ポリエステル廃棄物の再生方法及びその再生装置
【課題】ボトル(bottle)、廃磁気フィルム、オリゴマースラッジなどのポリエステル廃棄物を解重合して、既存の方法に比べて装置を単純化し、エネルギー節減効果を達成することができ、高純度のモノマージメチルテレフタレート(ＤＭＴ)を得ることができる装置およびポリエステル原料化再生方法の提供。
【解決手段】装置はポリエステル廃棄物を解重合し、反応生成物を精留塔３００にて精留する際、分離された気体メタノールを第２反応器２００に移送させるなどを含めたメタノールの再循環と、ＤＭＴの結晶化工程を通じて、工程の効率化及びエネルギー節減効果を達成することができる。
【解決手段】装置はポリエステル廃棄物を解重合し、反応生成物を精留塔３００にて精留する際、分離された気体メタノールを第２反応器２００に移送させるなどを含めたメタノールの再循環と、ＤＭＴの結晶化工程を通じて、工程の効率化及びエネルギー節減効果を達成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエステル廃棄物の再生方法及びその再生装置に関し、ポリエチレンテレフタレート(以下、PET)を主成分とするポリエステル廃棄物(ボトル、磁気フィルム、ビール瓶、オリゴマースラッジなど)からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレート(以下、DMT)とエチレングリコール(以下、EG)に原料化する再生方法及びその再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、プラスチック産業の発達によりプラスチック製品が氾濫するにつれて、廃棄物の処理が大きい環境問題として台頭されている。
【０００３】
プラスチック廃棄物の処理は、埋立、焼却、再活用などの三つの方法が通用されているが、埋立や焼却は、埋立地不足と環境汚染などの問題を引き起こすため、再活用することが好ましい方法といえる。一般に、再活用方法は、物理的再活用と化学的再活用とに大別されるが、まず、物理的再活用方法は、発生されたプラスチック類の廃棄物を物理的方法により回収及び選別した後、再活用する方法である。しかし、前記物理的再活用方法は、処理費用が経済的であるものの、再活用する場合、品質が落ちてしまう問題点を有している。
【０００４】
化学的再活用は、廃プラスチックを解重合(depolymerization)させて、高分子物質を重合原料の単量体状態として回収する方法である。そのような例として、プラスチックの中、廃ポリエチレンテレフタレートの再活用方法があるが、既存の工程は、下記の工程からなる。
【０００５】
廃ポリエステルを、解重合触媒を含むエチレングリコール中に投入して、ビス−ヒドロキシテレフタレート(bis-hydroxyethyl terephthalate, BHET)及びオリゴマーに解重合する解重合工程と、このように部分グリコリシスされた製品をエステル交換反応槽に投入して、エステル交換反応触媒とメタノール(MeOH)中でエステル交換反応して、粗ＤＭＴとＥＧを生成させた後、最終製品のＤＭＴとＥＧに精製して、メタノールは、反応器に再循環させる結晶化及び蒸留工程からなる。
【０００６】
以上の工程の中、エステル交換反応槽に対して、米国登録特許第５，０５１，５２８号では、低圧で過熱されたメタノール気体を使用して、気体としてＤＭＴ、ＥＧ、メタノールが反応器上部に排出されるようにして、このようにすることにより、より一層汚染されたＰＥＴを処理できるようにした。即ち、部分グリコリシスによりＢＨＥＴとオリゴマーが得られて、これを再びメタノリシスしてＤＭＴとＥＧが得られる。しかし、部分グリコリシスによりＢＨＥＴまで解重合されるには、この反応が可逆反応であるため、長い反応時間が必要である。
【０００７】
また、このように得られたＢＨＥＴとオリゴマーは、気体メタノールにより再び解重合されてＤＭＴとＥＧが形成されるが、気（ガス）状で排出されなければならないため、高圧のメタノールが使用できず、反応速度が遅いという短所があった。
【０００８】
ＰＥＴメタノリシスのための数多い方法が特許上に示されている。回分式または連続式条件で運転されているが、連続工程の主要な問題点は、固体ポリエステル廃棄物を高圧で運転されるメタノリシス反応器に供給することが難しいという点である。かかる理由で、メタノリシスは、回分式工程が有する様々な短所にもかかわらず、回分式からなる場合が多い。高圧回分式工程は、メタノール濃度が高く維持されるため、ポリエステル解重合が速く起こるが、時間が経つにつれて、製品として生成されるＤＭＴとＥＧの濃度増加により、反応平衡制限により反応速度が遅くなり、これにより、完全にＤＭＴとＥＧに解重合できず、約１５％程度は、オリゴマー形態として残ってしまうと知られている。
【０００９】
その反面、低圧連続式解重合工程は、反応器上部にＤＭＴとＥＧが除去されるため、反応平衡による制限を受けないが、低圧であるため、反応液中にメタノール濃度が低く維持されて、反応速度が遅いという短所がある。
【００１０】
それで、本出願人が先出願した大韓民国特許第０８３７７８１号では、グリコリシス反応とメタノリシス反応を一つの反応器で同時に起こるようにして、ポリエステル溶解槽、グリコリシス反応器、メタノリシス反応器の役割を一つの高圧反応器が行うようにする方法を開示した。前記方法は、反応速度を画期的に増進させて、反応効率の増大による原料メタノール使用量の減少効果を得ることができた。
【００１１】
しかしながら、後続工程のメタノリシス反応器では、原料のメタノールをメタノール貯蔵槽から高圧ポンプにより注入して、また気化器により気化するなど、工程上で複雑な装置及びエネルギー消耗の大きい工程を行うしかなかった。
【００１２】
したがって、前記工程は、回収塔内で分離されたメタノールを液化して、メタノール貯蔵槽に貯蔵し、これを再び気化器を通じて気化させてメタノリシス反応器に投入することにより、液化及び気化を繰り返すため、装置が複雑で、相対的に多いエネルギーが消耗される短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような問題点を解決するために、本発明の目的は、ボトル(bottle)、廃磁気フィルム、オリゴマースラッジなどのポリエステル廃棄物を解重合して、既存の方法に比べて装置を単純化し、エネルギー節減効果を達成することができて、高純度のモノマーＤＭＴを得ることができる工程を提供することにある。
【００１４】
より具体的に、本発明は、第一、第２反応器２００のメタノリシス反応器で反応した生成物からメタノールを精留塔３００で分離して、凝縮や再気化無しに第２反応器１００に再循環するようにすることにより、循環されるメタノールが気化と液化を繰り返すことによる莫大なエネルギー消耗を大幅節減して、装置の単純化を得ることに目的がある。
【００１５】
第二、第２反応器２００の上端に排出されるガス状の反応生成物を精留塔３００の下端部にある液だまり（liquid pool）とティッピング(dipping)などの方法により直接接触するようにすることにより、ＤＭＴとＥＧを直接的に液化させて、溶液内のメタノールのみを気化させるようにする工程を採択することにより、純度の高いメタノールを第２反応器２００に再循環してメタノリシス反応に使用することに目的がある。
【００１６】
第三、第２反応器２００の上端に排出されるガス状の反応生成物から分離されたメタノールと、メタノール貯蔵槽３０から投入される原料メタノールを混合して、第２反応器２００に再循環させることにおいて、メタノールの投入量を調節できるようにすることに目的がある。
【００１７】
第四、第２反応器２００に供給されるメタノールは、精留塔３００の上端で分離されるメタノールにより供給されるため、既存の原料メタノール気化器、加熱器及び高圧ポンプが特に必要なく、精留塔がその役割を果たすようにすることにその目的がある。
【００１８】
第五、本発明は、精留塔３００の下端部の温度を制御してメタノールのみを気化させ、後続結晶化が容易に進行されるようにして、第六、精留塔３００の上部に排出されるメタノール量が過量である場合、一部は、逆圧調節器３１を利用してメタノール貯蔵槽に貯蔵できるように、反応及び精留条件を自由に調節して、生産性を向上させることに本発明の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、ポリエステル廃棄物の再生方法及びその再生装置に関し、以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２０】
本発明で使用される技術用語は、特に定義がなければ、この発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明において、本発明の要旨を曖昧にするような公知機能及び構成に対する説明は省く。
【００２１】
図１は、ポリエステル廃棄物から原料物質のＤＭＴとＥＧを製造するポリエステル原料化再生装置の全体工程概略図であって、本考案の構成は、原料投入器１０と、前記原料投入器１０から供給される原料を利用して、グリコリシス反応とメタノリシス反応が一つの反応器で起こる第１反応器１００と、前記第１反応器１００の生成物をメタノリシス反応させる第２反応器２００と、前記第２反応器２００の上端に排出される気体からメタノールを分離し、ガス状で第２反応器２００に再循環させる精留塔３００と、前記精留塔３００にメタノールを供給するためのメタノール貯蔵槽３０とを含む。
【００２２】
より具体的に、各構成について説明する。
【００２３】
本発明の原料投入器１０は、原料供給装置として押出器(extruder)、スクリューフィーダー(screw feeder)またはエアーロックバルブ(air lock valve)などが使用できるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
本発明の第１反応器１００は、グリコリシスとメタノリシス反応が同時に起こるグリコリシス/メタノリシス反応器であって、ＤＭＴ及びオリゴマーなどが生成されるようにして、溶解槽が別に要らなく、解重合速度を画期的に増大させることができる。
【００２５】
前記第２反応器２００は、第１反応器１００から移送された反応物を、第２反応器の下端部の気泡分散器９０から供給されるメタノールでメタノリシスさせて解重合反応を完了すると同時に、ガス状の反応生成物を排出することにより、不純物を非常に多く含んだポリエステル廃棄物も処理できる特徴がある。
【００２６】
また、本発明の精留塔３００は、第２反応器２００の生成物を精留塔の下端部の液体と直接接触させて、メタノールのみを気化させて分離する役割をして、分離されたメタノールと、メタノール貯蔵槽３０から精留塔の上端部に供給されて気化された原料メタノールの混合物を第２反応器に再循環させる役割もする。
【００２７】
また、前記精留塔３０にメタノール供給のためのメタノール貯蔵槽３０は、運転開始時、第１反応器１００にメタノールを供給する役割もする。
【００２８】
本発明のポリエステル原料化再生装置は、前記分離されたメタノールの一部をメタノール貯蔵槽３０に貯蔵するための逆圧調節器３１と、前記精留塔３００の液体からジメチルテレフタレートを結晶化する結晶化槽４００と、前記結晶化されたジメチルテレフタレートを分離する固液分離器５００と、前記固液分離器５００と連結されて、分離されたエチレングリコールリッチなメタノール液から、上端部ではメタノールを分離してメタノール貯蔵槽３０に貯蔵して、下端部ではオリゴマーを分離して第１反応器１００に再循環させる蒸留塔６００とをさらに含むことができる。
【００２９】
また、本発明において、前記原料投入器１０と第１反応器１００との間に、前記原料投入器から供給される原料の重量を測って、反応器に供給されるようにするスクラップ中間貯蔵槽がさらに設けられる。
【００３０】
また、前記第２反応器２００に移送をする移送管７０ａには、内部の液位を感知するセンサー(図示せず)がさらに備えられて、前記第２反応器２００内部のセンサーで反応器内の液位高さを感知して、液位が低くなる場合、自動にバルブ８０ａが開閉されるようにすることができる。
【００３１】
前記第２反応器２００と精留塔の圧力は、精留塔３００上部で回収されるメタノールの一部流出量調節のための逆圧調節器(back pressure regulator, BPR)３１またはその他の圧力調節バルブを利用して調節することができる。
【００３２】
また、精留塔３００上部に排出されるメタノール量が過量である場合、一部のメタノールがメタノール貯蔵槽３０に回収されるためには、メタノール貯蔵槽３０の上部に、メタノールを凝縮させるための凝縮器４０をさらに備えることが好ましい。
【００３３】
さらに、本発明は、ＰＥＴを部分グリコリシスとメタノリシス反応及び精製過程を経て、ポリエステル原料物質のＤＭＴ(Dimethyl Terephthalate)とＥＧ(Ethylene Glycol)に原料化する反応工程を提供する。
【００３４】
具体的に、本発明は、ポリエステル廃棄物からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産するためのポリエステル原料化再生方法において、第１反応器１００に原料を投入し、一定量のエチレングリコールと解重合触媒を混合して注入した後、メタノールを供給し続けながら反応器圧を増加させて解重合する段階と、前記解重合反応が完了すると、第２反応器２００と連結された移送管７０ａの移送バルブ８０ａを開けて、第１反応器１００から反応物が移送されるようにする段階と、前記第２反応器２００で生成されたガス状の反応生成物を精留塔３００に移送させて、塔の上端部では純粋なメタノールを分離し、塔の下端部では、その他のメタノール、ジメチルテレフタレート及びエチレングリコールを液化させる段階と、前記精留塔３００の上端部で分離されるメタノールは、第２反応器２００に再循環させて、一部のメタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵する段階と、前記精留塔３００の下部から出る液体を結晶化槽４００に移送して、ジメチルテレフタレートを結晶化させる段階と、前記結晶化槽４００の下部から出る生成物を固液分離器５００に移送して、ジメチルテレフタレート結晶とエチレングリコールリッチなメタノール液を分離する段階と、前記エチレングリコールリッチなメタノール液を蒸留塔６００に移送して、エチレングリコール、オリゴマー、メタノールに分離し、メタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵して、オリゴマーは、再び第１反応器１００に再循環させる段階とを含む。
【００３５】
前記第１反応器１００と第２反応器２００は、移送管７０ａが連結されて、圧力差により反応物が移送されるようにして、より具体的は、前記第２反応器２００の液位が低くなると、自動的に移送管７０ａの移送バルブ８０ａが開いて、第１反応器１００で圧力差により反応物が移送されることを特徴とする。
【００３６】
また、前記第１反応器１００の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜５０ｂａｒの圧力で運転して、前記第２反応器２００の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜１０ｂａｒの圧力で運転して、圧力差により反応物が自動的に移送できるようにする。
【００３７】
また、前記蒸留塔６００で分離されたエチレングリコールは、第１反応器１００に投入可能な原料として利用できる。
【００３８】
より具体的に説明すると、本発明の工程に使用される原料は、ポリエステル廃棄物であって、押出器(extruder)、スクリューフィーダー(screw feeder)またはエアーロックバルブ(air lock valve)などの原料投入器１０により第１反応器１００に供給される。供給されるポリエステル廃棄物は、適正な大きさのパウダーからフレーク(flake)まで、固体またはメルト(melt)形態として供給できる。この第１反応器１００は、連続的に、半連続的に、または回分式で運転でき、これを利用して、分子量の大きいポリエステルを、グリコリシス反応によりＢＨＥＴ、ＭＨＥＴまたはオリゴマーに分子量を大きく減らすことができる。
【００３９】
また、メタノリシス反応が並行されるため、相当な量のＤＭＴが第１反応器１００で生成される。この過程でメタノリシスにより生成されたＥＧは、グリコリシスに再び使用できるため、二つの反応は、互いに相乗効果を示す。また、このように生成されたＥＧは、新しく供給されるＰＥＴ原料物質を溶解するに使用されて、グリコリシスに必要なＥＧ供給量を大きく減らすか、供給しなくてもよいようにする。
【００４０】
前記第１反応器１００に触媒とオリゴマーなどを含むエチレングリコールが供給されると、グリコリシスとメタノリシス反応が同時に起こり、ポリエステル廃棄物を大幅減少させて、後続工程の第２反応器２００でジメチルテレフタレート及びエチレングリコールへの転換が容易で且つ速く起こるようにする。第１反応器１００の圧力調節は、メタノール貯蔵槽３０から移送管１２０ｂを通じて第１反応器１００に供給されるメタノール供給量を調節してなされる。
【００４１】
前記第１反応器１００と第２反応器２００は、移送管７０ａが連結されて、圧力差により反応物が移送されるようにすることを特徴とし、さらに詳細には、第２反応器２００の液位が低くなると、自動的に移送管７０ａの移送バルブ８０ａが開いて、第１反応器１００から圧力差により反応物が移送されて供給されるようにすることができる。
【００４２】
本発明の第２反応器２００は、反応器の下端部で気泡分散器９０を通じてメタノールが供給される。下端部から供給されたメタノールと第１反応器１００から移送された反応物は、直接接触しつつメタノリシス反応が起こり、第２反応器２００の上端部にガス状の反応生成物が排出される。この過程でメタノールは、反応物質であると同時に、反応生成物を一緒に排出させる役割をする。
【００４３】
前記第２反応器２００で生成された反応生成物は、移送管７０ｂの移送バルブ８０ｂが開いて精留塔３００に移送されて、精留塔３０の下端部にある液体、即ち、ＤＭＴ、ＥＧ、メタノール溶液と調節接触して、塔の上部にはメタノールのみを分離することができて、塔の下部ではメタノール、ＤＭＴ及びＥＧを液化して後続結晶化工程を有利にする。前記メタノール分離は、塔の上部に原料メタノールを供給して還流させながら、下降する液体流れと上昇するメタノール気体流れが段塔(tray)または充填物(packing)で接触するようになって、分離が起こる。前記工程によりメタノール及び他の生成物の分離効率を高めることができる。
【００４４】
前記精留塔３００の上部にメタノールが回収されると、その大部分が循環圧縮機６１またはブロワー(blower)を通じて第２反応器２００の低圧連続式メタノリシス反応器に再循環される。
【００４５】
前記第２反応器２００と精留塔の圧力は、精留塔３００上部で回収されるメタノールの一部流出量調節のための逆圧調節器(back pressure regulator, BPR)３１またはその他の圧力調節バルブを利用して調節することができる。また、前記精留塔３００の上部に排出されるメタノール量が過量である場合は、逆圧調節器３１により一部のメタノールをメタノール貯蔵槽３０に貯蔵することができる。
【００４６】
したがって、本発明は、メタノール貯蔵槽３０から供給される原料メタノールを気化して解重合反応器に供給する既存の工程に比べ、多いエネルギーを低減することができる。また、精留塔３００の上部にメタノールが回収されるにつれて、精留塔の下部には、ＤＭＴ及びＥＧが濃縮されて、後続結晶化作業を容易にする。
【００４７】
前記精留塔３００から出るＤＭＴ及びＥＧは、結晶化槽４００に移送されて結晶化作業を経るが、前記結晶化作業は、常圧でなされて、濃縮あるいは冷却によりＤＭＴを結晶化して、結晶化槽４００の下部に設けられた固液分離器に移送されて、遠心分離器またはフィルターなどを使用してＤＭＴ結晶とＥＧリッチなメタノール液に分離することができる。前記工程を通じて得られたＤＭＴは、従来方法に比べて回収率が非常に高く、高純度として得ることができる利点がある。
【００４８】
前記エチレングリコール(EG)リッチなメタノール液は、エチレングリコール及びメタノールを過量含有した液体であって、少量のオリゴマーも含まれている。
【００４９】
次いで、ＥＧリッチなメタノール液は、蒸留塔６００に移送されて、後続分離工程を経てＥＧ、オリゴマー及びメタノールに分離されて、この際、前記蒸留塔６００は、連続式または回分式で運転できる。前記蒸留塔６００で分離されたメタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵されて、オリゴマーは、移送管１３０を通じて第１反応器１００に再循環されるようにして、ＥＧは、ＥＧ貯蔵槽に貯蔵されて、ポリエステル原料化再生方法に再使用できる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明では、メタノリシス生成物を精留塔３００の下端部にある液体と直接接触させてＤＭＴとＥＧを液化させて、原料メタノールを精留塔３００の上部に注入して還流(reflux)させることにより、メタノールを気体状態として塔の上部で分離することができる。また、回収されたメタノール気体は、循環圧縮機６１またはブロワーを通じて第２反応器２００に再循環されつつ、第２反応器２００の下端部の気泡分散器９０を通じて反応器内のポリエステル溶液と直接接触し、メタノリシス反応が起こるようにして、前記工程により、既存のメタノール循環において気化及び液化の繰り返しによるエネルギー費用を画期的に節減することができる。それだけではなく、このためのメタノール気化器、加熱器、高圧ポンプなどを使用せずに済むため、装置の単純化及び装置費の大幅的な節減を達成することができる。また、第２反応器２００と精留塔３００の圧力は、精留塔３００上部の気体流出量を調節することにより、反応及び精留条件を自由に調節可能であって、精留塔３００下部の結晶化槽４００及び高液分離器５００の導入により、単量体回収率が高くて、高純度のモノマーＤＭＴを得るに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のポリエステル廃棄物原料化装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図１を通じて本発明をより詳細に説明するが、これは、発明の構成及び効果を理解させるためのもので、本発明の範囲を制限するものではない。
【００５３】
本発明のポリエステル原料化再生装置及びその再生方法を説明すると、以下のようである。
【００５４】
まず、廃ポリエステル原料を原料投入器１０に入れて、第１反応器１００に投入する。この際、供給装置である原料投入器１０として、押出器(extruder)、スクリューフィーダー(screw feeder)またはエアーロックバルブ(air lock valve)などが使用できるが、これらに限定されるものではない。供給されるポリエステル廃棄物は、適正な大きさのパウダーからフレーク(flake)まで、固体またはメルト(melt)形態として供給できる。この第１反応器１００は、連続的に、半連続的に、または回分式で運転できる。一定量のエチレングリコールとメタノールを第１反応器１００に注入して解重合反応が起こるようにして、必要に応じて、蒸留塔６００で分離されたオリゴマーを第１反応器１００に投入して反応に参与させることができる。反応器の温度を所望の温度まで上昇させた後、メタノール貯蔵槽３０から移送管１２０ｂを通じて第１反応器１００に原料メタノールを供給し、所望の反応器圧に到達するようにする。この際、反応器圧が一定に維持されるように持続的にメタノールを供給する。この高圧の第１反応器１００でグリコリシス反応とメタノリシス反応が同時に起こることにより、分子量が大きく減少して、ポリエステル廃棄物は、ＤＭＴ及びオリゴマー溶液状態となる。
【００５５】
低圧の連続式第２反応器２００では、移送管７０ａと移送バルブ８０ａにより第１反応器１００から移送された反応物を、第２反応器２００下部の気泡分散器９０から投入されるメタノールと反応させ、メタノリシス反応が起こるようにする。反応生成物は、反応器上部に連結された移送管７０ｂと移送バルブ８０ｂによりガス状の反応生成物が排出される。これにより、第２反応器２００の液位が低くなると、第１反応器１００から一定量の反応物が移送されるようにする。この際、前記移送は、圧力差により自動的になされて、第２反応器２００内部の移送管７０ａの下部にはセンサー(図示せず)が備えられて、反応液の高さを感知するようにすることが好ましく、前記センサーは、移送管のバルブ８０ａと連結されて、センサーによりバルブが自動に作動するようにすることも可能である。
【００５６】
前記第２反応器２００に反応物を渡した第１反応器１００は、回分式で運転する場合、再び固体ポリエステル廃棄物が投入されて、オリゴマー及びエチレングリコール溶液とメタノールが第１反応器１００に供給されて、上述の過程を繰り返して新しい回分式反応を始める。
【００５７】
即ち、第１反応器１００で高圧反応を通じてポリエステル廃棄物をＤＭＴ及びオリゴマーに変換させて、第２反応器２００では、メタノリシスにより連続的にＤＭＴ、ＥＧ、オリゴマー、メタノールなどをガスとして排出する。この際、第２反応器２００の液位が低くなると、第１反応器１００の反応物を再び第２反応器２００に移送して、所望の液位になるようにして、第１反応器１００は、新しい回分を始める。
【００５８】
一方、第２反応器２００で排出されたガス状の反応生成物は、移送管７０ｂにより精留塔３００に移送されて、精留塔３００の下端部にある液体と直接接触させてＤＭＴとＥＧを液化させて、メタノールは気化されるようにする。このような直接接触によりメタノール及び他の生成物を分離することにより、たくさんのエネルギーを節減することができる。
【００５９】
また、原料メタノールを精留塔３００上部に注入して還流(reflux)させて、この液体流れと反応生成物の気体流れを段塔または充填物などで接触させて、塔の上部にメタノールのみを分離する。分離されたメタノール気体は、精留塔３００上部の循環圧縮機６１またはブロワーを利用して第２反応器２００に注入される。その後、気泡分散器９０を通じてメタノールが第２反応器２００内のポリエステル溶液と接触し、メタノリシス反応が起こるようにする。
【００６０】
また、精留塔３００上部で排出されるメタノールが過量排出される場合、メタノール気体の一部を逆圧調節器３１またはその他の圧力調節バルブを利用してメタノール貯蔵槽３０に貯蔵するようにして、第２反応器２００に投入されるメタノールの量を調節する。
【００６１】
一方、第２反応器２００に投入されるメタノールの量を増加させる場合は、メタノール貯蔵槽３０のメタノールを精留塔３００の上端部にさらに多く投入して気化させて、第２反応器２００に投入することができる。前記精留塔３００下部のＤＭＴ濃度は、メタノール貯蔵槽３０から移送管１２０ａを通じて精留塔３００上部に供給される原料メタノール注入量(還流量)を調節して、塔の下部の温度を合わせて調節し、精留塔３００下部の加熱量は、メタノール気体の循環流速に鑑みて決定する。
【００６２】
前記精留塔３００の下端部で液化されたＤＭＴとＥＧは、結晶化槽４００に移送されて、常圧で冷却によりＤＭＴを結晶化して、結晶化槽４００の次に設置された固液分離器５００でＤＭＴとＥＧリッチなメタノール液を分離する。次いで、ＥＧリッチなメタノール液は、蒸留塔６００に移送されてＥＧ、メタノール、一部オリゴマーに分離されて、メタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵し、ＥＧは、回収して、第１反応器１００に投入可能な原料として使用する。また、蒸留塔６００の下端部から一部得られるオリゴマーも、第１反応器１００に投入して、再び解重合されるようにする。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 原料投入器
３０ メタノール貯蔵槽
３１ 逆圧調節器
６１ 循環圧縮器
９０ 気泡分散器
１００ 第１反応器
２００ 第２反応器
３００ 精留塔
４００ 結晶化槽
５００ 固液分離器
６００ 蒸留塔
７０ａ、７０ｂ、１１０ａ、１２０ａ、１２０ｂ、１３０ 移送管
８０ａ、８０ｂ 移送バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエステル廃棄物の再生方法及びその再生装置に関し、ポリエチレンテレフタレート(以下、PET)を主成分とするポリエステル廃棄物(ボトル、磁気フィルム、ビール瓶、オリゴマースラッジなど)からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレート(以下、DMT)とエチレングリコール(以下、EG)に原料化する再生方法及びその再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、プラスチック産業の発達によりプラスチック製品が氾濫するにつれて、廃棄物の処理が大きい環境問題として台頭されている。
【０００３】
プラスチック廃棄物の処理は、埋立、焼却、再活用などの三つの方法が通用されているが、埋立や焼却は、埋立地不足と環境汚染などの問題を引き起こすため、再活用することが好ましい方法といえる。一般に、再活用方法は、物理的再活用と化学的再活用とに大別されるが、まず、物理的再活用方法は、発生されたプラスチック類の廃棄物を物理的方法により回収及び選別した後、再活用する方法である。しかし、前記物理的再活用方法は、処理費用が経済的であるものの、再活用する場合、品質が落ちてしまう問題点を有している。
【０００４】
化学的再活用は、廃プラスチックを解重合(depolymerization)させて、高分子物質を重合原料の単量体状態として回収する方法である。そのような例として、プラスチックの中、廃ポリエチレンテレフタレートの再活用方法があるが、既存の工程は、下記の工程からなる。
【０００５】
廃ポリエステルを、解重合触媒を含むエチレングリコール中に投入して、ビス−ヒドロキシテレフタレート(bis-hydroxyethyl terephthalate, BHET)及びオリゴマーに解重合する解重合工程と、このように部分グリコリシスされた製品をエステル交換反応槽に投入して、エステル交換反応触媒とメタノール(MeOH)中でエステル交換反応して、粗ＤＭＴとＥＧを生成させた後、最終製品のＤＭＴとＥＧに精製して、メタノールは、反応器に再循環させる結晶化及び蒸留工程からなる。
【０００６】
以上の工程の中、エステル交換反応槽に対して、米国登録特許第５，０５１，５２８号では、低圧で過熱されたメタノール気体を使用して、気体としてＤＭＴ、ＥＧ、メタノールが反応器上部に排出されるようにして、このようにすることにより、より一層汚染されたＰＥＴを処理できるようにした。即ち、部分グリコリシスによりＢＨＥＴとオリゴマーが得られて、これを再びメタノリシスしてＤＭＴとＥＧが得られる。しかし、部分グリコリシスによりＢＨＥＴまで解重合されるには、この反応が可逆反応であるため、長い反応時間が必要である。
【０００７】
また、このように得られたＢＨＥＴとオリゴマーは、気体メタノールにより再び解重合されてＤＭＴとＥＧが形成されるが、気（ガス）状で排出されなければならないため、高圧のメタノールが使用できず、反応速度が遅いという短所があった。
【０００８】
ＰＥＴメタノリシスのための数多い方法が特許上に示されている。回分式または連続式条件で運転されているが、連続工程の主要な問題点は、固体ポリエステル廃棄物を高圧で運転されるメタノリシス反応器に供給することが難しいという点である。かかる理由で、メタノリシスは、回分式工程が有する様々な短所にもかかわらず、回分式からなる場合が多い。高圧回分式工程は、メタノール濃度が高く維持されるため、ポリエステル解重合が速く起こるが、時間が経つにつれて、製品として生成されるＤＭＴとＥＧの濃度増加により、反応平衡制限により反応速度が遅くなり、これにより、完全にＤＭＴとＥＧに解重合できず、約１５％程度は、オリゴマー形態として残ってしまうと知られている。
【０００９】
その反面、低圧連続式解重合工程は、反応器上部にＤＭＴとＥＧが除去されるため、反応平衡による制限を受けないが、低圧であるため、反応液中にメタノール濃度が低く維持されて、反応速度が遅いという短所がある。
【００１０】
それで、本出願人が先出願した大韓民国特許第０８３７７８１号では、グリコリシス反応とメタノリシス反応を一つの反応器で同時に起こるようにして、ポリエステル溶解槽、グリコリシス反応器、メタノリシス反応器の役割を一つの高圧反応器が行うようにする方法を開示した。前記方法は、反応速度を画期的に増進させて、反応効率の増大による原料メタノール使用量の減少効果を得ることができた。
【００１１】
しかしながら、後続工程のメタノリシス反応器では、原料のメタノールをメタノール貯蔵槽から高圧ポンプにより注入して、また気化器により気化するなど、工程上で複雑な装置及びエネルギー消耗の大きい工程を行うしかなかった。
【００１２】
したがって、前記工程は、回収塔内で分離されたメタノールを液化して、メタノール貯蔵槽に貯蔵し、これを再び気化器を通じて気化させてメタノリシス反応器に投入することにより、液化及び気化を繰り返すため、装置が複雑で、相対的に多いエネルギーが消耗される短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような問題点を解決するために、本発明の目的は、ボトル(bottle)、廃磁気フィルム、オリゴマースラッジなどのポリエステル廃棄物を解重合して、既存の方法に比べて装置を単純化し、エネルギー節減効果を達成することができて、高純度のモノマーＤＭＴを得ることができる工程を提供することにある。
【００１４】
より具体的に、本発明は、第一、第２反応器２００のメタノリシス反応器で反応した生成物からメタノールを精留塔３００で分離して、凝縮や再気化無しに第２反応器１００に再循環するようにすることにより、循環されるメタノールが気化と液化を繰り返すことによる莫大なエネルギー消耗を大幅節減して、装置の単純化を得ることに目的がある。
【００１５】
第二、第２反応器２００の上端に排出されるガス状の反応生成物を精留塔３００の下端部にある液だまり（liquid pool）とティッピング(dipping)などの方法により直接接触するようにすることにより、ＤＭＴとＥＧを直接的に液化させて、溶液内のメタノールのみを気化させるようにする工程を採択することにより、純度の高いメタノールを第２反応器２００に再循環してメタノリシス反応に使用することに目的がある。
【００１６】
第三、第２反応器２００の上端に排出されるガス状の反応生成物から分離されたメタノールと、メタノール貯蔵槽３０から投入される原料メタノールを混合して、第２反応器２００に再循環させることにおいて、メタノールの投入量を調節できるようにすることに目的がある。
【００１７】
第四、第２反応器２００に供給されるメタノールは、精留塔３００の上端で分離されるメタノールにより供給されるため、既存の原料メタノール気化器、加熱器及び高圧ポンプが特に必要なく、精留塔がその役割を果たすようにすることにその目的がある。
【００１８】
第五、本発明は、精留塔３００の下端部の温度を制御してメタノールのみを気化させ、後続結晶化が容易に進行されるようにして、第六、精留塔３００の上部に排出されるメタノール量が過量である場合、一部は、逆圧調節器３１を利用してメタノール貯蔵槽に貯蔵できるように、反応及び精留条件を自由に調節して、生産性を向上させることに本発明の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、ポリエステル廃棄物の再生方法及びその再生装置に関し、以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２０】
本発明で使用される技術用語は、特に定義がなければ、この発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明において、本発明の要旨を曖昧にするような公知機能及び構成に対する説明は省く。
【００２１】
図１は、ポリエステル廃棄物から原料物質のＤＭＴとＥＧを製造するポリエステル原料化再生装置の全体工程概略図であって、本考案の構成は、原料投入器１０と、前記原料投入器１０から供給される原料を利用して、グリコリシス反応とメタノリシス反応が一つの反応器で起こる第１反応器１００と、前記第１反応器１００の生成物をメタノリシス反応させる第２反応器２００と、前記第２反応器２００の上端に排出される気体からメタノールを分離し、ガス状で第２反応器２００に再循環させる精留塔３００と、前記精留塔３００にメタノールを供給するためのメタノール貯蔵槽３０とを含む。
【００２２】
より具体的に、各構成について説明する。
【００２３】
本発明の原料投入器１０は、原料供給装置として押出器(extruder)、スクリューフィーダー(screw feeder)またはエアーロックバルブ(air lock valve)などが使用できるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
本発明の第１反応器１００は、グリコリシスとメタノリシス反応が同時に起こるグリコリシス/メタノリシス反応器であって、ＤＭＴ及びオリゴマーなどが生成されるようにして、溶解槽が別に要らなく、解重合速度を画期的に増大させることができる。
【００２５】
前記第２反応器２００は、第１反応器１００から移送された反応物を、第２反応器の下端部の気泡分散器９０から供給されるメタノールでメタノリシスさせて解重合反応を完了すると同時に、ガス状の反応生成物を排出することにより、不純物を非常に多く含んだポリエステル廃棄物も処理できる特徴がある。
【００２６】
また、本発明の精留塔３００は、第２反応器２００の生成物を精留塔の下端部の液体と直接接触させて、メタノールのみを気化させて分離する役割をして、分離されたメタノールと、メタノール貯蔵槽３０から精留塔の上端部に供給されて気化された原料メタノールの混合物を第２反応器に再循環させる役割もする。
【００２７】
また、前記精留塔３０にメタノール供給のためのメタノール貯蔵槽３０は、運転開始時、第１反応器１００にメタノールを供給する役割もする。
【００２８】
本発明のポリエステル原料化再生装置は、前記分離されたメタノールの一部をメタノール貯蔵槽３０に貯蔵するための逆圧調節器３１と、前記精留塔３００の液体からジメチルテレフタレートを結晶化する結晶化槽４００と、前記結晶化されたジメチルテレフタレートを分離する固液分離器５００と、前記固液分離器５００と連結されて、分離されたエチレングリコールリッチなメタノール液から、上端部ではメタノールを分離してメタノール貯蔵槽３０に貯蔵して、下端部ではオリゴマーを分離して第１反応器１００に再循環させる蒸留塔６００とをさらに含むことができる。
【００２９】
また、本発明において、前記原料投入器１０と第１反応器１００との間に、前記原料投入器から供給される原料の重量を測って、反応器に供給されるようにするスクラップ中間貯蔵槽がさらに設けられる。
【００３０】
また、前記第２反応器２００に移送をする移送管７０ａには、内部の液位を感知するセンサー(図示せず)がさらに備えられて、前記第２反応器２００内部のセンサーで反応器内の液位高さを感知して、液位が低くなる場合、自動にバルブ８０ａが開閉されるようにすることができる。
【００３１】
前記第２反応器２００と精留塔の圧力は、精留塔３００上部で回収されるメタノールの一部流出量調節のための逆圧調節器(back pressure regulator, BPR)３１またはその他の圧力調節バルブを利用して調節することができる。
【００３２】
また、精留塔３００上部に排出されるメタノール量が過量である場合、一部のメタノールがメタノール貯蔵槽３０に回収されるためには、メタノール貯蔵槽３０の上部に、メタノールを凝縮させるための凝縮器４０をさらに備えることが好ましい。
【００３３】
さらに、本発明は、ＰＥＴを部分グリコリシスとメタノリシス反応及び精製過程を経て、ポリエステル原料物質のＤＭＴ(Dimethyl Terephthalate)とＥＧ(Ethylene Glycol)に原料化する反応工程を提供する。
【００３４】
具体的に、本発明は、ポリエステル廃棄物からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産するためのポリエステル原料化再生方法において、第１反応器１００に原料を投入し、一定量のエチレングリコールと解重合触媒を混合して注入した後、メタノールを供給し続けながら反応器圧を増加させて解重合する段階と、前記解重合反応が完了すると、第２反応器２００と連結された移送管７０ａの移送バルブ８０ａを開けて、第１反応器１００から反応物が移送されるようにする段階と、前記第２反応器２００で生成されたガス状の反応生成物を精留塔３００に移送させて、塔の上端部では純粋なメタノールを分離し、塔の下端部では、その他のメタノール、ジメチルテレフタレート及びエチレングリコールを液化させる段階と、前記精留塔３００の上端部で分離されるメタノールは、第２反応器２００に再循環させて、一部のメタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵する段階と、前記精留塔３００の下部から出る液体を結晶化槽４００に移送して、ジメチルテレフタレートを結晶化させる段階と、前記結晶化槽４００の下部から出る生成物を固液分離器５００に移送して、ジメチルテレフタレート結晶とエチレングリコールリッチなメタノール液を分離する段階と、前記エチレングリコールリッチなメタノール液を蒸留塔６００に移送して、エチレングリコール、オリゴマー、メタノールに分離し、メタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵して、オリゴマーは、再び第１反応器１００に再循環させる段階とを含む。
【００３５】
前記第１反応器１００と第２反応器２００は、移送管７０ａが連結されて、圧力差により反応物が移送されるようにして、より具体的は、前記第２反応器２００の液位が低くなると、自動的に移送管７０ａの移送バルブ８０ａが開いて、第１反応器１００で圧力差により反応物が移送されることを特徴とする。
【００３６】
また、前記第１反応器１００の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜５０ｂａｒの圧力で運転して、前記第２反応器２００の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜１０ｂａｒの圧力で運転して、圧力差により反応物が自動的に移送できるようにする。
【００３７】
また、前記蒸留塔６００で分離されたエチレングリコールは、第１反応器１００に投入可能な原料として利用できる。
【００３８】
より具体的に説明すると、本発明の工程に使用される原料は、ポリエステル廃棄物であって、押出器(extruder)、スクリューフィーダー(screw feeder)またはエアーロックバルブ(air lock valve)などの原料投入器１０により第１反応器１００に供給される。供給されるポリエステル廃棄物は、適正な大きさのパウダーからフレーク(flake)まで、固体またはメルト(melt)形態として供給できる。この第１反応器１００は、連続的に、半連続的に、または回分式で運転でき、これを利用して、分子量の大きいポリエステルを、グリコリシス反応によりＢＨＥＴ、ＭＨＥＴまたはオリゴマーに分子量を大きく減らすことができる。
【００３９】
また、メタノリシス反応が並行されるため、相当な量のＤＭＴが第１反応器１００で生成される。この過程でメタノリシスにより生成されたＥＧは、グリコリシスに再び使用できるため、二つの反応は、互いに相乗効果を示す。また、このように生成されたＥＧは、新しく供給されるＰＥＴ原料物質を溶解するに使用されて、グリコリシスに必要なＥＧ供給量を大きく減らすか、供給しなくてもよいようにする。
【００４０】
前記第１反応器１００に触媒とオリゴマーなどを含むエチレングリコールが供給されると、グリコリシスとメタノリシス反応が同時に起こり、ポリエステル廃棄物を大幅減少させて、後続工程の第２反応器２００でジメチルテレフタレート及びエチレングリコールへの転換が容易で且つ速く起こるようにする。第１反応器１００の圧力調節は、メタノール貯蔵槽３０から移送管１２０ｂを通じて第１反応器１００に供給されるメタノール供給量を調節してなされる。
【００４１】
前記第１反応器１００と第２反応器２００は、移送管７０ａが連結されて、圧力差により反応物が移送されるようにすることを特徴とし、さらに詳細には、第２反応器２００の液位が低くなると、自動的に移送管７０ａの移送バルブ８０ａが開いて、第１反応器１００から圧力差により反応物が移送されて供給されるようにすることができる。
【００４２】
本発明の第２反応器２００は、反応器の下端部で気泡分散器９０を通じてメタノールが供給される。下端部から供給されたメタノールと第１反応器１００から移送された反応物は、直接接触しつつメタノリシス反応が起こり、第２反応器２００の上端部にガス状の反応生成物が排出される。この過程でメタノールは、反応物質であると同時に、反応生成物を一緒に排出させる役割をする。
【００４３】
前記第２反応器２００で生成された反応生成物は、移送管７０ｂの移送バルブ８０ｂが開いて精留塔３００に移送されて、精留塔３０の下端部にある液体、即ち、ＤＭＴ、ＥＧ、メタノール溶液と調節接触して、塔の上部にはメタノールのみを分離することができて、塔の下部ではメタノール、ＤＭＴ及びＥＧを液化して後続結晶化工程を有利にする。前記メタノール分離は、塔の上部に原料メタノールを供給して還流させながら、下降する液体流れと上昇するメタノール気体流れが段塔(tray)または充填物(packing)で接触するようになって、分離が起こる。前記工程によりメタノール及び他の生成物の分離効率を高めることができる。
【００４４】
前記精留塔３００の上部にメタノールが回収されると、その大部分が循環圧縮機６１またはブロワー(blower)を通じて第２反応器２００の低圧連続式メタノリシス反応器に再循環される。
【００４５】
前記第２反応器２００と精留塔の圧力は、精留塔３００上部で回収されるメタノールの一部流出量調節のための逆圧調節器(back pressure regulator, BPR)３１またはその他の圧力調節バルブを利用して調節することができる。また、前記精留塔３００の上部に排出されるメタノール量が過量である場合は、逆圧調節器３１により一部のメタノールをメタノール貯蔵槽３０に貯蔵することができる。
【００４６】
したがって、本発明は、メタノール貯蔵槽３０から供給される原料メタノールを気化して解重合反応器に供給する既存の工程に比べ、多いエネルギーを低減することができる。また、精留塔３００の上部にメタノールが回収されるにつれて、精留塔の下部には、ＤＭＴ及びＥＧが濃縮されて、後続結晶化作業を容易にする。
【００４７】
前記精留塔３００から出るＤＭＴ及びＥＧは、結晶化槽４００に移送されて結晶化作業を経るが、前記結晶化作業は、常圧でなされて、濃縮あるいは冷却によりＤＭＴを結晶化して、結晶化槽４００の下部に設けられた固液分離器に移送されて、遠心分離器またはフィルターなどを使用してＤＭＴ結晶とＥＧリッチなメタノール液に分離することができる。前記工程を通じて得られたＤＭＴは、従来方法に比べて回収率が非常に高く、高純度として得ることができる利点がある。
【００４８】
前記エチレングリコール(EG)リッチなメタノール液は、エチレングリコール及びメタノールを過量含有した液体であって、少量のオリゴマーも含まれている。
【００４９】
次いで、ＥＧリッチなメタノール液は、蒸留塔６００に移送されて、後続分離工程を経てＥＧ、オリゴマー及びメタノールに分離されて、この際、前記蒸留塔６００は、連続式または回分式で運転できる。前記蒸留塔６００で分離されたメタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵されて、オリゴマーは、移送管１３０を通じて第１反応器１００に再循環されるようにして、ＥＧは、ＥＧ貯蔵槽に貯蔵されて、ポリエステル原料化再生方法に再使用できる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明では、メタノリシス生成物を精留塔３００の下端部にある液体と直接接触させてＤＭＴとＥＧを液化させて、原料メタノールを精留塔３００の上部に注入して還流(reflux)させることにより、メタノールを気体状態として塔の上部で分離することができる。また、回収されたメタノール気体は、循環圧縮機６１またはブロワーを通じて第２反応器２００に再循環されつつ、第２反応器２００の下端部の気泡分散器９０を通じて反応器内のポリエステル溶液と直接接触し、メタノリシス反応が起こるようにして、前記工程により、既存のメタノール循環において気化及び液化の繰り返しによるエネルギー費用を画期的に節減することができる。それだけではなく、このためのメタノール気化器、加熱器、高圧ポンプなどを使用せずに済むため、装置の単純化及び装置費の大幅的な節減を達成することができる。また、第２反応器２００と精留塔３００の圧力は、精留塔３００上部の気体流出量を調節することにより、反応及び精留条件を自由に調節可能であって、精留塔３００下部の結晶化槽４００及び高液分離器５００の導入により、単量体回収率が高くて、高純度のモノマーＤＭＴを得るに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のポリエステル廃棄物原料化装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図１を通じて本発明をより詳細に説明するが、これは、発明の構成及び効果を理解させるためのもので、本発明の範囲を制限するものではない。
【００５３】
本発明のポリエステル原料化再生装置及びその再生方法を説明すると、以下のようである。
【００５４】
まず、廃ポリエステル原料を原料投入器１０に入れて、第１反応器１００に投入する。この際、供給装置である原料投入器１０として、押出器(extruder)、スクリューフィーダー(screw feeder)またはエアーロックバルブ(air lock valve)などが使用できるが、これらに限定されるものではない。供給されるポリエステル廃棄物は、適正な大きさのパウダーからフレーク(flake)まで、固体またはメルト(melt)形態として供給できる。この第１反応器１００は、連続的に、半連続的に、または回分式で運転できる。一定量のエチレングリコールとメタノールを第１反応器１００に注入して解重合反応が起こるようにして、必要に応じて、蒸留塔６００で分離されたオリゴマーを第１反応器１００に投入して反応に参与させることができる。反応器の温度を所望の温度まで上昇させた後、メタノール貯蔵槽３０から移送管１２０ｂを通じて第１反応器１００に原料メタノールを供給し、所望の反応器圧に到達するようにする。この際、反応器圧が一定に維持されるように持続的にメタノールを供給する。この高圧の第１反応器１００でグリコリシス反応とメタノリシス反応が同時に起こることにより、分子量が大きく減少して、ポリエステル廃棄物は、ＤＭＴ及びオリゴマー溶液状態となる。
【００５５】
低圧の連続式第２反応器２００では、移送管７０ａと移送バルブ８０ａにより第１反応器１００から移送された反応物を、第２反応器２００下部の気泡分散器９０から投入されるメタノールと反応させ、メタノリシス反応が起こるようにする。反応生成物は、反応器上部に連結された移送管７０ｂと移送バルブ８０ｂによりガス状の反応生成物が排出される。これにより、第２反応器２００の液位が低くなると、第１反応器１００から一定量の反応物が移送されるようにする。この際、前記移送は、圧力差により自動的になされて、第２反応器２００内部の移送管７０ａの下部にはセンサー(図示せず)が備えられて、反応液の高さを感知するようにすることが好ましく、前記センサーは、移送管のバルブ８０ａと連結されて、センサーによりバルブが自動に作動するようにすることも可能である。
【００５６】
前記第２反応器２００に反応物を渡した第１反応器１００は、回分式で運転する場合、再び固体ポリエステル廃棄物が投入されて、オリゴマー及びエチレングリコール溶液とメタノールが第１反応器１００に供給されて、上述の過程を繰り返して新しい回分式反応を始める。
【００５７】
即ち、第１反応器１００で高圧反応を通じてポリエステル廃棄物をＤＭＴ及びオリゴマーに変換させて、第２反応器２００では、メタノリシスにより連続的にＤＭＴ、ＥＧ、オリゴマー、メタノールなどをガスとして排出する。この際、第２反応器２００の液位が低くなると、第１反応器１００の反応物を再び第２反応器２００に移送して、所望の液位になるようにして、第１反応器１００は、新しい回分を始める。
【００５８】
一方、第２反応器２００で排出されたガス状の反応生成物は、移送管７０ｂにより精留塔３００に移送されて、精留塔３００の下端部にある液体と直接接触させてＤＭＴとＥＧを液化させて、メタノールは気化されるようにする。このような直接接触によりメタノール及び他の生成物を分離することにより、たくさんのエネルギーを節減することができる。
【００５９】
また、原料メタノールを精留塔３００上部に注入して還流(reflux)させて、この液体流れと反応生成物の気体流れを段塔または充填物などで接触させて、塔の上部にメタノールのみを分離する。分離されたメタノール気体は、精留塔３００上部の循環圧縮機６１またはブロワーを利用して第２反応器２００に注入される。その後、気泡分散器９０を通じてメタノールが第２反応器２００内のポリエステル溶液と接触し、メタノリシス反応が起こるようにする。
【００６０】
また、精留塔３００上部で排出されるメタノールが過量排出される場合、メタノール気体の一部を逆圧調節器３１またはその他の圧力調節バルブを利用してメタノール貯蔵槽３０に貯蔵するようにして、第２反応器２００に投入されるメタノールの量を調節する。
【００６１】
一方、第２反応器２００に投入されるメタノールの量を増加させる場合は、メタノール貯蔵槽３０のメタノールを精留塔３００の上端部にさらに多く投入して気化させて、第２反応器２００に投入することができる。前記精留塔３００下部のＤＭＴ濃度は、メタノール貯蔵槽３０から移送管１２０ａを通じて精留塔３００上部に供給される原料メタノール注入量(還流量)を調節して、塔の下部の温度を合わせて調節し、精留塔３００下部の加熱量は、メタノール気体の循環流速に鑑みて決定する。
【００６２】
前記精留塔３００の下端部で液化されたＤＭＴとＥＧは、結晶化槽４００に移送されて、常圧で冷却によりＤＭＴを結晶化して、結晶化槽４００の次に設置された固液分離器５００でＤＭＴとＥＧリッチなメタノール液を分離する。次いで、ＥＧリッチなメタノール液は、蒸留塔６００に移送されてＥＧ、メタノール、一部オリゴマーに分離されて、メタノールは、メタノール貯蔵槽３０に貯蔵し、ＥＧは、回収して、第１反応器１００に投入可能な原料として使用する。また、蒸留塔６００の下端部から一部得られるオリゴマーも、第１反応器１００に投入して、再び解重合されるようにする。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 原料投入器
３０ メタノール貯蔵槽
３１ 逆圧調節器
６１ 循環圧縮器
９０ 気泡分散器
１００ 第１反応器
２００ 第２反応器
３００ 精留塔
４００ 結晶化槽
５００ 固液分離器
６００ 蒸留塔
７０ａ、７０ｂ、１１０ａ、１２０ａ、１２０ｂ、１３０ 移送管
８０ａ、８０ｂ 移送バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエステル廃棄物からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産するためのポリエステル原料化再生装置であって、
原料投入器１０と、
前記原料投入器１０から供給される原料を利用して、グリコリシス反応とメタノリシス反応が一つの反応器で起こる第１反応器１００と、
前記第１反応器１００の生成物をメタノリシス反応させる第２反応器２００と、
前記第２反応器２００の上端に排出される気体からメタノールを分離し、気体として第２反応器２００に再循環させる精留塔３００と、
前記精留塔３００にメタノールを供給するためのメタノール貯蔵槽３０と、
を含むことを特徴とする、ポリエステル原料化再生装置。
【請求項２】
前記精留塔３００は、第２反応器２００の生成物を精留塔の下端部の液だまりと直接接触させて、メタノールのみを気化させて分離する精留塔であることを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項３】
前記精留塔３００は、第２反応器２００の生成物から分離されたメタノールと、メタノール貯蔵槽３０から精留塔の上端部に供給されることによって還流され気化されたメタノールとの混合物を第２反応器に再循環させる精留塔であることを特徴とする、請求項２に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項４】
前記分離されたメタノールの一部をメタノール貯蔵槽３０に貯蔵するための逆圧調節器３１をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項５】
前記精留塔３００内の液体からジメチルテレフタレートを結晶化する結晶化槽４００をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項６】
前記結晶化されたジメチルテレフタレートを分離する固液分離器５００をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項７】
前記固液分離器５００と連結されて、分離されたエチレングリコールリッチなメタノール液から、上端部ではメタノールを分離してメタノール貯蔵槽３０に貯蔵して、下端部ではオリゴマーを分離して第１反応器１００に再循環させる蒸留塔６００をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項８】
前記原料投入器１０と第１反応器１００との間に、前記原料投入器から供給される原料の重量を測って、反応器に供給されるようにするスクラップ中間貯蔵槽をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項９】
前記第２反応器２００に移送をする移送管７０ａに、内部の液位を感知するセンサーをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項１０】
前記第２反応器２００内部のセンサーと連結され、反応器内の液位高さを感知して、液位が低くなる場合、自動にバルブ８０ａが開閉されることを特徴とする、請求項９に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項１１】
前記第２反応器２００は、下部から気化されたメタノールを供給するための気泡分散器９０をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項１２】
ポリエステル廃棄物からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産するためのポリエステル原料化再生方法であって、
第１反応器に原料を投入し、一定量のエチレングリコールと解重合触媒を混合して注入した後、メタノールを供給し続けながら反応器圧を増加させて解重合する段階と、
前記解重合反応が完了すると、第２反応器と連結された移送管の移送バルブを開けて、第１反応器から反応物が移送されるようにする段階と、
前記第２反応器で生成されたガス状の反応生成物を精留塔に移送させて、塔の上端部では純粋なメタノールを分離し、塔の下端部では、その他のメタノール、ジメチルテレフタレート及びエチレングリコールを液化させる段階と、
前記精留塔の上端部で分離されるメタノールは、第２反応器に再循環させて、一部のメタノールは、メタノール貯蔵槽に貯蔵する段階と、
前記精留塔の下部から出る液体を結晶化槽に移送して、ジメチルテレフタレートを結晶化させる段階と、
前記結晶化槽の下部から出る生成物を固液分離器に移送して、ジメチルテレフタレート結晶とエチレングリコールリッチなメタノール液を分離する段階と、
前記エチレングリコールリッチなメタノール液を蒸留塔に移送して、エチレングリコール、オリゴマー、メタノールに分離し、メタノールは、メタノール貯蔵槽に貯蔵して、オリゴマーは、再び第１反応器に再循環させる段階と、
を含み、ポリエステル廃棄物からジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産することを特徴とする、ポリエステル原料化再生方法。
【請求項１３】
前記第１反応器と第２反応器は、移送管が連結されて、圧力差により反応物が移送されるようにすることを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１４】
前記第１反応器の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜５０ｂａｒの圧力で運転して、前記第２反応器の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜１０ｂａｒの圧力で運転することを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１５】
前記第２反応器の液位が低くなると、自動的に移送管の移送バルブが開いて、第１反応器から圧力差により原料が移送されて供給されることを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１６】
前記蒸留塔で分離されたエチレングリコールは、第１反応器に投入可能な原料として使用されることを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１】
ポリエステル廃棄物からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産するためのポリエステル原料化再生装置であって、
原料投入器１０と、
前記原料投入器１０から供給される原料を利用して、グリコリシス反応とメタノリシス反応が一つの反応器で起こる第１反応器１００と、
前記第１反応器１００の生成物をメタノリシス反応させる第２反応器２００と、
前記第２反応器２００の上端に排出される気体からメタノールを分離し、気体として第２反応器２００に再循環させる精留塔３００と、
前記精留塔３００にメタノールを供給するためのメタノール貯蔵槽３０と、
を含むことを特徴とする、ポリエステル原料化再生装置。
【請求項２】
前記精留塔３００は、第２反応器２００の生成物を精留塔の下端部の液だまりと直接接触させて、メタノールのみを気化させて分離する精留塔であることを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項３】
前記精留塔３００は、第２反応器２００の生成物から分離されたメタノールと、メタノール貯蔵槽３０から精留塔の上端部に供給されることによって還流され気化されたメタノールとの混合物を第２反応器に再循環させる精留塔であることを特徴とする、請求項２に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項４】
前記分離されたメタノールの一部をメタノール貯蔵槽３０に貯蔵するための逆圧調節器３１をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項５】
前記精留塔３００内の液体からジメチルテレフタレートを結晶化する結晶化槽４００をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項６】
前記結晶化されたジメチルテレフタレートを分離する固液分離器５００をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項７】
前記固液分離器５００と連結されて、分離されたエチレングリコールリッチなメタノール液から、上端部ではメタノールを分離してメタノール貯蔵槽３０に貯蔵して、下端部ではオリゴマーを分離して第１反応器１００に再循環させる蒸留塔６００をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項８】
前記原料投入器１０と第１反応器１００との間に、前記原料投入器から供給される原料の重量を測って、反応器に供給されるようにするスクラップ中間貯蔵槽をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項９】
前記第２反応器２００に移送をする移送管７０ａに、内部の液位を感知するセンサーをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項１０】
前記第２反応器２００内部のセンサーと連結され、反応器内の液位高さを感知して、液位が低くなる場合、自動にバルブ８０ａが開閉されることを特徴とする、請求項９に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項１１】
前記第２反応器２００は、下部から気化されたメタノールを供給するための気泡分散器９０をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエステル原料化再生装置。
【請求項１２】
ポリエステル廃棄物からポリエステル原料物質のジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産するためのポリエステル原料化再生方法であって、
第１反応器に原料を投入し、一定量のエチレングリコールと解重合触媒を混合して注入した後、メタノールを供給し続けながら反応器圧を増加させて解重合する段階と、
前記解重合反応が完了すると、第２反応器と連結された移送管の移送バルブを開けて、第１反応器から反応物が移送されるようにする段階と、
前記第２反応器で生成されたガス状の反応生成物を精留塔に移送させて、塔の上端部では純粋なメタノールを分離し、塔の下端部では、その他のメタノール、ジメチルテレフタレート及びエチレングリコールを液化させる段階と、
前記精留塔の上端部で分離されるメタノールは、第２反応器に再循環させて、一部のメタノールは、メタノール貯蔵槽に貯蔵する段階と、
前記精留塔の下部から出る液体を結晶化槽に移送して、ジメチルテレフタレートを結晶化させる段階と、
前記結晶化槽の下部から出る生成物を固液分離器に移送して、ジメチルテレフタレート結晶とエチレングリコールリッチなメタノール液を分離する段階と、
前記エチレングリコールリッチなメタノール液を蒸留塔に移送して、エチレングリコール、オリゴマー、メタノールに分離し、メタノールは、メタノール貯蔵槽に貯蔵して、オリゴマーは、再び第１反応器に再循環させる段階と、
を含み、ポリエステル廃棄物からジメチルテレフタレートとエチレングリコールを生産することを特徴とする、ポリエステル原料化再生方法。
【請求項１３】
前記第１反応器と第２反応器は、移送管が連結されて、圧力差により反応物が移送されるようにすることを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１４】
前記第１反応器の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜５０ｂａｒの圧力で運転して、前記第２反応器の温度は、２００〜３００℃、反応圧力は、常圧〜１０ｂａｒの圧力で運転することを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１５】
前記第２反応器の液位が低くなると、自動的に移送管の移送バルブが開いて、第１反応器から圧力差により原料が移送されて供給されることを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【請求項１６】
前記蒸留塔で分離されたエチレングリコールは、第１反応器に投入可能な原料として使用されることを特徴とする、請求項１２に記載のポリエステル原料化再生方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−７９８０７（Ｐ２０１１−７９８０７Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１１５（Ｐ２０１０−４１１５）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（３０７０４３０２７）ザ インダストリー アンド アカデミック クーパレイション イン チュンナン ナショナル ユニバーシティー（アイエーシー） (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（３０７０４３０２７）ザ インダストリー アンド アカデミック クーパレイション イン チュンナン ナショナル ユニバーシティー（アイエーシー） (5)
【Ｆターム（参考）】
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