиды алюминия, оксиды железа, алюмосиликаты, силикаты магния, аморфные вулканические стекла, кремнезем, силикагель, диатомит, песок, кварц, регенерированное стекло, глинозем, перлит, фуллерова земля, бентонит и их смеси. К подходящим примерам углеродсодержащих соединений относятся антрацитовый уголь, углеродная сажа, кокс, активированный уголь, целлюлоза и их смеси. В другом варианте осуществления настоящего изобретения твердая среда представляет собой регенерированное стекло.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения твердая среда контактирует с полимером в сосуде в течение заданного периода времени, при этом твердую среду перемешивают. В другом варианте осуществления твердую среду удаляют из раствора более чистого полимера на стадии разделения твердой и жидкой фаз. Не имеющие ограничительного характера примеры стадий разделения твердой и жидкой фаз включают фильтрование, декантацию, центрифугирование и осаждение. В другом варианте осуществления настоящего изобретения загрязненный раствор полимера пропускают через неподвижный слой твердой среды. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высота или длина неподвижного слоя твердой среды превышает 5 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высота или длина неподвижного слоя твердой среды превышает 10 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высота или длина неподвижного слоя твердой среды превышает 20 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения твердую среду по мере необходимости заменяют, чтобы поддерживать желательную чистоту полимера. В еще одном варианте осуществления твердую среду регенерируют и повторно используют на стадии очистки. В другом варианте осуществления твердую среду регенерируют, создавая псевдоожиженный слой твердой среды, на стадии обратной промывки.

В одном варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилен/жидкий растворитель в контакт с твердой средой при таких значениях температуры и давления, при которых полиэтилен остается растворенным в жидком растворителе. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами при температуре от около 90°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами при давлении от около 1000 фунтов/кв. дюйм изб. (6,89 МПа) до около 12000 фунтов/кв. дюйм изб. (82,74 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами при давлении от около 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа) до около 10000 фунтов/кв. дюйм изб. (68,95 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами при давлении от около 4000 фунтов/кв. дюйм изб. (27,58 МПа) до около 6000 фунтов/кв. дюйм изб. (41,37 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/н-бутана в контакт с твердыми средами, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 18%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 16%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 12%.

В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами при температуре от около 90°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами при температуре от около 100°С до около 200°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами при температуре от около 130°С до около 180°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами при давлении от около 3000 фунтов/кв. дюйм изб. (20,68 МПа) до около 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами при давлении от около 5000 фунтов/кв. дюйм изб. (34,47 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами при давлении от около 8000 фунтов/кв. дюйм изб. (55,16 МПа) до около 11000 фунтов/кв. дюйм изб. (75,84 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 1%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 3%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 4%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя приведение раствора полиэтилена/пропана в контакт с твердыми средами, причем полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 20%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 18%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 16%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 14%. В другом варианте осуществления полиэтилен растворяют при массовой процентной концентрации до 12%.

Разделение

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ очистки регенерированного полиэтилена включает отделение более чистого полимера от жидкого растворителя при таких показателях температуры и давления, при которых полимер осаждается из раствора и не остается растворенным в жидком растворителе. В другом варианте осуществления осаждение более чистого полимера из жидкого растворителя достигается посредством снижения давления при фиксированной температуре. В другом варианте осуществления осаждение более чистого полимера из жидкого растворителя достигается посредством снижения температуры при фиксированном давлении. В другом варианте осуществления осаждение более чистого полимера из жидкого растворителя достигается посредством повышения температуры при фиксированном давлении. В другом варианте осуществления осаждение более чистого полимера из жидкого растворителя достигается посредством снижения как температуры, так и давления. Растворитель может быть частично или полностью преобразован из жидкой фазы в парообразную посредством управления температурой и давлением. В другом варианте осуществления осажденный полимер отделяется от жидкого растворителя без полного превращения жидкого растворителя в 100% в парообразную фазу посредством управления температурой и давлением растворителя на стадии разделения. Отделение осажденного более чистого полимера осуществляется любым способом разделения жидких фаз или твердой и жидкой фазы. Не имеющими ограничительного характера примерами разделения жидких фаз или твердой и жидкой фазы являются фильтрование, декантация, центрифугирование и осаждение.

В одном варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает отделение полиэтилена от раствора полиэтилен/жидкий растворитель при таких показателях температуры и давления, при которых полиэтилен осаждается из раствора. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/н-бутана при температуре от около 0°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/н-бутана при температуре от около 50°С до около 175°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/н-бутана при температуре от около 100°С до около 160°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/н-бутана при давлении от около 0 фунтов/кв. дюйм изб. (0 МПа) до около 4000 фунтов/кв. дюйм изб. (27,58 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/н-бутана при давлении от около 50 фунтов/кв. дюйм изб. (0,34 МПа) до около 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/н-бутана при давлении от около 75 фунтов/кв. дюйм изб. (0,52 МПа) до около 1000 фунтов/кв. дюйм изб. (6,89 МПа).

В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/пропана при температуре от около -42°С до около 220°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/пропана при температуре от около 0°С до около 150°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/пропана при температуре от около 50°С до около 130°С. В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/пропана при давлении от около 0 фунтов/кв. дюйм изб. (0 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/пропана при давлении от около 50 фунтов/кв. дюйм изб. (0,34 МПа) до около 5000 фунтов/кв. дюйм изб. (34,48 МПа). В другом варианте осуществления способ очистки регенерированного полиэтилена включает в себя отделение полиэтилена от раствора полиэтилена/пропана при давлении от около 75 фунтов/кв. дюйм изб. (0,52 МПа) до около 1000 фунтов/кв. дюйм изб. (6,89 МПа).

Каждый документ, указанный в настоящем описании, включая перекрестные ссылки, или родственный патент, или заявку на патент, включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки, если только не исключен в явной форме или не ограничен иным образом. Упоминание любого документа не является признанием того, что он представляет собой предшествующий уровень техники в отношении любого описанного или заявленного в настоящем документе изобретения или что он сам по себе или в любой комбинации с любой другой ссылкой или ссылками представляет, предлагает или описывает любое такое изобретение. Кроме того, если какое-либо значение или определение термина в этом документе противоречит какому-либо значению или определению этого же термина в документе, включенном в настоящий документ путем ссылки, преимущество имеет значение или определение, закрепленное за этим термином в настоящем документе.

Хотя в настоящем документе показаны и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что допустимы и другие различные изменения, и модификации без отступления от сущности и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все эти изменения и модификации в пределах объема настоящего изобретения.

Предложен способ очистки регенерированного полиэтилена. Способ включает в себя получение регенерированного полиэтилена, приведение его в контакт с первым жидким растворителем с получением экстрагированного регенерированного полиэтилена, а затем растворение экстрагированного регенерированного полиэтилена в растворителе с получением первого раствора, содержащего полиэтилен и суспендированные загрязняющие примеси. Первый раствор осаждают с получением второго раствора, содержащего полиэтилен и оставшиеся загрязняющие примеси. Второй раствор очищают путем приведения второго раствора в контакт с твердыми средами с получением третьего раствора, содержащего более чистый полиэтилен. И наконец, более чистый полиэтилен отделяют от третьего раствора. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки регенерированного полиэтилена, включающий:

a) получение регенерированного полиэтилена, причем указанный регенерированный полиэтилен выбирают из группы, состоящей из полимеров после бытового использования, полимеров после промышленного использования и их комбинаций;

b) приведение регенерированного полиэтилена при температуре от 80 до 220°С и при давлении от 150 фунтов/кв. дюйм изб. (1,03 МПа) до 15000 фунтов/кв. дюйм изб. (103,42 МПа) в контакт с первым жидким растворителем со стандартной температурой кипения менее чем 70°C с получением экстрагированного регенерированного полиэтилена;

c) растворение экстрагированного регенерированного полиэтилена в растворителе, выбранном из группы, состоящей из первого жидкого растворителя, второго жидкого растворителя и их смесей, при температуре от 90 до 220°С и давлении от 350 фунтов/кв. дюйм изб. (2,41 МПа) до 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа) с получением первого раствора, содержащего полиэтилен и суспендированные загрязняющие примеси;

d) осаждение указанного первого раствора, содержащего полиэтилен и суспендированные загрязняющие примеси при температуре от 90 до 220°С и давлении от 350 фунтов/кв. дюйм изб. (2,41 МПа) до 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа) с получением второго раствора, содержащего полиэтилен и оставшиеся загрязняющие примеси;

e) очистку указанного второго раствора полимера при температуре от 90 до 220°С и давлении от 350 фунтов/кв. дюйм изб. (2,41 МПа) до 20000 фунтов/кв. дюйм изб. (137,90 МПа) посредством приведения указанного второго раствора в контакт с твердыми средами с получением третьего раствора, содержащего более чистый полиэтилен; и

f) отделение указанного более чистого полиэтилена от указанного третьего раствора;

при этом указанный второй жидкий растворитель имеет тот же химический состав, что и первый жидкий растворитель, или другой химический состав.

2. Способ по п. 1, в котором указанный полиэтилен отделяют от указанного третьего раствора при температуре от 0 до 220°С и давлении от 0 фунтов/кв. дюйм изб. (0 МПа) до 2000 фунтов/кв. дюйм изб. (13,79 МПа).

3. Способ по п. 1, в котором указанный регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 0,5%.

4. Способ по п. 1, в котором указанный регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 2%.

5. Способ по п. 1, в котором указанный регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации по меньшей мере 5%.

6. Способ по п. 1, в котором указанный регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 20%.

7. Способ по п. 1, в котором указанный регенерированный полиэтилен растворяют в жидком растворителе или в смеси жидких растворителей при массовой процентной концентрации до 12%.

8. Способ по п. 1, в котором регенерированный полиэтилен представляет собой полиэтилен, полученный в результате переработки после бытового использования.

9. Способ по п. 1, в котором указанный полиэтилен представляет собой гомополимер полиэтилена или в основном сополимер полиэтилена.

10. Способ по п. 1, в котором указанный жидкий растворитель имеет стандартную температуру кипения менее 0°С и более -45°С и стандартное изменение энтальпии при испарении менее +25 кДж/моль.

11. Способ по п. 1, в котором указанный жидкий растворитель выбирают из группы, состоящей из олефиновых углеводородов, алифатических углеводородов и их смесей.

12. Способ по п. 11, в котором указанный алифатический углеводород выбирают из группы, состоящей из алифатических углеводородов C₁-C₆ и их смесей.

13. Способ по п. 11, в котором указанные алифатические углеводороды и их смеси состоят в основном из алифатических углеводородов С₄.

14. Способ по п. 1, в котором указанная температура на стадиях приведения в контакт, растворения, осаждения и очистки составляет от 110 до 170°С.

15. Способ по п. 1, в котором указанное давление на стадии приведения в контакт составляет от 1100 фунтов/кв. дюйм изб. (7,58 МПа) до 5500 фунтов/кв. дюйм изб. (37,92 МПа).