ES2301043T3

ES2301043T3 - Policondensacion de poliester en fase solida con purificacion mediante gas de proceso.

Info

Publication number: ES2301043T3
Application number: ES05771737T
Authority: ES
Inventors: Andreas Christel; Claudemiro Ferreira
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2008-06-16
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: WO2006021117A1; DE502005003128D1; CN101006118B; US7819942B2; EP1789468B1; EA013301B1; PL1789468T3; US20070255036A1; CN101006118A; EP1789468A1; BRPI0514589A; DE102004041370A1; EA200700482A1; BRPI0514589B1; ATE388181T1

Abstract

Método para producir un poliéster macromolecular por policondensación en fase sólida a partir de un prepolímero de poliéster compactado, eliminando los productos desprendidos durante la reacción de policondensación en fase sólida con un gas de proceso que, a continuación, se depura de dichos productos y fundamentalmente se recicla; caracterizado porque la depuración del gas de proceso se lleva a cabo con un líquido de lavado acuoso.

Description

Policondensación de poliéster en fase sólida con purificación mediante gas de proceso.

La presente invención se refiere a un método para producir un poliéster macromolecular mediante policondensación en fase sólida a partir de un prepolímero de poliéster reforzado y eliminación mediante un gas de proceso de los productos desprendidos durante la reacción de policondensación en fase sólida, purificando a continuación el gas de proceso de los productos desprendidos de la policondensación y reciclándolo sustancialmente.

La presente invención también se refiere a una planta para fabricar un poliéster macromolecular con un aparato de cristalización y un aparato de reacción.

Los métodos de producción de policondensados macromoleculares mediante una etapa de policondensación en fase sólida son conocidos del estado técnico.

Para ello suele emplearse un gas de proceso en circuito cerrado, al menos parcialmente, el cual debe someterse a una depuración, al menos parcial. Estas purificaciones son conocidas, por ejemplo, a través de la patente EP 1100611 y se realizan mediante una combustión catalítica. El inconveniente son las altas temperaturas de combustión que hay que alcanzar para conseguir una combustión completa. Esto es especialmente problemático cuando se elaboran poliésteres cargados de impurezas.

También son conocidas las depuraciones del gas mediante el empleo de un lavador de gases, utilizando para el lavado un líquido orgánico que seguidamente se purifica y se consume en una etapa anterior del proceso de producción del poliéster (etapa de tratamiento de la condensación de la fase líquida). Así, por ejemplo, en la fabricación de polietilentereftalato se usa etilenglicol como líquido de lavado. La desventaja de este método es que la etapa de tratamiento de la condensación de la fase líquida y la etapa de tratamiento de la policondensación en fase sólida deben acoplarse entre sí.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un método de policondensación de poliésteres en fase sólida, que pueda funcionar con mejor eficiencia energética y con independencia del posible uso de un líquido orgánico de lavado.

Dicho objetivo se resuelve según la reivindicación 1 y la reivindicación 17.

En la presente invención la depuración del gas de proceso se lleva a cabo mediante un líquido de lavado acuoso.

En la presente invención, para purificar el gas de proceso se usa un lavador de gases que funciona con un líquido de lavado acuoso.

En las reivindicaciones secundarias se describen formas de ejecución ventajosas del método y la planta de la presente invención.

Poliéster

Se trata de poliésteres termoplásticos cristalizables, como por ejemplo polietilentereftalato (PET), polibutilentereftalato (PBT) y polietilennaftalato (PEN) en forma de homopolímeros o copolímeros que se obtienen mediante una reacción de policondensación de sus monómeros, un componente diol y un componente de ácido dicarboxílico, con desprendimiento de un producto de reacción de bajo peso molecular. Se usan diversos dioles, casi siempre lineales o cíclicos. Asimismo se pueden usar diversos ácidos dicarboxílicos, casi siempre aromáticos. En vez del ácido dicarboxílico también se puede utilizar su respectivo éster dimetílico. La policondensación puede tener lugar directamente entre los monómeros o mediante un estado intermedio que a continuación reacciona por transesterificación. A su vez, la transesterificación puede tener lugar al separarse un producto de reacción de bajo peso molecular o por polimerización mediante apertura de anillo. El poliéster resultante es básicamente lineal, pudiendo aparecer algunas ramificaciones.

El poliéster puede ser un material nuevo, un reciclado o una mezcla de material nuevo y reciclado.

Se pueden agregar aditivos al poliéster. Como aditivos son adecuados por ejemplo: catalizadores, colorantes y pigmentos, bloqueadores de UV, coadyuvantes de transformación, estabilizadores, modificadores de la resistencia al impacto, espumantes de tipo químico y físico; cargas, como por ejemplo agentes de nucleación, partículas con efecto barrera o para mejorar propiedades mecánicas; partículas de refuerzo, como esferas o fibras; y también sustancias reactivas, como por ejemplo absorbentes de oxígeno, adsorbentes de acetaldehído o sustancias aumentadoras del peso molecular, etc.

Polietilentereftalato

Se trata de un poliéster termoplástico y cristalizable que se obtiene mediante una reacción de policondensación, con separación de productos de bajo peso molecular. La policondensación puede tener lugar directamente entre los monómeros o mediante un estado intermedio que a continuación reacciona por transesterificación. A su vez, la transesterificación se produce al desprenderse un producto de reacción de bajo peso molecular. El poliéster resultante es sustancialmente lineal, pudiendo aparecer algunas ramificaciones.

El polietilentereftalato se obtiene partiendo de sus monómeros, un componente diol y un componente de ácido dicarboxílico, de modo que en gran parte los componentes del diol constan de etilenglicol (1,2-etanodiol) y los componentes del ácido dicarboxílico de ácido tereftálico. Como comonómeros se pueden usar otros compuestos del tipo diol y ácido dicarboxílico lineales, cíclicos o aromáticos. Son comonómeros típicos el dietilenglicol (DEG), el ácido isoftálico (IPA) o el 1,4-bis-hidroximetilciclohexano (CHDM).

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Prepolímeros de poliéster

En una primera etapa en fase líquida los monómeros del poliéster se polimerizan o policondensan para dar un prepolímero. La producción del prepolímero de poliéster resultante en estado fundido suele tener lugar en un proceso continuo.

Normalmente primero tiene lugar una etapa de esterificación y después una etapa de prepolicondensación. El proceso convencional de fabricación del poliéster prosigue con una etapa de policondensación en el reactor de alta viscosidad (también denominado reactor de acabado). (Véase por ejemplo: Modern Polyesters, Wiley Series en Polymer Science, editado por John Scheirs, J. Wiley & Sons Ltd, 2003; capítulo 4.2). El poliéster también se puede fabricar en un proceso discontinuo (Véase por ejemplo: Modern Polyesters, Wiley Series en Polymer Science, editado por John Scheirs, J. Wiley & Sons Ltd, 2003; capítulo 4.1).

Alternativamente se puede suprimir la etapa de policondensación en el reactor de alta viscosidad antes mencionada. Entonces se obtiene un prepolímero de poliéster de baja viscosidad, que tiene un grado de polimerización (DP) claramente inferior al grado de polimerización del poliéster tras la siguiente etapa de tratamiento en fase sólida. Normalmente el grado de polimerización del prepolímero de baja viscosidad es inferior al 60%, sobre todo al 50%, del grado de polimerización del poliéster recondensado en la fase sólida.

Otra alternativa es el empleo de poliésteres ya policondensados, que en estado crudo tienen por ejemplo forma de escamas o están homogenizados por fusión. Asimismo, un poliéster ya policondensado se puede llevar a un nivel adecuado de viscosidad mediante fusión y despolimerización.

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Granulación

La compactación del prepolímero de poliéster fundido se efectúa habitualmente por granulación, aunque, para producir partículas sólidas de prepolímero, también se pueden emplear otros métodos, como por ejemplo sinterización de filamentos, recorte en láminas o molienda de fragmentos enfriados.

En la granulación el prepolímero fundido se transporta de manera definida y se compacta. Por ejemplo, se comprime a través de una boquilla con una abertura o una serie de orificios y se corta o se atomiza por goteo.

Los orificios de la boquilla suelen ser redondos, pero también pueden tener otro perfil, como por ejemplo aberturas en forma de rendija. El corte puede tener lugar directamente a la salida de la boquilla o después de pasar por un tramo de tratamiento.

El prepolímero fundido se compacta por enfriamiento, el cual puede producirse con un medio de refrigeración líquido (p.ej. agua, etilenglicol) o gaseoso (p.ej. aire, nitrógeno, vapor de agua) o al contacto con una superficie fría. También cabe pensar en medios de refrigeración combinados.

El enfriamiento puede ser simultáneo, anterior o posterior a la formación a la formación de las partículas.

Cuando el prepolímero fundido viene de un proceso convencional de fabricación de poliéster se suelen usar procesos de granulación como la granulación de hilos extruidos, granulación por anillo de agua, granulación bajo agua o en cabeza (también llamada granulación sobre superficie caliente).

Cuando el prepolímero fundido es de baja viscosidad se suelen emplear procesos de granulación como atomización por goteo, granulación por anillo de agua, granulación bajo agua o en cabeza (también denominada granulación sobre superficie caliente).

El tamaño medio del granulado suele estar comprendido entre 0,4 mm y 10 mm, preferentemente entre 0,7 mm y 3 mm. Como tamaño medio del granulado se toma el promedio estadístico del diámetro medio del granulado, que resulta de promediar su altura, longitud y anchura.

Los granulados pueden presentar una forma definida de grano, por ejemplo cilíndrica, esférica, en gotas, redondeada o una forma de diseño como la propuesta, por ejemplo, en la patente EP 0541 674 o bien una forma de grano irregular, como la resultante de un proceso de molienda o trituración.

Se pueden utilizar granulados compactos o porosos, que se obtienen por ejemplo mediante sinterización, espumación y procedimientos similares.

Policondensación en fase sólida

El término policondensación en fase sólida comprende todas las etapas de proceso necesarias para producir un poliéster macromolecular en fase sólida a partir del prepolicondensado compactado. Incluye etapas de calentamiento, cristalización, reacción y enfriamiento. También pueden incluirse otras etapas, como p.ej. el tratamiento con aditivos.

Las etapas de proceso tienen lugar en cada uno de los aparatos adecuados para ellas. También pueden llevarse a cabo varias etapas de proceso en un aparato, simultáneamente o en varios pasos. Asimismo pueden usarse varios aparatos para una etapa de proceso.

Estos aparatos están conectados entre sí mediante tubos bajantes o tuberías de alimentación. Entre ellos puede haber esclusas, por ejemplo esclusas de rueda celular o válvulas de compuerta doble alternante.

Según la presente invención el prepolímero de poliéster se dirige "frío" al proceso, tal como viene, por ejemplo, del almacenamiento en un silo, contenedor o envase pequeño. Esto significa que no se conduce al proceso manteniendo una parte importante del contenido calorífico de una etapa precedente del proceso. Por tanto, el prepolímero policondensado se conduce al proceso con una temperatura ambiental menor de 40ºC, sobre todo entre -20 y 25ºC.

Durante la policondensación en fase sólida la temperatura del producto se incrementa en al menos 160ºC, sobre todo en al menos 180ºC, con lo cual aumenta hasta al menos 185ºC, sobre todo hasta al menos 205ºC.

Como la eficiencia energética de un proceso se puede incrementar con una mayor productividad, son usuales los rendimientos entre 100 y 800 toneladas diarias. También se dan mayores rendimientos o, para aplicaciones especiales como las fibras industriales o los reciclajes, menores rendimientos en el intervalo de 10 a 100 toneladas.

A pesar de las ventajas resultantes de situar todas las etapas de proceso una sobre otra para llevar el producto por gravitación de una etapa a la siguiente, en plantas de gran productividad, sobre todo, resulta ventajoso elevar el policondensado a un nivel superior mediante un dispositivo transportador, como mínimo una vez durante el proceso, a fin de limitar la altura de construcción.

Cristalización

El incremento del grado de cristalización de los granulados del prepolímero se realiza mediante métodos conocidos del estado técnico. Normalmente la cristalización tiene lugar por vía térmica, resultando un poliéster térmicamente cristalizado en parte. También es factible, pero menos adecuada, la cristalización inducida por disolvente y la cristalización por estiramiento mecánico.

La cristalización puede tener lugar en varias etapas, tanto antes como durante o después de la etapa de granulación. Con tal fin los granulados del prepolímero tienen que tratarse a una temperatura adecuada para la cristalización.

Al menos debe alcanzarse un grado de cristalización que en la subsiguiente policondensación en fase sólida permita un tratamiento sin adherencias ni formación de conglomerados.

El intervalo adecuado de temperatura puede verse representando el semiperiodo de cristalización (t_{^{1}/_{2}}) medido por DSC en función de la temperatura. Por encima y por debajo está limitado por la temperatura a la cual el semiperiodo de cristalización alcanza aproximadamente 10 veces su valor mínimo. Dado que los semiperiodos de cristalización (t_{^{1}/_{2}}) muy cortos resultan difíciles de determinar, como valor mínimo se emplea t_{^{1}/_{2}} = 1 minuto.

Para el polietilentereftalato el intervalo de temperatura está comprendido entre 100 y 220ºC y se alcanza un grado de cristalización de al menos un 20%, preferentemente de al menos un 30%.

Según la presente invención la temperatura de los granulados de prepolímero tras la etapa de granulación es menor que la temperatura de cristalización adecuada. Por tanto los granulados de prepolímero deben calentarse. Esto puede tener lugar por ejemplo a través de una pared calentada del reactor de cristalización, mediante elementos calefactores montados en el reactor de cristalización, por radiación o insuflando un gas de proceso caliente.

El tiempo de cristalización apropiado es el resultado del tiempo necesario para calentar el producto hasta la temperatura de cristalización, más, al menos, el semiperiodo de cristalización a la temperatura dada, de modo que preferentemente se cuentan 2 - 20 semiperiodos para lograr una cristalización suficiente.

Para evitar la adherencia de los granulados de prepolímero éstos deben mantenerse en movimiento relativo entre sí, lo cual se puede conseguir usando un agitador, un recipiente movido o mediante la acción de un gas fluidizante.

Como reactores de cristalización son especialmente adecuados los cristalizadores de lecho fluidizado o lecho fluido agitado, porque no tienden a formar polvo.

Simultáneamente con el aumento del grado de cristalización también se eliminan los eventuales restos de un líquido del proceso de granulación.

Cuando en el proceso de cristalización se usa un gas de proceso en circuito cerrado hay que agregarle suficiente gas fresco o gas de proceso depurado, para impedir una excesiva concentración de líquido. Los gases de proceso usados para la policondensación en fase sólida también se pueden emplear en la etapa de cristalización. En las distintas etapas del proceso también pueden emplearse diferentes gases de proceso.

En una forma de ejecución de la presente invención el policondensado se calienta antes de la cristalización, usando una corriente de gas de proceso procedente de una etapa posterior de la policondensación en fase sólida.

Para ello es especialmente idónea una corriente de gas de proceso procedente de una etapa de refrigeración del policondensado. Se prefiere, sobre todo, una corriente de gas de proceso procedente de una etapa que funciona con aire.

El policondensado debe calentarse a una temperatura Tv superior a 50ºC, sobre todo superior a 75ºC, de modo que Tv esté comprendida preferentemente en el intervalo de Tg -30ºC hasta Tg +30ºC, sobre todo en el intervalo de Tg hasta +20ºC, siendo Tg la temperatura de transición vítrea del policondensado.

El calentamiento puede efectuarse en cualquier reactor. Se prefiere un aparato en el que se pueda mover el producto, por ejemplo un reactor agitado o movido, un aparato de lecho fluidizado o de lecho fluido agitado.

Se prefiere especialmente un aparato capaz de funcionar con distintos caudales de gas y con una relación mg/mp > 2, de manera que la temperatura del producto a la salida de la etapa de calentamiento se pueda regular mediante el caudal de gas procedente de una etapa posterior de la policondensación en fase sólida, incluso en caso de oscilaciones de la temperatura del gas de proceso.

El calentamiento se lleva a cabo preferentemente con un tiempo medio de permanencia de pocos minutos hasta una hora, como máximo, pero también puede tener lugar en un recipiente de reserva con mayor tiempo medio de permanencia, si la Tv no se supera durante más de una hora, sobre todo durante más de 20 minutos.

Al mismo tiempo que se calienta el policondensado tiene lugar un secado del poliéster, en caso de que éste aún lleve humedad u otra sustancia volátil. Esto permite una reducción de sustancias volátiles en etapas de proceso posteriores, con lo cual disminuye el grado de contaminación de los correspondientes flujos de gas de proceso y por tanto la cantidad de gas que debe depurarse. Concretamente se seca un policondensado húmedo procedente de la granulación. Para ello la cantidad y la temperatura del gas de proceso se seleccionan de tal manera, que el policondensado se seque hasta un contenido de humedad entre 50 ppm de agua y 2000 ppm de agua, sobre todo entre 200 ppm de agua y 1000 ppm de agua.

Reacción de policondensación en fase sólida

El peso molecular de los granulados de poliéster se eleva hasta un grado de polimerización superior mediante una reacción de policondensación en fase sólida, con desprendimiento de productos separados durante la policondensación.

Para un granulado de un prepolímero fundido procedente de un proceso de producción convencional, el grado de polimerización suele incrementarse entre un 10% y un 70%, prefiriéndose una subida mínima de 0,10 dl/g.

Para un granulado de un prepolímero fundido de viscosidad reducida, el grado de polimerización se aumenta al menos 1,5 veces, sobre todo al menos 2 veces la del prepolímero.

La reacción de policondensación en fase sólida se efectúa según los métodos conocidos del estado técnico, al menos durante la etapa de calentamiento a una temperatura adecuada de recondensación y durante la etapa de recondensación. Para ello se usan básicamente procesos continuos que tienen lugar, por ejemplo, en aparatos como los reactores de lecho fluido, de lecho burbujeante o de lecho sólido, así como en reactores dotados de agitadores o en reactores móviles como los hornos tubulares giratorios. La reacción de policondensación en fase sólida puede tener lugar a presión normal, a presión elevada o a vacío.

Según la presente invención los productos de policondensación separados durante la reacción de policondensación en fase sólida se eliminan mediante un gas de proceso (gas de arrastre, gas portador). En los procesos continuos con gas de proceso, dicho gas fluye alrededor del policondensado en el mismo sentido, a contracorriente o en sentido transversal. La cantidad de gas de arrastre debe ser suficiente para extraer en esta etapa los productos de reacción y posibles contaminantes difundidos hacia la superficie de las partículas, como por ejemplo compuestos carbonílicos del proceso de producción o impurezas de una manipulación anterior.

Cuando la etapa de calentamiento se realiza mediante un gas de proceso se usa una cantidad específica de gas elevada (mg/mp = 2 hasta 20, sobre todo 5 hasta 13), de manera que la temperatura del producto se acerca prácticamente a la temperatura del gas.

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Aunque la etapa de calentamiento tenga lugar mediante otros aportes energéticos - como por ejemplo a través de una superficie calentada o por radiación - también es ventajoso barrer el producto con un gas de proceso o hacer el vacío.

La etapa de recondensación se puede efectuar con una pequeña cantidad específica de gas (mg/mp = 0,1 - 1,5, sobre todo 0,3 - 1,0), de tal modo que la temperatura del gas se acerque prácticamente a la temperatura del producto, lo cual permite conducir el gas al proceso con una temperatura menor que la temperatura de la recondensación.

Aquí mp es la suma de las masas de todas las alimentaciones de producto al proceso y mg la suma de las masas de todos los flujos de gas conducidos al proceso.

Los gases de proceso se hacen circular mediante ventiladores, soplantes o compresores.

Como gas de proceso se usa aire o gases inertes, como por ejemplo nitrógeno o CO_{2}, y también mezclas de gases de proceso. Preferentemente los gases inertes deben llevar menos de 100 ppm, sobre todo menos de 10 ppm de oxígeno, aunque son posibles mayores cantidades de oxígeno cuando la temperatura de tratamiento en el proceso es suficientemente baja o cuando existe la posibilidad de eliminar oxígeno del proceso, por ejemplo mediante una combustión. Los gases de proceso pueden contener aditivos que reaccionen con el producto tratado o se depositen pasivamente sobre el mismo.

Según la presente invención el gas de proceso está en circuito cerrado, al menos parcialmente.

Para evitar la alteración o el menoscabo de la reacción de policondensación el gas de proceso se depura de productos no deseados, concretamente de productos desprendidos durante la reacción de policondensación. Productos como agua, etilenglicol, metildioxolano o aldehídos (p.ej. acetaldehído) deben reducirse a valores menores de 100 ppm, sobre todo menores de 10 ppm. Para alcanzar un equilibrio puede ser necesario dejar una cantidad residual de productos de reacción en el gas de proceso. Durante la depuración también se eliminan simultáneamente otros productos no deseados, como por ejemplo impurezas, que pasan del poliéster al gas de proceso.

Según la presente invención la depuración tiene lugar empleando sistemas de lavado de gases conocidos en el estado técnico, aunque también pueden utilizarse otros elementos de purificación, como por ejemplo filtros, deshumidificadores (separadores de gotas), sistemas de adsorción o trampas de frío. El sistema de lavado de gases funciona con un líquido de lavado acuoso; al agua se le pueden añadir otras sustancias, como por ejemplo tensioactivos, neutralizantes o disolventes. El sistema de lavado puede usarse en una etapa, o en varias etapas con líquidos de lavado comunes o distintos. El gas puede fluir en el mismo sentido que el líquido de lavado o a contracorriente. El líquido de lavado puede emplearse una sola vez en un sistema abierto o bien en uno o más circuitos cerrados independientes o acoplados en un sistema semiabierto o cerrado. Para mejorar el intercambio entre gas y líquido de lavado pueden utilizarse las empaquetaduras ya conocidas del estado técnico. Los líquidos de lavado se mueven preferentemente en circuito cerrado, al menos en parte. En el circuito pueden emplearse otros elementos como bombas, filtros, depósitos de expansión o refrigerantes.

Tras el sistema de lavado puede haber un sistema para separar las gotitas arrastradas (nieblas), como por ejemplo un deshumidificador (separador de gotas).

Para rebajar todavía más el punto de rocío del gas de proceso procedente del lavador se puede utilizar un secador, por ejemplo un secador de adsorción.

Resulta ventajoso enfriar el gas de proceso a una temperatura inferior a 15ºC, sobre todo inferior a 10ºC, antes de entrar en un secador de adsorción. Esto se puede conseguir empleando líquidos de lavado refrigerados o un dispositivo de refrigeración independiente, como por ejemplo una trampa de frío.

En el secador de adsorción se adsorbe agua y eventualmente los componentes orgánicos volátiles no disueltos por el líquido de lavado, como por ejemplo acetaldehído o formaldehído. Preferentemente se elige un diseño paralelo de lechos de adsorción, de manera que uno pueda regenerarse mientras el otro está funcionando. Durante la regeneración tiene lugar la desorción del agua y de los componentes orgánicos, por ejemplo mediante un gas regenerador. La regeneración puede tener lugar en un circuito abierto, purgando el gas regenerador, o en un circuito cerrado. También es pensable una combinación. Cuando se emplea un circuito de regeneración cerrado hay que eliminar del circuito las sustancias desorbidas. En el caso del agua esto ocurre, sobre todo, por condensación. Los componentes orgánicos, o bien condensan en suficiente medida o deben eliminarse por separado, por ejemplo en una combustión o en un sistema combinado con purga del gas regenerador.

Para la eliminación del oxígeno se puede prever un quemador, por ejemplo un dispositivo de combustión catalítica, en el cual se quema con el oxígeno una cantidad controlada y dosificada de sustancias combustibles.

En una forma de ejecución especial de la presente invención se prevé el subsiguiente empleo del líquido de lavado en una etapa del proceso para el acondicionamiento de poliéster usado, por ejemplo de recortes de botellas de poliéster.

La temperatura adecuada de recondensación está comprendida en un intervalo de 185ºC hasta 240ºC, prefiriéndose las temperaturas entre 190 y 220ºC.

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El tiempo adecuado de recondensación está comprendido en un intervalo de 2 - 100 horas, pero por motivos económicos se prefieren tiempos de permanencia de 6 - 30 horas.

Opcionalmente las etapas de cristalización y de calentamiento pueden llevarse a cabo a una temperatura adecuada de recondensación, de modo simultáneo o en el mismo reactor, el cual puede estar dividido en varias cámaras de proceso, donde hay diferentes condiciones de proceso (p.ej. temperatura y tiempo de permanencia).

Aporte específico de energía

El aporte específico de energía es la suma de todas las energías térmicas y mecánicas dirigidas al proceso, respecto a la cantidad de producto elaborado. Los límites del proceso son la entrada de producto al proceso, desde la primera etapa de tratamiento, hasta la salida de producto del proceso, tras la última etapa de tratamiento. El producto entra en el proceso a la temperatura ambiente, es decir, como máximo a 40ºC, normalmente entre 0 y 25ºC. Por tanto, una posible etapa de precalentamiento del producto forma parte del proceso. Pertenecen al proceso todas las etapas en que el producto recibe tratamiento. También pertenecen al proceso todos los flujos gaseosos y líquidos que se utilizan para el aporte directo o indirecto de energía al producto.

Por lo tanto pertenecen al proceso las etapas de proceso en que el producto se calienta, se cristaliza, se agita, se trata con gas de arrastre o al vacío, se enfría, se mueve, se mezcla o se transporta.

A una etapa del proceso en que el producto se calienta por una superficie caliente pertenece, por tanto, la energía necesaria para calentar la superficie. Cuando la superficie se calienta mediante un fluido también se tienen en cuenta los aportes de energía para hacerlo circular y calentarlo.

A una etapa del proceso en que el producto se trata, en concreto se calienta, por radiación pertenece, por tanto, la energía necesaria para generar la radiación, por ejemplo de microondas o infrarroja.

A una etapa del proceso en que el producto se mueve pertenece, por lo tanto, la energía con la cual se impulsa el producto, por ejemplo el accionamiento de agitadores, esclusas o transportadores vis sin fin, o el accionamiento para mover un aparato de tratamiento o una parte de este aparato, como por ejemplo hornos tubulares giratorios o tamices vibratorios.

También se tienen en cuenta los aportes de energía para hacer circular y eventualmente calentar un fluido, con cuya ayuda se mueve el producto, por ejemplo los gases de proceso que se emplean en aparatos de lecho fluido o de lecho burbujeante, o en dispositivos de transporte neumático.

A una etapa del proceso en que el producto se trata con un fluido, como por ejemplo un gas de proceso, pertenecen por tanto los portadores de energía necesarios para hacer circular el fluido y, si es preciso, calentarlo. Cuando el fluido está en circuito cerrado - aunque sea en parte - se tienen en cuenta los aportes de energía necesarios para depurarlo.

Los portadores energéticos necesarios para depurar el fluido contienen la energía que requiere por ejemplo la circulación de un líquido de lavado, un dispositivo regenerador de adsorción o una combustión.

No se consideran los aportes energéticos para generar y hacer circular el portador de energía (= utilidades), cuando estos no se ceden directamente al producto.

Son portadores energéticos: la corriente eléctrica, el agua de refrigeración, el aire comprimido, portadores caloríficos como el vapor o los aceites térmicos o gases de proceso como nitrógeno, CO_{2} o mezclas gaseosas especiales.

No se tienen en cuenta, por ejemplo:

\ding{226}: Aportes energéticos para hacer circular agua de refrigeración o agua helada, con la cual se enfría indirectamente una corriente de gas de proceso.

\ding{226}: Aportes energéticos para producir agua de refrigeración o agua helada.

\ding{226}: Aportes energéticos para producir aire comprimido destinado a la regulación de los procesos.

\ding{226}: Aportes energéticos para producir nitrógeno u otros gases de proceso.

\ding{226}: Aportes energéticos para hacer circular los portadores térmicos con los cuales se calienta indirectamente una corriente de gas de proceso.

\ding{226}: Aportes energéticos para generar o distribuir corriente eléctrica.

Tampoco se tienen en cuenta los aportes de energía para acondicionar flujos de agua residual o líquidos de lavado.

Método

El diseño de la figura 1 prevé que un prepolímero policondensado esencialmente amorfo se dirija en continuo hacia un dispositivo de calefacción y cristalización (1) y luego se transfiera a un recinto de reacción (2).

El tratamiento en el dispositivo de cristalización se realiza mediante un gas de proceso transportado en circuito al menos parcialmente cerrado, el cual se calienta mediante un calefactor (H). El gas de arrastre que fluye a través del policondensado en el recinto de reacción se conduce al gas de proceso del circuito de cristalización como gas de recambio. Por tanto, del circuito de cristalización debe extraerse una cantidad gas de proceso que hay que depurar a continuación.

Para purificarlo, el gas de proceso sucio se conduce a través de un lavador de gases (3) con agua como líquido de lavado, luego se seca en un secador (4) y sin calentarlo sustancialmente se reconduce al reactor.

En una variante está previsto que el gas de proceso procedente del reactor y una parte del gas de proceso procedente del circuito de cristalización se mezclen entre sí. Una parte del gas de proceso mixto se depura, se seca y se reconduce al reactor.

Otra parte del gas de proceso mixto se reconduce hacia el circuito de cristalización directamente o después de pasar por el lavador.

Opcionalmente se realizan más etapas de depuración, por ejemplo mediante el uso de ciclones o de filtros.

El líquido de lavado se enfría en dos sistemas cerrados mediante refrigerantes (C1, C2) y se transporta en circuito cerrado. En una forma de ejecución preferida de la presente invención el rebose de líquido de lavado contaminado se puede utilizar en una etapa de proceso para acondicionar restos de policondensado, como por ejemplo recortes de botellas de PET. Si es necesario puede ajustarse el pH del líquido de lavado, por ejemplo mediante neutralización. Al líquido de lavado se le pueden agregar otros aditivos, por ejemplo tensioactivos.

Como gas de proceso se usa un gas inerte. El gas inerte se añade en cantidad suficiente para compensar las mermas que se producen a través de la tubería de alimentación de material a la zona de gas inerte y de la tubería de extracción de material de la zona de gas inerte, y también para equilibrar otros posibles puntos de pérdida. Para minimizar la pérdida de gas inerte, la alimentación y la extracción del material se realiza con una esclusa, concretamente con una esclusa de rueda celular.

Opcionalmente también se pueden disponer esclusas entre aparatos situados dentro de la zona de gas inerte o fuera de ella.

Para optimizar espacio y energía la etapa de cristalización debe tener lugar por encima de la etapa de reacción, a fin de permitir una transferencia de producto por gravedad.

Otra opción prevé la transferencia del policondensado mediante un dispositivo transportador, como por ejemplo un transporte neumático.

A continuación de la etapa de reacción puede efectuarse opcionalmente una etapa de refrigeración (5), preferiblemente con aire. El gas de proceso procedente de la etapa de refrigeración también se puede usar en una etapa de calentamiento (6) asimismo opcional, anterior a la etapa de cristalización.

La cantidad de gas de proceso para la etapa de calentamiento se puede ajustar o regular mediante válvulas de empleo opcional.

Otras ventajas, características y posibilidades de uso de la presente invención se desprenden de la siguiente descripción de ejemplos no limitativos de la presente invención con la ayuda del esquema.

Ejemplo 1

Un polietilentereftalato regranulado se introduce a una temperatura de 10ºC en un proceso según la fig. 1 que consta de los aparatos 1, 2, 3, 4, 5, 6, H, C1 y C2. El rendimiento es de 1 tonelada por hora.

En el cristalizador 1 se calienta el producto a 192ºC y la cristalinidad se incrementa un 35%.

En el reactor 2 se aumenta la viscosidad intrínseca de 0,72 hasta 0,84.

Por el circuito del cristalizador 1 circulan 9 toneladas por hora de nitrógeno, que se calienta continuamente a 202ºC.

En el reactor 2 se introducen 0,6 toneladas por hora de nitrógeno depurado, que se calienta continuamente a 50ºC.

El enfriamiento se realiza con 2,5 toneladas por hora de aire.

El nitrógeno se depura mediante un lavador de gases de dos etapas y un secador de adsorción que se regenera con gas de proceso calentado.

Por el lavador de gases se hacen circular respectivamente 5 y 1 toneladas por hora de líquido de lavado.

Antes del cristalizador 1, antes del reactor 2 y después del reactor 2 se utiliza una esclusa (no representada).

En total se aportan al proceso 44 kWh de energía para motores y 72 kWh de energía para calefactores, lo cual equivale a un consumo total de 116 kWh/tonelada.

En el cómputo están incluidas las pérdidas de calor de los aparatos y también de las tuberías de producto y de gas de proceso. Todos los aparatos están aislados, para mantener su temperatura superficial por debajo de 50ºC.

Ejemplo 2

En este ejemplo se amplía la instalación del ejemplo 1 con un transporte de producto entre el cristalizador 1 y el reactor 2. Por tanto se necesitan 6 kWh más para la energía de transporte y la compensación de las pérdidas de calor en el tramo correspondiente, lo cual equivale a un consumo total de 122 kWh/tonelada.

Ejemplo 3

En este ejemplo la instalación del ejemplo 2 se hace funcionar de manera que el producto se caliente a 210ºC en el cristalizador 1, con lo cual la viscosidad intrínseca aumenta hasta más de 0,9. Para ello se necesitan 13 kWh más de energía calefactora, lo cual equivale a un consumo total de 135 kWh/tonelada.

Ejemplo 4

En este ejemplo la instalación del ejemplo 1 se completa con un aparato calefactor 6 antes del cristalizador 1, por el que pasa el 100% del aire procedente del refrigerante, con lo cual la temperatura del producto a la entrada del cristalizador 1 aumenta hasta 60ºC. En consecuencia la energía para los motores asciende a 47 kWh y la energía para los calefactores disminuye a 54 kWh, lo cual equivale a un consumo total de 101 kWh/tonelada.

Claims

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1. Método para producir un poliéster macromolecular por policondensación en fase sólida a partir de un prepolímero de poliéster compactado, eliminando los productos desprendidos durante la reacción de policondensación en fase sólida con un gas de proceso que, a continuación, se depura de dichos productos y fundamentalmente se recicla; caracterizado porque la depuración del gas de proceso se lleva a cabo con un líquido de lavado acuoso.
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el aporte específico de energía para un rendimiento comprendido entre 10 y 60 toneladas diarias es menor de 145 kWh/Tm, sobre todo menor de 130 kWh/Tm, o porque el aporte específico de energía para un rendimiento mayor de 60 toneladas diarias es menor de 140 kWh/Tm, sobre todo menor de 125 kWh/Tm.
3. Método según una de las reivindicaciones precedentes, definido por al menos una de las siguientes características:

\ding{226}

el proceso se lleva a cabo en continuo;

\ding{226}

el prepolímero de poliéster se introduce en el proceso a temperatura ambiente, es decir por debajo de 40ºC, sobre todo entre 0 y 25ºC;

\ding{226}

el prepolímero de poliéster se introduce en el proceso en estado sustancialmente amorfo, preferentemente con una cristalinidad inferior al 10%;

\ding{226}

la cristalinidad se incrementa en al menos un 20%, sobre todo en al menos un 30%;

\ding{226}

la temperatura del producto se aumenta hasta al menos 185ºC, sobre todo hasta al menos 205ºC;

\ding{226}

la temperatura del producto se aumenta en al menos 160ºC, sobre todo en al menos 180ºC;

\ding{226}

al menos una vez durante el proceso el policondensado se eleva a un nivel superior mediante un dispositivo transportador;

\ding{226}

el gas de proceso es un gas inerte, como por ejemplo nitrógeno o CO_{2};

\ding{226}

el gas de proceso se seca inmediatamente después de su depuración con un líquido de lavado acuoso.
4. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el poliéster es por ejemplo polietilentereftalato (PET), polibutilentereftalato (PBT) y polietilennaftalato (PEN) o uno de sus copolímeros, y porque el poliéster es un material nuevo, un reciclado o una mezcla.
5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la proporción de la cantidad de gas de proceso depurado respecto a la cantidad de producto está comprendida entre 0,1 y 1,5, sobre todo entre 0,3 y 1,0.
6. Método según una de las reivindicaciones precedentes, con al menos una etapa de cristalización y al menos una etapa de policondensación en fase sólida (reacción SSP), caracterizado porque cada etapa tiene asignada una corriente de gas de proceso.
7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque los flujos de gas de proceso están unidos entre sí y el gas de proceso se depura de sustancias volátiles que en el circuito de cristalización pasan del producto al gas de proceso.
8. Método según las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque incluye etapas adicionales para calentamiento del producto, secado del producto, cristalización, reacción SSP o refrigeración del producto.
9. Método para producir un poliéster macromolecular por policondensación en fase sólida a partir de un prepolímero de poliéster compactado, según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende al menos una etapa para calentar el poliéster, seguida de al menos una etapa de cristalización, de al menos una etapa de policondensación en fase sólida y al menos una etapa de refrigeración, de manera que al menos una etapa de calentamiento y otra etapa se efectúa bajo el efecto de un gas de proceso; caracterizado porque al menos una parte del gas de proceso procedente de esta etapa adicional se usa para calentar el poliéster en la etapa de calefacción previa a la cristalización.
10. Método según la reivindicación 9, caracterizado porque el gas de proceso procedente de una etapa de refrigeración se utiliza para calentar el poliéster en la etapa de calefacción previa a la cristalización.
11. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque antes de una primera etapa de cristalización tiene lugar una etapa de calentamiento del poliéster a una temperatura Tv mayor de 50ºC, sobre todo mayor de 75ºC.
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12. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la Tv está comprendida en el intervalo de Tg -30ºC hasta Tg + 30ºC, sobre todo en el intervalo de Tg hasta +20ºC, siendo Tg la temperatura de transición vítrea del poliéster medida por DSC.
13. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la etapa de calentamiento tiene lugar en un aparato de lecho fluidizado o de lecho fluido agitado.
14. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la etapa de calentamiento el policondensado se seca hasta un contenido residual de humedad comprendido entre 50 ppm de agua y 2000 ppm de agua, sobre todo entre 200 ppm de agua y 1000 ppm de agua.
15. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el líquido de lavado se emplea seguidamente en una etapa de proceso para preparar policondensados usados, como por ejemplo recortes de botellas de poliéster.
16. Método según una de las reivindicaciones 9 hasta 15, caracterizado porque el aporte específico de energía es inferior a 120 kWh/Tm y está comprendido preferentemente entre 80 y 110 kWh/Tm.
17. Planta para producir un poliéster macromolecular, que consta de al menos un aparato de cristalización (1) y un aparato de reacción (2) provistos respectivamente de aberturas para la entrada (1a, 2a) y la salida (1b, 2b) de producto y de orificios para la entrada (1c, 2c) y la salida (1d, 2d) de gas, caracterizada porque un orificio de salida de gas (2d) del aparato de reacción (2) está unido directa o indirectamente con un orificio de entrada de gas (3c) en un sistema de depuración de gases (3) y porque un orificio de salida de gas (3d) del sistema de depuración de gases (3) está unido con un orificio de entrada de gas (2c) del aparato de reacción (2) y el sistema de depuración de gases (3) presenta un aparato de lavado de gases, en el cual se introduce un líquido de lavado acuoso, así como un aparato de secado de gases conectado a continuación.
18. Planta según la reivindicación 17, caracterizada porque el orificio de salida de gas (2d) del aparato de reacción (2) está unido con un orificio de entrada de gas (1c) del aparato de cristalización (1) y porque el orificio de salida de gas (1d) del aparato de cristalización (1) está unido con el orificio de entrada de gas (3c) en el sistema de depuración de gases (3) y el orificio de salida de gas (3d) del sistema de depuración de gases (3) está unido con el orificio de entrada de gas del aparato de reacción.
19. Planta según la reivindicación 17 o 18, con al menos un aparato de calentamiento (6), seguido de un aparato de cristalización (1), un aparato de reacción (2) y un aparato de refrigeración (5), en la cual el aparato de refrigeración (5) y el aparato de calentamiento (6) presentan respectivamente aberturas de entrada (5a, 6a) y salida (5b, 6b) de producto, así como orificios de entrada (5c, 6c) y salida (5d, 6d) de gas, caracterizada porque un orificio de salida de gas (5d) del aparato de refrigeración (5) está unido con un orificio de entrada de gas (6c) del aparato de calentamiento (6).
20. Planta según una de las reivindicaciones 17 a 19 para la realización de un método según una de las reivindicaciones 1 hasta 16.